עקרון ייצור החשמל של פאנלים סולאריים

תא סולארי הוא מכשיר המגיב לאור ויכול להפוך אנרגיית אור לחשמל. ישנם סוגים רבים של חומרים שיכולים לייצר אפקט פוטו -וולטאי, כגון: סיליקון קריסטל יחיד, סיליקון פולי -גבישי, סיליקון אמורפי, גליום ארסניד, אינדיום נחושת סלניד וכן הלאה. עקרונות ייצור החשמל שלהם זהים בעצם, ועכשיו קח כדוגמה סיליקון גבישי לתיאור תהליך ייצור החשמל הפוטו -וולטאי. ניתן לסומם סיליקון גבישי מסוג P עם זרחן כדי להשיג סיליקון מסוג N ויוצר צומת PN.

כאשר האור מקרין את פני התא של השמש, חלק מהפוטונים נספגים בחומר הסיליקון; האנרגיה של הפוטונים מועברת לאטומי הסיליקון, וגורמת לאלקטרונים לעבור מעברים, הופכים לאלקטרונים חופשיים, ומתאספים משני צידי צומת PN ויוצרים הבדל פוטנציאלי. כאשר המעגל מחובר כלפי חוץ תחת פעולה של מתח זה, יהיה זרם זורם במעגל החיצוני כדי לייצר הספק פלט מסוים. המהות של תהליך זה היא: תהליך המרת אנרגיית הפוטון לאנרגיה חשמלית.

1. ייצור חשמל סולארי ישנן שתי שיטות לייצור חשמל סולארי, האחת היא שיטת ההמרה האור-חום-חשמלית, והשנייה היא שיטת ההמרה הישירה באור-חשמל.

(1) שיטת ההמרה האור-חום-חשמלית משתמשת בקרינת השמש לייצור חשמל. באופן כללי, אספן סולארי ממיר את החום הנספג לאדים של נוזל העבודה, ולאחר מכן מניע טורבינת קיטור ליצירת חשמל. התהליך הקודם הוא תהליך המרת חום קל; התהליך האחרון הוא תהליך המרה חום-חשמלי, זהה לייצור חשמל תרמי רגיל. לתחנות כוח תרמיות סולאריות יש יעילות גבוהה. אולם מכיוון שהתיעוש שלהם נמצא בשלב הראשוני, ההשקעה כרגע גבוהה. תחנת כוח תרמית סולארית בגודל 1,000MW דורשת השקעה של 2 עד 2.5 מיליארד דולר, וההשקעה הממוצעת של 1 קילוואט היא 2000 עד 2500 דולר. לכן, הוא מתאים לאירועים מיוחדים בקנה מידה קטן, וניצול בקנה מידה גדול הוא מאוד לא כלכלי מבחינה כלכלית, והוא אינו יכול להתחרות עם תחנות כוח תרמיות רגילות או תחנות כוח גרעיניות.

(2) שיטת המרה ישירה מאור לחשמל שיטה זו משתמשת באפקט הפוטואלקטרי כדי להמיר ישירות את אנרגיית קרינת השמש לאנרגיה חשמלית. המכשיר הבסיסי של המרת אור לחשמל הוא תאים סולאריים. תא סולארי הוא מכשיר הממיר ישירות את אנרגיית אור השמש לאנרגיה חשמלית בשל האפקט הפוטו -וולטאי. זוהי פוטודיודה של מוליכים למחצה. כאשר השמש זורחת על הפוטודיודה, הפוטודיודה תהפוך את אנרגיית האור של השמש לאנרגיה חשמלית כדי לייצר זרם. כאשר סוללות רבות מחוברות בסדרה או במקביל, ניתן ליצור מערך מרובע של תאים סולריים בעלי הספק פלט גדול יחסית. תאים סולאריים הם סוג חדש ומבטיח של מקור חשמל, עם שלושה יתרונות עיקריים של קביעות, ניקיון וגמישות. אורך חיים ארוך של תאים סולאריים. כל עוד השמש קיימת, ניתן להשקיע תאים סולאריים פעם אחת ולהשתמש בהם לאורך זמן; וייצור חשמל תרמי וייצור חשמל גרעיני. לעומת זאת, תאים סולאריים אינם גורמים לזיהום סביבתי; תאים סולאריים יכולים להיות גדולים, בינוניים וקטנים, גדולים כמו תחנת כוח בינונית של מיליון קילוואט, או קטנים כמו מארז סוללות סולאריות למשק בית אחד, שאין דומה לו מקורות כוח אחרים.