Fotovoltaična celija ili solarna celija
Definicija
Fotovoltaična (PV) celija je poluprovodnički uređaj koji pretvara svetlo u električnu energiju. Napon indukovani od strane PV celije zavisi od intenziteta padajućeg svetla. Termin "fotovoltaični" potiče iz sposobnosti generisanja napona ("voltaični") putem svetla ("foto").
U poluprovodničkim materijalima elektroni su vezani kovalentnim vezama. Elektromagnetska radijacija sastoji se od malih čestica energije poznatih kao fotoni. Kada fotoni udare poluprovodnički materijal, elektroni postaju energizovani i počinju emitirati.
Ovi energizovani elektroni poznati su kao fotoelektroni, a fenomen emitovanja elektrona naziva se fotoelektrični efekat. Rad fotovoltaične celije zavisi na fotoelektričnom efektu.
Konstrukcija Fotovoltaične Celije
Poluprovodnički materijali poput arzenida, indija, kadmija, silicijuma, seleena i galija koriste se za pravljenje PV celija. Silicijum i seleen uglavnom se koriste za konstrukciju celija.
Uzmimo strukturu silicijumskog fotovoltaičnog elementa prikazanu ispod kao primer:
Jedne PV celije proizvedene su ili od monokristalnih ili polikristalnih poluprovodničkih materijala.
Monokristalne celije su isečene iz jednog kristalnog ingota, dok su polikristalne celije proizvedene od materijala sa više kristalnih struktura.
Izlazni napon i struja jedne celije su vrlo niski, obično oko 0.6V i 0.8A redom. Da bi se povećala efikasnost, celije se kombinuju u različitim konfiguracijama. Postoje tri osnovna metoda za povezivanje PV celija:
Paralelna kombinacija PV celija
U paralelnoj konfiguraciji napon preko celija ostaje nepromenjen, dok ukupna struja udvostručava (ili se povećava proporcionalno broju celija). Karakteristična kriva paralelno povezanih PV celija prikazana je ispod.
Serijalno-paralelna kombinacija PV celija
U serijalno-paralelnoj konfiguraciji napon i struja se povećavaju proporcionalno. Solarni paneli obično se konstruišu koristeći ovu kombinaciju celija kako bi se dostigao veći izlaz snage.
Solarni modul stvoren je spajanjem pojedinačnih solarnih celija. Skladistenje više solarnih modula naziva se solarni panel.
Rad PV celije
Kada svetlo udari poluprovodnički materijal, može proći kroz njega ili biti reflektovano. PV celije su izrađene od poluprovodnika - materijala koji nisu savršeni vodioci niti izolatori. Ova osobina čini ih visoko efikasnim u pretvaranju svetlosne energije u električnu energiju.
Kada poluprovodnik apsorbuje svetlo, njegovi elektroni počinju emitirati. To se dešava jer svetlo sastoji se od malih paketa energije poznatih kao fotoni. Kada elektroni apsorbiraju fotone, oni postaju energizovani i počinju se kreću unutar materijala. Unutrašnji električni polje prisiljava ove čestice da se kreću u jednom smeru, generišući struju. Metalni elektrodi na poluprovodniku omogućavaju strujanje struje.
Slika ispod prikazuje silicijumsku PV celiju povezanu sa otpornim opterećenjem. Cela sastoji se od slojeva poluprovodnika p-tipa i n-tipa spojenih kako bi formirali PN prelaz.
Prelaz je granica između materijala p-tipa i n-tipa. Kada svetlo pada na prelaz, elektroni počinju se kreću iz jedne regije u drugu.
Kako su solarni elementi instalirani u solarnoj elektranji?
Uređaji poput pratilaca maksimalne tačke snage (MPPT), inverzori, kontroleri nabavke i baterije koriste se za pretvaranje solarnog zračenja u električni napon.
Pratioca maksimalne tačke snage (MPPT)
MPPT je specijalizirani digitalni kontroler koji prati položaj sunca. Budući da efikasnost PV celija zavisi od intenziteta sunčeve svetlosti, koji se menja tokom dana zbog rotacije Zemlje, MPPT-ovi podešavaju orijentaciju panela kako bi se maksimizirala apsorpcija svetla i izlaz snage.
Kontroler nabavke
Kontroler nabavke reguliše napon sa solarnog panela i sprečava preopterećenje ili prenapon baterije, obezbeđujući sigurnu i efikasnu skladištenje energije.
Inverzor
Inverzor pretvara pravougaonu struju (DC) sa panela u izmeničnu struju (AC) za upotrebu sa standardnim uređajima, koji obično zahtevaju AC struju.
