เทคโนโลยีพลังงานใหม่ Yozeal Co., Ltd
Photovoltaics: พลังงานแสงอาทิตย์และเซลล์แสงอาทิตย์ในทฤษฎีและการปฏิบัติ
- May 09, 2017 -

Photovoltaics: พลังงานแสงอาทิตย์และเซลล์แสงอาทิตย์ในทฤษฎีและการปฏิบัติ

คำว่า Photovoltaic คือการรวมกันของคำภาษากรีกสำหรับแสงและชื่อของนักฟิสิกส์ Allesandro Volta เป็นการระบุถึงการเปลี่ยนแสงแดดโดยตรงเป็นพลังงานโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ ขั้นตอนการแปลงจะขึ้นอยู่กับผลตาแมวที่ค้นพบโดย Alexander Bequerel ในปี ค.ศ. 1839 ผลกระทบจากการโฟโตอิเล็กทริคจะอธิบายถึงการปล่อยประจุบวกและลบในสภาพของแข็งเมื่อแสงกระทบพื้นผิวของมัน

เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานอย่างไร

เซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ สารกึ่งตัวนำเป็นวัสดุซึ่งเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเมื่อให้แสงหรือความร้อน แต่ใช้เป็นฉนวนที่อุณหภูมิต่ำ

กว่า 95% ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตทั่วโลกประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำซิลิคอน (Si) ธาตุซิลิกอนเป็นองค์ประกอบที่มีความอุดมสมบูรณ์มากที่สุดเป็นอันดับสองในเปลือกโลกมีข้อดีคือมีอยู่ในปริมาณที่พอเหมาะและการประมวลผลวัสดุจะไม่ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อม ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์สารกึ่งตัวนำจะปนเปื้อนหรือ "เจือปน" "การยาสลบ" เป็นการแนะนำองค์ประกอบทางเคมีโดยเจตนาโดยที่ผู้ใช้สามารถรับส่วนเกินของผู้ให้บริการประจุไฟฟ้าบวก (ชั้นสารกึ่งตัวนำ p-conducting) หรือผู้ให้บริการประจุลบ (ชั้นสารกึ่งตัวนำ n- ดำเนินการ) จากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ถ้าสองเซมิคอนดักเตอร์ที่ปนเปื้อนต่างกันรวมกันแล้วผลลัพธ์ที่เรียกว่า pn-junction บนขอบเขตของเลเยอร์

รูปแบบของเซลล์แสงอาทิตย์ผลึก

ที่จุดเชื่อมต่อนี้จะมีสนามไฟฟ้าภายในที่สร้างขึ้นซึ่งจะนำไปสู่การแยกสายชาร์จที่ปล่อยออกมาจากแสง ผ่านการสัมผัสโลหะการชาร์จไฟสามารถเคาะได้ ถ้าปิดวงจรด้านนอกหมายถึงผู้บริโภคเชื่อมต่อแล้วจึงนำกระแสกระแสตรง

เซลล์ซิลิคอนมีขนาดประมาณ 10 ซม. ขนาด 10 ซม. (เมื่อเร็ว ๆ นี้ 15 ซม. โดย 15 ซม.) ฟิล์มป้องกันภาพสะท้อนโปร่งใสช่วยปกป้องเซลล์และลดการสะท้อนแสงบนผิวเซลล์

ลักษณะของเซลล์แสงอาทิตย์

สายไฟฟ้ากระแสสลับของเซลล์แสงอาทิตย์ si-solar

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ในซิลิคอนจะมีค่าประมาณ 0.5 โวลต์เทอร์มินอลแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับรังสีความร้อนเพียงเล็กน้อยในขณะที่ความเข้มของกระแสเพิ่มขึ้นด้วยความส่องสว่างที่สูงขึ้น ตัวอย่างเซลล์ซิลิคอนขนาด 100 ตารางเซนติเมตรจะมีความเข้มในปัจจุบันสูงสุดประมาณ 2 องศาเซลเซียสเมื่อมีการแผ่รังสี 1000 W / m²

ผลผลิต (ผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า) ของเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อุณหภูมิของเซลล์ที่สูงขึ้นทำให้ผลผลิตลดลงและทำให้ประสิทธิภาพลดลง ระดับประสิทธิภาพบ่งบอกว่าปริมาณรังสีที่แผ่กระจายออกมาจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่สามารถใช้ประโยชน์ได้

