Fotovoltaična celica ali solarna celica

Definicija

Fotovoltaična (PV) celica je polprevodniški element, ki svetlobo pretvarja v električno energijo. Napetost, ki jo povzroči PV celica, je odvisna od intenzitete padajoče svetlobe. Izraz "fotovoltaika" izvira iz njene zmogljivosti generiranja napetosti ("voltaična") preko svetlobe ("foto").

V polprevodnikih so elektroni vezani s kovalentnimi vezmi. Elektromagnetno sevanje sestavljajo majhne energijske častice, imenovane fotoni. Ko fotoni zadenejo polprevodniški material, elektroni postanejo energizirani in začnejo emitirati.

Ti energizirani elektroni so znani kot fotoelektroni, fenomen emitiranja elektronov pa se imenuje fotoelektrični učinek. Delovanje fotovoltaične celice temelji na fotoelektričnem učinku.

Izgradnja Fotovoltaične Celice

Za izdelavo PV celic se uporabljajo polprevodniški materiali, kot so arzenid, indij, kadmir, kremik, selen in galij. Kremik in selen se največ uporabljata za izgradnjo celic.

Kot primer vzemimo strukturo kremijske fotovoltaične celice:

• Zgornja površina celice je izdelana iz tankih plasti p-tipa materiala, da lahko svetloba enostavno pride v stik z materialom.

• Metalne obratnice so postavljene okoli p-tipa in n-tipa materialov, ki delujeta kot pozitivni in negativni izhodni terminali.

Enojne PV celice so izdelane iz monokristalnih ali polikristalnih polprevodniških materialov.

Monokristalne celice so rezuje iz enega kristalnega ingota, medtem ko so polikristalne celice izdelane iz materialov z več kristalnimi strukturami.

Izhodna napetost in tok ene celice sta zelo nizka, tipično okoli 0,6V in 0,8A. Za izboljšanje učinkovitosti so celice kombinirane v različne konfiguracije. Obstajajo tri glavne metode povezave PV celic:

Paralelna Povezava PV Celic

V paralelni konfiguraciji ostane napetost skozi celice nespremenjena, medtem ko se skupni tok podvoji (ali se sorazmerno poveča glede na število celic). Karakteristična krivulja paralelno povezanih PV celic je prikazana spodaj.

Serijsko-Paralelna Povezava PV Celic

V serijsko-paralelni konfiguraciji se sorazmerno povečujejo oba, napetost in tok. Sončne panele so tipično izdelani z uporabo te kombinacije celic za dosego višjega izhodnega moči.

Sončni modul je ustvarjen z povezovanjem posameznih sončnih celic. Sestavljanje več sončnih modulov se imenuje sončni panel.

Delovanje PV Celice

Ko svetloba zadene polprevodniški material, lahko bušeno prodira ali se odseva. PV celice so izdelane iz polprevodnikov – materialov, ki niso popolni prevodiči niti izolatorji. Ta lastnost jih naredi zelo učinkovite pri pretvarjanju svetlobne energije v električno energijo.

Ko polprevodnik absorpira svetlobo, njegovi elektroni začnejo emitirati. To se zgodi, ker svetloba sestoji iz majhnih energijskih paketov, imenovanih fotoni. Ko elektroni absorpirajo fotone, postanejo energizirani in začnejo gibanje znotraj materiala. Notranje električno polje prisili te častice, da se gibljejo v eni smeri, kar generira tok. Metalne elektrodi na polprevodniku omogočajo, da tok proti.

Spodnja slika prikazuje kremijsko PV celico, povezano z upornim obremenjem. Celica sestoji iz slojev p-tipa in n-tipa polprevodnika, ki sta združena v PN preplet.

Preplet je meja med p-tipom in n-tipom materiala. Ko svetloba pada na preplet, elektroni začnejo gibati iz enega območja v drugega.
Kako so Sončne Celice Nameščene v Sončni Energetski Nastanici?
Za pretvorbo sončnega sevanja v električno napetost se uporabljajo naprave, kot so sledilci maksimalne moči (MPPT), inverterji, regulatori nalaganja in baterije.

Sledilec Maksimalne Moči (MPPT)

MPPT je specializiran digitalni regulator, ki sledi položaju sonca. Ker učinkovitost PV celic odvisna je od intenzitete sončnega sevanja, ki se spreminja skozi dan zaradi vrtenja Zemlje, MPPT prilagaja orientacijo panela, da se maksimizira absorbiranje svetlobe in izhodna moč.

Regulator Nalaganja

Regulator nalaganja uredi napetost s sončnega panela in prepreči prekomerno nalaganje ali previsoko napetost baterije, kar zagotavlja varno in učinkovito shranjevanje energije.

Inverter

Inverter pretvori enosmeren tok (DC) s panelov v dvosmerno napetost (AC) za uporabo z standardnimi aparati, ki tipično zahtevajo AC napetost.