اصول و فرآیند تولید تولید انرژی خورشیدی

اصل اصلی تولید برق فتوولتائیک در اثر فوتوالکتریک نیمه هادی ها نهفته است. هنگامی که فوتون ها به سطح فلز می تابند، انرژی آنها می تواند به طور کامل توسط یک الکترون خاص در فلز جذب شود. اگر انرژی جذب شده توسط الکترون برای غلبه بر کار گرانشی داخلی فلز کافی باشد، الکترون از سطح فلز فرار کرده و به یک فوتوالکترون تبدیل می شود.

یک اتم سیلیسیم دارای 4 الکترون ظرفیت است. اگر سیلیسیم خالص با اتم هایی که 5 الکترون ظرفیت دارند (مانند اتم های فسفر) دوپ شود، به یک نیمه هادی نوع N تبدیل می شود. اگر سیلیسیم خالص با اتم هایی که 3 الکترون ظرفیت دارند (مانند اتم های بور) دوپ شود، یک نیمه هادی نوع P تشکیل می شود. هنگامی که نیمه هادی های نوع P و نوع N با هم ترکیب می شوند، یک اختلاف پتانسیل در رابط تماس ایجاد می شود که به عنوان پایه ای برای یک سلول خورشیدی عمل می کند. هنگامی که نور خورشید به پیوند P-N می تابد، حفره ها از ناحیه P به ناحیه N حرکت می کنند، در حالی که الکترون ها از ناحیه N به ناحیه P حرکت می کنند و در نتیجه جریان الکتریکی تولید می شود.

اثر فوتوالکتریک به پدیده ای اشاره دارد که در آن تابش نور باعث ایجاد اختلاف پتانسیل بین قسمت های مختلف یک نیمه هادی ناهمگن یا بین یک نیمه هادی و یک فلز می شود. این شامل دو فرآیند اصلی است: اول، تبدیل فوتون ها (امواج نور) به الکترون ها، یعنی تبدیل انرژی نور به انرژی الکتریکی. دوم، تشکیل ولتاژ.

سیلیسیم پلی کریستالی تحت فرآیندهایی مانند ریخته گری شمش، شکستن شمش و برش برای تولید ویفرهای سیلیکونی قرار می گیرد که باید پردازش شوند. سپس این ویفرهای سیلیکونی با مقادیر کمی بور، فسفر و سایر عناصر دوپ و پخش می شوند تا پیوندهای P-N تشکیل شوند. در مرحله بعد، از چاپ صفحه ای برای اعمال یک خمیر نقره ای با دقت آماده شده بر روی ویفرهای سیلیکونی برای ایجاد خطوط شبکه استفاده می شود. پس از تف جوشی، الکترودهای پشتی به طور همزمان ساخته می شوند و یک پوشش ضد انعکاس بر روی سطح با خطوط شبکه اعمال می شود - بنابراین تولید سلول های خورشیدی تکمیل می شود.

سلول های خورشیدی در ماژول های سلول خورشیدی مرتب و ترکیب می شوند که بردهای مدار بزرگ را تشکیل می دهند. به طور معمول، محیط هر ماژول در یک قاب آلومینیومی محصور شده است، قسمت جلویی با شیشه پوشانده شده است و الکترودها در قسمت پشتی نصب می شوند. یک سیستم تولید برق فتوولتائیک کامل را می توان با ادغام این ماژول های سلولی با سایر تجهیزات کمکی مونتاژ کرد. برای تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC)، یک اینورتر برق باید نصب شود. برق تولید شده می تواند در باتری ها ذخیره شود یا به شبکه برق عمومی تغذیه شود.

از نظر ساختار هزینه یک سیستم تولید برق فتوولتائیک، ماژول های سلول خورشیدی تقریباً 50٪ را تشکیل می دهند، در حالی که 50٪ باقیمانده از اینورترهای برق، هزینه های نصب، سایر اجزای کمکی و هزینه های متفرقه حاصل می شود.