Φωτοβολταϊκά ή ηλιακά κύτταρα
Ορισμός: Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι η συσκευή ημιαγωγώνπου μετατρέπει το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Η τάση που προκαλείται από το φωτοκύτταρο εξαρτάται από την ένταση του φωτός που προκαλείται από αυτό. Το όνομα Φωτοβολταϊκά είναι λόγω της ικανότητάς τους να παράγουν τάση.
Τα ηλεκτρόνια του υλικού ημιαγωγών είναιενωμένες μεταξύ τους με τον ομοιοπολικό δεσμό. Οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες είναι κατασκευασμένες από μικρά σωματίδια ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Όταν τα φωτόνια προσπίπτουν στο υλικό ημιαγωγού, τότε τα ηλεκτρόνια ενεργοποιούνται και αρχίζουν να εκπέμπουν.
Το ηλεκτρόνιο είναι γνωστό ως τα φωτοηλεκτρικά. Και το φαινόμενο της εκπομπής ηλεκτρονίων είναι γνωστό ως φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Η λειτουργία του φωτοβολταϊκού στοιχείου εξαρτάται από το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
Κατασκευή Φωτοβολταϊκών Κυττάρων
Τα υλικά ημιαγωγών όπως το αρσενίδιο, το ίνδιο, το κάδμιο, το πυρίτιο, το σελήνιο και το γάλλιο χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των φωτοβολταϊκών κυττάρων. Κυρίως το πυρίτιο και το σελήνιο χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του κυττάρου.
Σκεφτείτε το παρακάτω σχήμα που δείχνει τις κατασκευέςτου φωτοβολταϊκού κυττάρου πυριτίου. Η ανώτερη επιφάνεια του κυττάρου κατασκευάζεται από το λεπτό στρώμα του υλικού τύπου ρ έτσι ώστε το φως να μπορεί εύκολα να εισέλθει στο υλικό. Οι μεταλλικοί δακτύλιοι είναι τοποθετημένοι γύρω από το υλικό τύπου p και n τύπου που ενεργούν ως θετικοί και αρνητικοί ακροδέκτες εξόδου αντίστοιχα.
Το πολυκρυσταλλικό ή μονοκρυσταλλικόυλικό ημιαγωγού καθιστούν την ενιαία μονάδα του φωτοβολταϊκού κυττάρου. Το μονοκρυσταλλικό κύτταρο κόβεται από τον όγκο του ημιαγώγιμου υλικού. Τα πολυκύτταρα λαμβάνονται από το υλικό το οποίο έχει πολλές πλευρές.
Η τάση εξόδου και το ρεύμα που λαμβάνονται από τη μοναδική μονάδα του στοιχείου είναι πολύ μικρότερη. Το μέγεθος της τάσης εξόδου είναι 0.6v, και το ρεύμα είναι 0.8v. Οι διαφορετικοί συνδυασμοί κυττάρων χρησιμοποιούνται για την αύξηση της απόδοσης της παραγωγής. Υπάρχουν τρεις τρόποι συνδυασμού των φωτοβολταϊκών κυψελών.
Σειρά Συνδυασμός Φ / Β κυττάρων
Εάν συνδέονται σε σειρά περισσότερα από δύο κελιάμεταξύ τους, τότε το ρεύμα εξόδου του κυττάρου παραμένει ίδιο και η τάση εισόδου του γίνεται διπλάσια. Το παρακάτω γράφημα δείχνει το χαρακτηριστικό εξόδου των φωτοβολταϊκών κυψελών όταν συνδέονται σε σειρά.
Στον παράλληλο συνδυασμό των κυψελών, η τάση παραμένει ίδια και το μέγεθος του ρεύματος γίνεται διπλό. Η χαρακτηριστική καμπύλη του παράλληλου συνδυασμού κυττάρων παρουσιάζεται παρακάτω.
