A fotovoltaikus energiatermelés főbb elvei és előnyei

A fotovoltaikus energiatermelés olyan technológia, amely a fényenergiát közvetlenül elektromos árammá alakítja át a félvezető interfészén található fotovoltaikus hatás segítségével. Főleg három részből áll: napelemekből, vezérlőkből és inverterekből. A fő alkatrészek elektronikus alkatrészek. A napelemek sorba kapcsolása után csomagolhatók és védhetők nagy felületű napelemmodulokká, amelyeket azután teljesítményszabályozókkal és egyéb alkatrészekkel kombinálva fotovoltaikus áramtermelő eszközöket állítanak elő.

A fotovoltaikus energiatermelés fő elve a félvezetők fotoelektromos hatása. Amikor a fotonok besugároznak egy fémet, energiájukat a fémben lévő elektronok teljesen elnyelik. Az elektronok által elnyelt energia elég nagy ahhoz, hogy leküzdje a fématomokon belüli Coulomb-erőt, hogy munkát végezzen, és a fém felületéről kilépve fotoelektronokká váljon. A szilícium atomoknak négy külső elektronja van. Ha a tiszta szilíciumot öt külső elektront tartalmazó atomokkal, például foszforatomokkal adalékolják, N-típusú félvezetővé válik. Ha a tiszta szilíciumot három külső elektront tartalmazó atomokkal, például bóratomokkal adalékolják, P-típusú félvezetőt képez. Ha a P-típust és az N-típust kombináljuk, az érintkezési felület potenciálkülönbséget képez, és napelemmé válik. Amikor a napfény a pn átmenetre világít, az áram a P-típusú oldalról az N-típusú oldalra folyik, áramot képezve.

A fotoelektromos hatás fontos és varázslatos jelenség a fizikában. Az elektromágneses hullámok bizonyos frekvencián (az úgynevezett határfrekvencián) történő besugárzás hatására bizonyos anyagokban lévő elektronok energiát nyelnek el, és kiszabadulnak, hogy elektromos áramot képezzenek, amelyet fotoelektromosnak neveznek. A fotovoltaikus energiatermelés sematikus diagramja azt mutatja, hogy a polikristályos szilíciumot szilíciumlapkákká dolgozzák fel olyan eljárások révén, mint a tuskóöntés, a tuskótörés és a szeletelés. Nyomnyi bór, foszfor stb. doppingolása és diffúziója. A szilícium lapkán pn átmenet képződik. Ezután szitanyomással a finoman elkészített ezüstpasztát rányomják a szilícium ostyára, hogy rácsvonalakat képezzenek. Szinterezés után egy hátsó elektródát is készítenek belőle, és egy tükröződésgátló bevonatot vonnak be a felületére rácsvonalakkal, hogy akkumulátorcellákat készítsenek. Az akkumulátor úgy van elrendezve és kombinálva, hogy egy akkumulátormodult képezzen, amely egy nagy áramköri lapot alkot. Az alkatrészeket jellemzően alumínium keret veszi körül, elöl üvegborítással, hátul elektródákkal. Akkumulátor alkatrészekkel és egyéb segédberendezésekkel áramtermelő rendszer alakítható ki. Az egyenáram váltóárammá alakításához invertert kell beépíteni. Áramtermelés után akkumulátorban tárolható, vagy a nyilvános elektromos hálózatba betáplálható. Az áramtermelő rendszerek költségében az akkumulátor alkatrészek hozzávetőleg 50%-ot, míg az áramátalakítók, a telepítési költségek, az egyéb segédkomponensek és egyéb költségek további 50%-ot tesznek ki.