תא סולרי: עקרון פעולה ומבנה (כולל דיאגרמות)

מהו תא סולרי?

תא סולרי (ידוע גם כתא פוטovoltaic או תא PV) מוגדר כמכשיר חשמלי הממיר אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית באמצעות האפקט הפוטו-וולטי. תא סולרי הוא בעיקר דיודה p-n. תאים סולאריים הם סוג של תא פוטואלקטרי, המוגדר כמכשיר שמאפייניו החשמליים – כגון זרם, מתח או התנגדות – משתנים כאשר הם נחשפים לאור.

תאים סולאריים בודדים יכולים להתאחד כדי ליצור מודולים ידועים כתאים סולאריים. התא הסיליקוני הבודד של תא סולארי יכול לייצר מתח פתוח מקסימלי של כ-0.5 עד 0.6 וולט. בפני עצמו זה לא הרבה – אבל זיכרו שהתאים הסולאריים קטנים מאוד. כשהם מתאגדים לתוך פאנל סולארי גדול, ניתן לייצר כמויות ניכרות של אנרגיה מתחדשת.

בניית תא סולרי

תא סולרי הוא בעיקר דיודה p-n, אם כי בנייתו מעט שונה מדiodas p-n קונבנציונליות. שכבה דקה מאוד של מוליך p-טיפוס גדלה על מוליך n-טיפוס יחסית עבה יותר. אנו מצמידים מספר אלקטרודות קלות על השכבה העליונה של מוליך p-טיפוס.

האלקטרודות הללו אינן מעכבות את האור להגיע לשכבה הדקה של p-טיפוס. מיד מתחת לשכבה של p-טיפוס נמצא קשר p-n. אנו מספקים אלקטרודה לאיסוף זרם בסוף השכבה של n-טיפוס. אנו מכסים את כל האסמבלי בגלאז דק כדי להגן על תא הסולרי מכל רעידת מכאניקה.

עקרון פעולת תא סולרי

כאשר האור מגיע לקשר p-n, פוטונים אור יכולים בקלות להיכנס לקשר דרך שכבה דקה מאוד של p-טיפוס. אנרגיית האור, בצורת פוטונים, מספקת אנרגיה מספיקה לקשר כדי ליצור מספר רב של זוגות אלקטרון-חור. האור הנכנס מפר את תנאי המשקל הטרמי של הקשר. האלקטרונים החופשיים באזור הדליפה יכולים לעבור במהירות לצד n-טיפוס של הקשר.

באופן דומה, החורים באזור הדליפה יכולים לעבור במהירות לצד p-טיפוס של הקשר. אחת שהאלקטרונים החדשים והחופשיים עברו לצד n-טיפוס, הם אינם יכולים לחצות את הקשר בשל הפוטנציאל המכשולי של הקשר.

באופן דומה, החורים החדשים והחופשיים שנמצאים כעת בצד p-טיפוס אינם יכולים לחצות את הקשר בשל אותו פוטנציאל מכשול של הקשר. ככל שהריכוז של אלקטרונים נהיה גבוה יותר בצד אחד, כלומר בצד n-טיפוס של הקשר, והריכוז של חורים נהיה גבוה יותר בצד השני, כלומר בצד p-טיפוס של הקשר, הקשר p-n ינהג כמו סוללה קטנה. מתח מוקם, המוכר כמתח פוטו. אם נחבר עומס קטן לאורך הקשר, יהיה זרם קטן הזורם דרכו.

מאפייני V-I של תא פוטו-וולטי

חומרים המשמשים בתא סולרי

החומרים המשמשים למטרה זו חייבים להיות בעלי פער פס בין 1eV ל-1.8eV. חומרים בשימוש נפוץ הם-

1. סיליקון.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

קריטריונים לחומרים לשימוש בתא סולרי

1. חייב להיות עם פער פס בין 1eV ל-1.8eV.

2. חייב להיות בעל ספיגת אור גבוהה.

3. חייב להיות בעל מוליכות חשמלית גבוהה.

4. החומר сырьевой должен быть доступен в изобилии, а его стоимость должна быть низкой.

יתרונות תא סולרי

1. אין זיהום הקשור אליו.

2. הוא צריך להחזיק זמן רב.

3. אין עלויות תחזוקה.

חסרונות תא סולרי

1. יש לו עלות התקנה גבוהה.

2. יש לו יעילות נמוכה.

3. ביום מעונן, האנרגיה לא יכולה להיווצר, וגם בלילה לא נקבל אנרגיה סולרית.

שימושים במערכות ייצור סולריות

1. ניתן להשתמש בו כדי לטעון סוללות.

2. משתמשים בו בממדים אור.

3. משתמשים בו כדי להפעיל מחשבונים ושעונים יד.

4. ניתן להשתמש בו בכלי טיס כדי לספק אנרגיה חשמלית.

מסקנה: למרות שיש לתא הסולרי כמה חסרונות, הם צפויים להתגבר עם התקדמות הטכנולוגיה, שכן עם התקדמות הטכנולוגיה, עלות הלוחות הסולאריים וכן עלות ההתקנה תרד כך שכל אחד יוכל להתקין את המערכת. בנוסף, הממשלה מקדמת את האנרגיה הסולארית, ולכן ניתן לצפות שתוך מספר שנים כל בית וכל מערכת חשמלית תזוהם מאנרגיה סולארית או מאנרגיה מתחדשת.

הצהרה: יש לכבד את המקור, מאמרים טובים ראויים לחלוקה, במקרה של הפרת זכויות יוצרים אנא צור קשר להסרה.