Στον σειριακό-παράλληλο συνδυασμό κυττάρων το μέγεθος τόσο της τάσης όσο και του ρεύματος αυξάνεται. Έτσι, οι ηλιακοί συλλέκτες κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας τον σειριακό παράλληλο συνδυασμό των κυψελών.
Το φως που προσπίπτει στο υλικό ημιαγωγούμπορεί να περάσει ή να αντανακλάται μέσω αυτού. Το φωτοβολταϊκό κύτταρο είναι κατασκευασμένο από υλικό ημιαγωγού το οποίο δεν είναι ούτε πλήρης αγωγός ούτε μονωτήρας. Αυτή η ιδιότητα του υλικού ημιαγωγών καθιστά πιο αποτελεσματική τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Όταν το ημιαγωγό υλικό απορροφά το φως,τα ηλεκτρόνια του υλικού αρχίζουν να εκπέμπουν. Αυτό συμβαίνει επειδή το φως αποτελείται από μικρά σωματίδια ενεργοποίησης που ονομάζονται φωτόνια. Όταν τα ηλεκτρόνια απορροφούν τα φωτόνια, ενεργοποιούνται και αρχίζουν να κινούνται στο υλικό. Λόγω της επίδρασης ενός ηλεκτρικού πεδίου, τα σωματίδια κινούνται μόνο προς τη μία κατεύθυνση και αναπτύσσουν ρεύμα. Τα υλικά των ημιαγωγών έχουν τα μεταλλικά ηλεκτρόδια μέσω των οποίων εξέρχεται το ρεύμα.
Εξετάστε το παρακάτω σχήμα που δείχνει το φωτοβολταϊκό στοιχείο που κατασκευάστηκετου πυριτίου και το φορτίο αντίστασης συνδέεται σε αυτό. Το φωτοκύτταρο αποτελείται από το στρώμα τύπου ημιαγωγού Ρ και Ν. Αυτά τα στρώματα ενώνονται για να σχηματίσουν την ένωση PN.
Η διασταύρωση είναι η διεπαφή μεταξύ του τύπου ρ και του υλικού τύπου ν. Όταν το φως πέσει στη διασταύρωση, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται από μια περιοχή στην άλλη.
Πώς εγκαθίσταται η ηλιακή κυψέλη στην ηλιακή μονάδα παραγωγής ενέργειας;
Ο ιχνηλάτης μέγιστου σημείου ισχύος, ο μετατροπέας συχνότητας, ο ελεγκτής φορτίου και η μπαταρία είναι το όνομα της συσκευής που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της ακτινοβολίας σε ηλεκτρική τάση.
Μέγιστη παρακολούθηση ισχύος - Είναι ένα ειδικό είδος ψηφιακού ιχνηλάτη που ακολουθεί τη θέση του ήλιου. Η αποτελεσματικότητα του φωτοβολταϊκού κυττάρου εξαρτάται από την ένταση του ηλιακού φωτός που πέφτει πάνω του. Η ισχύς του ήλιου ποικίλλει ανάλογα με το χρόνο, επειδήτης κίνησης της γης. Έτσι, για την απορρόφηση του μέγιστου φωτός, ο πίνακας πρέπει να μετακινηθεί μαζί με τον ήλιο. Με αυτόν τον τρόπο χρησιμοποιείται ο ιχνηλάτης μέγιστων σημείων ισχύος με τον ηλιακό πίνακα.
Ρυθμιστής φόρτισης - Ο ελεγκτής φορτίου ρυθμίζει την τάση που ρέει από τον πίνακα. Προστατεύει επίσης την μπαταρία από υπερφόρτιση ή υπέρταση.
Αντιστροφέας - Ο μετατροπέας μετατρέπει το συνεχές ρεύμα στο εναλλασσόμενο ρεύμα και το αντίστροφο. Η μετατροπή είναι απαραίτητη επειδή μερικές από τις συσκευές χρειάζονται εναλλασσόμενο ρεύμα για την εργασία τους.
