העקרונות והיתרונות העיקריים של ייצור חשמל פוטו-וולטאי

הפקת חשמל פוטו-וולטאית היא טכנולוגיה הממירה ישירות אנרגיית אור לחשמל באמצעות האפקט הפוטו-וולטאי בממשק המוליכים למחצה. הוא מורכב בעיקר משלושה חלקים: פאנלים סולאריים, בקרים וממירים. הרכיבים העיקריים הם רכיבים אלקטרוניים. לאחר חיבור התאים הסולאריים בסדרה, ניתן לארוז ולהגן עליהם כדי ליצור מודולים של תאים סולאריים בשטח גדול, אשר לאחר מכן ניתן לשלב אותם עם בקרי חשמל ורכיבים אחרים ליצירת התקני ייצור חשמל פוטו-וולטאיים.

העיקרון העיקרי של ייצור חשמל פוטו-וולטאי הוא ההשפעה הפוטואלקטרית של מוליכים למחצה. כאשר פוטונים מקרינים מתכת, האנרגיה שלהם יכולה להיספג לחלוטין על ידי האלקטרונים במתכת. האנרגיה הנספגת באלקטרונים גדולה מספיק כדי להתגבר על כוח הקולומב בתוך אטומי מתכת כדי לבצע עבודה, ולברוח ממשטח המתכת כדי להפוך לפוטואלקטרונים. לאטומי סיליקון יש ארבעה אלקטרונים חיצוניים. אם סיליקון טהור מסומם באטומים עם חמישה אלקטרונים חיצוניים, כמו אטומי זרחן, הוא הופך למוליך למחצה מסוג N. אם סיליקון טהור מסומם באטומים עם שלושה אלקטרונים חיצוניים, כגון אטומי בורון, הוא יוצר מוליך למחצה מסוג P. כאשר סוג P וסוג N משולבים יחדיו, משטח המגע יהווה הבדל פוטנציאל, ויהפוך לתא סולארי. כאשר אור השמש מאיר על צומת pn, הזרם זורם מהצד מסוג P לצד מסוג N, ויוצר זרם.

האפקט הפוטואלקטרי הוא תופעה חשובה וקסומה בפיזיקה. תחת הקרנה של גלים אלקטרומגנטיים מעל תדר מסוים (המכונה התדר הגבול), אלקטרונים בחומרים מסוימים סופגים אנרגיה ובורחים ליצירת זרם חשמלי, המכונה פוטואלקטרי. התרשים הסכמטי של ייצור חשמל פוטו-וולטאי מראה שסיליקון פולי-גבישי מעובד לפרוסות סיליקון באמצעות תהליכים כמו יציקת מטיל, שבירת מטיל וחיתוך. סימום ודיפוזיה של כמויות עקבות של בורון, זרחן וכו' יווצר צומת pn על פרוסת הסיליקון. לאחר מכן, באמצעות הדפסת מסך, משחת הכסף המוכנה היטב מודפסת על פרוסת הסיליקון ליצירת קווי רשת. לאחר סינטר, הוא הופך גם לאלקטרודה אחורית, וציפוי אנטי רפלקטיבי מצופה על פני השטח בקווי רשת ליצירת תאי סוללה. הסוללה מסודרת ומשולבת ליצירת מודול סוללה, ויוצרות לוח מעגלים גדול. בדרך כלל, הרכיבים מוקפים במסגרת אלומיניום, עם כיסוי זכוכית בחזית ואלקטרודות מאחור. עם רכיבי סוללה וציוד עזר אחר, ניתן ליצור מערכת ייצור חשמל. על מנת להמיר זרם ישר לזרם חילופין, יש צורך להתקין מהפך. לאחר ייצור חשמל, ניתן לאחסן אותו בסוללות או להזין אותו לרשת החשמל הציבורית. בעלות של מערכות ייצור חשמל, רכיבי הסוללה מהווים כ-50%, בעוד ממירי זרם, עלויות התקנה, רכיבי עזר אחרים ועלויות נוספות מהוות 50% נוספים.