ชนิดของเซลล์ที่แตกต่างกัน

หนึ่งสามารถแยกแยะความแตกต่างของเซลล์สามชนิดตามชนิดของผลึก: monocrystalline, polycrystalline และ amorphous ในการผลิตเซลล์ซิลิคอนชนิด monocrystalline จำเป็นต้องใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่บริสุทธิ์อย่างแท้จริง แท่ง Monocrystalline ถูกสกัดจากซิลิคอนที่หลอมละลายแล้วเลื่อยลงในแผ่นบาง ๆ กระบวนการผลิตนี้รับประกันประสิทธิภาพในระดับที่ค่อนข้างสูง
การผลิตโพลีคาร์บอเนตเซลล์มีประสิทธิภาพมากขึ้น ในกระบวนการนี้ซิลิคอนเหลวจะเทลงในบล็อกที่ต่อมาแปรรูปเป็นแผ่น ในระหว่างแข็งตัวของวัสดุโครงสร้างผลึกของขนาดที่แตกต่างกันจะเกิดขึ้นที่ขอบของข้อบกพร่องเกิดขึ้น อันเป็นผลมาจากข้อบกพร่องคริสตัลนี้เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพน้อยลง
ถ้าฟิล์มซิลิกอนวางอยู่บนกระจกหรือวัสดุพื้นผิวอื่น ๆ นี่เป็นเซลล์ที่ไม่มีรูปร่างหรือเป็นชั้นบาง ๆ ความหนาของชั้นมีค่าน้อยกว่า1μm (ความหนาของเส้นผมมนุษย์: 50-100 μm) ดังนั้นต้นทุนการผลิตจะลดลงเนื่องจากต้นทุนวัสดุต่ำ อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของเซลล์อสัณฐานต่ำกว่าเซลล์อื่น ๆ สองชนิด ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงใช้เป็นหลักในอุปกรณ์พลังงานต่ำ (นาฬิกาเครื่องคิดเลขพกพา) หรือเป็นองค์ประกอบของซุ้ม

วัสดุ

ระดับประสิทธิภาพใน% Lab

ระดับประสิทธิภาพในการผลิต

ซิลิคอน Monocrystalline

ประมาณ 24

14 to17

Polycrystalline Silicon

ประมาณ 18

13 ถึง 15

อะมอร์ฟัสซิลิคอน

ประมาณ 13

5 ถึง 7



จากเซลล์ไปยังโมดูล

เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าและเอาต์พุตที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต่างกันเซลล์แสงอาทิตย์เดี่ยวจะเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างหน่วยใหญ่ขึ้น เซลล์ที่เชื่อมต่ออยู่ในชุดมีแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในขณะที่สายเชื่อมต่อแบบขนานจะผลิตกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เซลล์แสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกันมักจะถูกฝังอยู่ใน Ethyl-Vinyl-Acetate โปร่งใสติดตั้งกรอบอลูมิเนียมหรือสแตนเลสและปิดด้วยกระจกโปร่งใสที่ด้านหน้า

การจัดอันดับพลังงานโดยทั่วไปของโมดูลแสงอาทิตย์ดังกล่าวอยู่ระหว่าง 10 Wpeak และ 100 Wpeak ข้อมูลลักษณะเฉพาะหมายถึงสภาวะการทดสอบมาตรฐานของรังสีดวงอาทิตย์ขนาด 1000 W / m²ที่อุณหภูมิห้อง 25 องศาเซลเซียล การรับประกันมาตรฐานของผู้ผลิตสิบปีหรือมากกว่านั้นค่อนข้างยาวและแสดงถึงมาตรฐานคุณภาพและอายุการใช้งานที่ยาวนานของผลิตภัณฑ์ในปัจจุบัน

ข้อ จำกัด ทางธรรมชาติของประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีสูงสุดของเซลล์สุริยะในสภาวะมาตรฐาน

นอกเหนือจากการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตแล้วยังมีการทำางานเพื่อเพิ่มระดับประสิทธิภาพเพื่อลดต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตามกลไกการสูญเสียที่แตกต่างกันคือการกำหนดวงเงินไว้ในแผนเหล่านี้ โดยทั่วไปวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หรือชุดค่าผสมที่แตกต่างกันเหมาะสำหรับช่วงสเปกตรัมเฉพาะเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้พลังงานส่วนใดส่วนหนึ่งได้เนื่องจากปริมาณแสง (โฟตอน) ไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะ "เปิดใช้งาน" ผู้ให้บริการชาร์จ ในทางกลับกันพลังงานโฟตอนบางส่วนถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนแทนที่จะเป็นพลังงานไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีความสูญเสียทางแสงเช่นเงาของพื้นผิวของเซลล์ผ่านการสัมผัสกับพื้นผิวกระจกหรือการสะท้อนของรังสีที่เข้ามาบนผิวเซลล์ กลไกการสูญเสียอื่น ๆ คือการสูญเสียความต้านทานไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์และสายเชื่อมต่อ อิทธิพลของการปนเปื้อนวัสดุผลกระทบจากผิวและข้อบกพร่องของคริสตัลก็มีนัยสำคัญ
กลไกการสูญเสียเดี่ยว (โฟตอนที่มีพลังงานน้อยเกินไปจะไม่ถูกดูดซึมพลังงานโฟตอนส่วนเกินจะเปลี่ยนเป็นความร้อน) ไม่สามารถปรับปรุงให้ดีขึ้นเนื่องจากขีด จำกัด ทางกายภาพที่กำหนดโดยวัสดุเอง ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพสูงสุดในเชิงทฤษฎีนั่นคือประมาณ 28% สำหรับคริสตัลซิลิกอน


ความรู้อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง


ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง