Fotovoltektrisk celle eller solcelle
Definisjon
En fotovoltaisk (PV) celle er et halvlederapparat som konverterer lys til elektrisk energi. Spenningsinduksjonen fra PV-cellen avhenger av intensiteten til det inngående lyset. Begrepet "fotovoltaisk" kommer fra dens evne til å generere spenning ("voltaisk") gjennom lys ("foto").
I halvledermaterialer er elektroner bundet av kovalente bindinger. Elektromagnetisk stråling består av små energipartikler kjent som fotoner. Når fotoner treffer halvledermaterialet, blir elektronene energifylte og begynner å utstråle.
Disse energifylte elektronene kalles fotoelektroner, og fenomenet med elektronutslipp kalles fotoelektrisk effekt. Driften av en fotovoltaisk celle baserer seg på fotoelektrisk effekt.
Konstruksjon av Fotovoltaisk Celle
Halvledermaterialer som arsenid, indium, kadmium, silisium, selen og gallium brukes til å lage PV-celler. Silisium og selen brukes mest for å bygge cellene.
Ta strukturen av en silisium fotovoltaisk celle vist nedenfor som eksempel:
Enkelte PV-celler er laget av enten monokristallitt eller polikristallitt halvledermaterialer.
Monokristalline celler er skåret fra en enkelt kristallbar, mens polikristalline celler er produsert fra materialer med flere kristallstrukturer.
Utgangsspennings- og -strømmen fra en enkelt celle er ganske lav, typisk rundt 0.6V og 0.8A henholdsvis. For å øke effektiviteten kombineres cellene i ulike konfigurasjoner. Det er tre hovedmetoder for å koble sammen PV-celler:
Parallel Kombinasjon av PV-Celler
I en parallel konfigurasjon forblir spenningen over cellene uendret, mens den totale strømmen dobles (eller øker proporsjonalt med antallet av celler). Karakteristikk-kurven for parallelkoplet PV-celler vises nedenfor.
Serie-Parallel Kombinasjon av PV-Celler
I en serie-parallel konfigurasjon øker både spenning og strøm proporsjonalt. Solpaneler er vanligvis bygd ved hjelp av denne kombinasjonen av celler for å oppnå høyere effektutbytte.
Et solmodul opprettes ved å koble sammen individuelle solceller. Sammensetningen av flere solmoduler refereres til som et solpanel.
Funksjonering av PV-Celle
Når lys treffer et halvledermateriale, kan det enten passere gjennom eller bli reflektert. PV-celler er laget av halvledere—materialer som ikke er perfekte ledere eller isolatorer. Denne egenskapen gjør dem svært effektive i konvertering av lysenergi til elektrisk energi.
Når halvlederen absorberer lys, begynner elektronene å utstråle. Dette skjer fordi lys består av små energipakker kjent som fotoner. Når elektroner absorberer fotoner, blir de energifylte og begynner å bevege seg innenfor materialet. Et internfelt tvinger disse partiklene til å bevege seg i én retning, noe som genererer en strøm. Metalliske elektroder på halvlederen lar strømmen flyte ut.
Figuren nedenfor viser en silisium PV-celle koblet til en motstandslast. Cellen består av P-type og N-type halvlederslag som er forbundet for å danne en PN-forbindelse.
Forbindelsen er grensen mellom p-type- og n-type-materialer. Når lys faller på forbindelsen, begynner elektronene å bevege seg fra ett område til et annet.
Hvordan installeres solceller i et solkraftverk?
Enheter som maksimal effektpunkt sporere (MPPT), omvendere, ladestyrere og batterier brukes til å konvertere solstråling til elektrisk spenning.
Maksimal Effektpunkt Sporer (MPPT)
En MPPT er en spesialisert digital kontroller som spor solposisjonen. Siden effektiviteten til PV-celler avhenger av lysintensiteten, som varierer gjennom dagen på grunn av jordens rotasjon, justerer MPPT-er panelenes orientering for å maksimere lysabsorpsjon og effekttap.
Ladestyrer
En ladestyrer regulerer spenningen fra solpanelene og forebygger overladning eller overspenning av batteriene, og sikrer trygg og effektiv energilagring.
Omvender
En omvender konverterer direkte strøm (DC) fra panelene til alternerende strøm (AC) for bruk med standard apparater, som typisk krever AC-strøm.
