เซลล์แสงอาทิตย์หรือเซลล์สุริยะ

คำนิยาม

เซลล์โฟโตโวลตา (PV) เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่แปลงแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากเซลล์ PV ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงที่ตกกระทบ คำว่า "โฟโตโวลตา" มาจากความสามารถในการสร้างแรงดัน ("โวลตา") โดยใช้แสง ("โฟโต")

ในวัสดุกึ่งตัวนำ อิเล็กตรอนถูกผูกพันโดยพันธะโคแวลเลนต์ การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยอนุภาคพลังงานขนาดเล็กเรียกว่าโฟตอน เมื่อโฟตอนกระทบวัสดุกึ่งตัวนำ อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานและเริ่มปล่อยออก

อิเล็กตรอนที่ได้รับพลังงานเหล่านี้เรียกว่าโฟโตอิเล็กตรอน และปรากฏการณ์ของการปล่อยอิเล็กตรอนเรียกว่าผลโฟโตอิเล็กทริก การทำงานของเซลล์โฟโตโวลตาขึ้นอยู่กับผลโฟโตอิเล็กทริก

โครงสร้างของเซลล์โฟโตโวลตา

วัสดุกึ่งตัวนำเช่น อะเซนไทด์ อินเดียม แคดเมียม ซิลิกอน เซเลเนียม และแกลเลียมถูกใช้ในการทำเซลล์ PV ซิลิกอนและเซเลเนียมใช้มากที่สุดในการสร้างเซลล์

ดูโครงสร้างของเซลล์โฟโตโวลตาซิลิกอนต่อไปนี้เป็นตัวอย่าง:

• ผิวด้านบนของเซลล์ทำจากชั้นบางๆ ของวัสดุ p-type เพื่อให้แสงสามารถเข้าสู่วัสดุได้ง่าย

• วงแหวนโลหะถูกวางไว้รอบวัสดุ p-type และ n-type ซึ่งทำหน้าที่เป็นเทอร์มินัลเอาต์พุตบวกและลบตามลำดับ

เซลล์ PV แต่ละเซลล์ทำจากวัสดุกึ่งตัวนำโมโนคริสตาลหรือโพลีคริสตาล

เซลล์โมโนคริสตาลถูกตัดจากอิงโกตคริสตาลเดียว ในขณะที่เซลล์โพลีคริสตาลถูกผลิตจากวัสดุที่มีโครงสร้างคริสตาลหลายแบบ

แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าขาออกของเซลล์เดี่ยวค่อนข้างต่ำ โดยประมาณ 0.6V และ 0.8A ตามลำดับ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เซลล์จะถูกเชื่อมต่อในรูปแบบต่างๆ มีสามวิธีหลักในการเชื่อมต่อเซลล์ PV:

การเชื่อมต่อแบบขนานของเซลล์ PV

ในการเชื่อมต่อแบบขนาน แรงดันระหว่างเซลล์ไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่กระแสไฟฟ้ารวมเพิ่มขึ้นสองเท่า (หรือเพิ่มขึ้นตามจำนวนเซลล์) โค้งลักษณะของเซลล์ PV ที่เชื่อมต่อแบบขนานแสดงด้านล่าง

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม-ขนานของเซลล์ PV

ในการเชื่อมต่อแบบอนุกรม-ขนาน ทั้งแรงดันและกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามลำดับ แผงโซลาร์เซลล์มักสร้างโดยใช้วิธีการเชื่อมต่อแบบนี้เพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าขาออกที่สูงขึ้น

โมดูลโซลาร์สร้างขึ้นจากการเชื่อมต่อเซลล์โซลาร์เดี่ยว การประกอบโมดูลโซลาร์หลายโมดูลเรียกว่าแผงโซลาร์

การทำงานของเซลล์ PV

เมื่อแสงกระทบวัสดุกึ่งตัวนำ แสงอาจผ่านทะลุหรือสะท้อนกลับ เซลล์ PV ทำจากกึ่งตัวนำ ซึ่งไม่ใช่วัสดุนำไฟฟ้าหรือฉนวนไฟฟ้าที่สมบูรณ์ คุณสมบัตินี้ทำให้พวกมันมีประสิทธิภาพสูงในการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

เมื่อกึ่งตัวนำดูดซับแสง อิเล็กตรอนจะเริ่มปล่อยออกมา ซึ่งเกิดขึ้นเพราะแสงประกอบด้วยแพ็คเกจพลังงานขนาดเล็กเรียกว่าโฟตอน เมื่ออิเล็กตรอนดูดซับโฟตอน อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานและเริ่มเคลื่อนที่ภายในวัสดุ สนามไฟฟ้าภายในทำให้อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่ในทิศทางเดียว สร้างกระแสไฟฟ้า ตัวนำโลหะบนกึ่งตัวนำช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลออก

รูปด้านล่างแสดงเซลล์ PV ซิลิกอนที่เชื่อมต่อกับโหลดต้านทาน เซลล์ประกอบด้วยชั้นวัสดุกึ่งตัวนำ p-type และ n-type ที่ต่อกันเพื่อสร้างจุด PN

จุด PN คือขอบเขตระหว่างวัสดุ p-type และ n-type เมื่อแสงตกกระทบจุดนี้ อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่จากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่ง
วิธีการติดตั้งเซลล์โซลาร์ในสถานีไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์?
อุปกรณ์เช่นตัวติดตามจุดกำลังสูงสุด (MPPTs) อินเวอร์เตอร์ ตัวควบคุมการชาร์จ และแบตเตอรี่ถูกใช้ในการแปลงรังสีแสงอาทิตย์เป็นแรงดันไฟฟ้า

ตัวติดตามจุดกำลังสูงสุด (MPPT)

ตัวติดตามจุดกำลังสูงสุด (MPPT) คือตัวควบคุมดิจิทัลเฉพาะทางที่ติดตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์ เนื่องจากประสิทธิภาพของเซลล์ PV ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงอาทิตย์ ซึ่งเปลี่ยนแปลงตลอดวันเนื่องจากการหมุนของโลก MPPTs จะปรับทิศทางของแผงเพื่อเพิ่มการดูดซับแสงและความจุกำลังไฟฟ้า

ตัวควบคุมการชาร์จ

ตัวควบคุมการชาร์จควบคุมแรงดันจากแผงโซลาร์และป้องกันการชาร์จเกินหรือแรงดันสูงเกินไปในแบตเตอรี่ เพื่อให้การเก็บพลังงานปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

อินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์แปลงกระแสตรง (DC) จากแผงเป็นกระแสสลับ (AC) สำหรับใช้งานกับอุปกรณ์มาตรฐานที่ต้องการกระแสสลับ