Fotovoltaisk eller solcell
Definition
En fotovoltaisk (PV) cell är en halvledardevice som omvandlar ljus till elektrisk energi. Spänningen som induceras av PV-cellen beror på intensiteten hos det inkommande ljuset. Termen "fotovoltaisk" kommer från dess förmåga att generera spänning ("voltaic") genom ljus ("photo").
I halvledarmaterial är elektroner bundna av kovalenta bindningar. Elektromagnetisk strålning består av små energipartiklar kallade fotoner. När fotoner träffar halvledarmaterialet blir elektronerna upphetsade och börjar utströmmas.
Dessa upphetsade elektroner kallas fotoelektroner, och fenomenet med elektronutsläpp kallas fotoelektrisk effekt. Funktionsprincipen för en fotovoltaisk cell bygger på fotoelektrisk effekt.
Konstruktion av Fotovoltaisk Cell
Halvledarmaterial som arsenid, indium, kadmium, silicium, seleen och gallium används för att tillverka PV-cellerna. Silicium och seleen används mestadels för att konstruera cellerna.
Ta strukturen av en siliciumfotovoltaisk cell nedan som exempel:
Enstaka PV-cellerna tillverkas antingen av monokristallint eller polycristallint halvledarmaterial.
Monokristallina celler skärs ur en enda kristallingot, medan polycristallina celler produceras från material med flera kristallstrukturer.
Utspänningen och strömmen från en enskild cell är ganska låga, vanligtvis runt 0.6V respektive 0.8A. För att öka effektiviteten kombineras cellerna i olika konfigurationer. Det finns tre huvudsakliga metoder för att ansluta PV-cellerna:
Parallell Sammansättning av PV-Celler
I en parallell konfiguration förblir spänningen över cellerna oförändrad, medan den totala strömmen fördubblas (eller ökar proportionellt med antalet celler). Karakteristikkurvan för parallellkopplade PV-cellerna visas nedan.
Serie-Parallell Sammansättning av PV-Celler
I en serie-parallell konfiguration ökar både spänningen och strömmen proportionellt. Solpaneler konstrueras vanligtvis med denna kombination av celler för att uppnå högre effektleverans.
En solmodul skapas genom att koppla samman individuella solceller. Sammansättningen av flera solmoduler kallas en solpanel.
Funktionsprincip för PV-Cell
När ljus träffar ett halvledarmaterial kan det antingen passera igenom eller reflekteras. PV-cellerna är gjorda av halvledare – material som inte är fullständiga ledare eller isolatorer. Denna egenskap gör dem mycket effektiva vid omvandling av ljusenergi till elektrisk energi.
När halvledaren absorberar ljus börjar dess elektroner utströmmas. Detta inträffar eftersom ljus består av små energipaket kallade fotoner. När elektroner absorberar fotoner blir de upphetsade och börjar röra sig inuti materialet. En intern elektrisk fält tvingar dessa partiklar att röra sig i en riktning, vilket genererar en ström. Metalliska elektroder på halvledaren tillåter strömmen att flöda ut.
Figuren nedan visar en silicium-PV-cell ansluten till en resistiv belastning. Cellen består av P-typ- och N-typ-halvledarlager som sammankopplats för att forma en PN-junction.
Junctionen är gränssnittet mellan p-typ- och n-typmaterial. När ljus faller på junctionen börjar elektroner röra sig från ett område till ett annat.
Hur installeras solceller i en solkraftverk?
Enheter som maximiumpowerpointtrackers (MPPT), omvandlare, laddningsregulatorer och batterier används för att omvandla solstrålning till elektrisk spänning.
Maximiumpowerpointtracker (MPPT)
En MPPT är en specialiserad digital reglerare som spårar solens position. Eftersom PV-cellernas effektivitet beror på ljusintensiteten, vilken varierar under dagen på grund av jordens rotation, justerar MPPT panelens orientering för att maximera ljusabsorption och effektleverans.
Laddningsregulator
En laddningsregulator reglerar spänningen från solpanelen och förhindrar batteriöverladdning eller överspänning, vilket säkerställer säker och effektiv energilagring.
Omvandlare
En omvandlare omvandlar direktström (DC) från panelerna till växelström (AC) för användning med standardapplikationer, som vanligtvis kräver AC-ström.
