Zasada i proces produkcji energii elektrycznej z ogniw fotowoltaicznych

Główna zasada wytwarzania energii fotowoltaicznej opiera się na efekcie fotoelektrycznym półprzewodników. Kiedy fotony oświetlają powierzchnię metalu, ich energia może być w pełni pochłaniana przez określony elektron w metalu. Jeśli energia pochłonięta przez elektron jest wystarczająca do pokonania wewnętrznej pracy grawitacyjnej metalu, elektron ucieknie z powierzchni metalu i stanie się fotoelektronem.

Atom krzemu ma 4 elektrony walencyjne. Jeśli czysty krzem jest domieszkowany atomami, które mają 5 elektronów walencyjnych (takich jak atomy fosforu), staje się półprzewodnikiem typu N; jeśli czysty krzem jest domieszkowany atomami, które mają 3 elektrony walencyjne (takie jak atomy boru), powstaje półprzewodnik typu P. Kiedy półprzewodniki typu P i N są połączone, na styku powstaje różnica potencjałów, która stanowi podstawę ogniwa słonecznego. Kiedy światło słoneczne oświetla złącze P-N, dziury przemieszczają się z obszaru P do obszaru N, podczas gdy elektrony przemieszczają się z obszaru N do obszaru P, generując w ten sposób prąd elektryczny.

Efekt fotoelektryczny odnosi się do zjawiska, w którym naświetlanie światłem powoduje różnicę potencjałów między różnymi częściami niejednorodnego półprzewodnika lub między półprzewodnikiem a metalem. Obejmuje dwa główne procesy: po pierwsze, konwersję fotonów (fal świetlnych) na elektrony, tj. transformację energii świetlnej w energię elektryczną; po drugie, tworzenie napięcia.

Krzem polikrystaliczny przechodzi procesy takie jak odlewanie wlewków, łamanie wlewków i cięcie na plastry w celu wytworzenia płytek krzemowych do dalszej obróbki. Płytki krzemowe są następnie domieszkowane i dyfundowane z niewielkimi ilościami boru, fosforu i innych pierwiastków w celu utworzenia złączy P-N. Następnie sitodruk jest używany do nałożenia precyzyjnie przygotowanej pasty srebrnej na płytki krzemowe w celu utworzenia linii siatki. Po spiekaniu elektrody tylne są wytwarzane jednocześnie, a na powierzchnię z liniami siatki nakładana jest powłoka antyrefleksyjna — w ten sposób kończy się produkcja ogniw słonecznych.

Ogniwa słoneczne są rozmieszczane i łączone w moduły ogniw słonecznych, które tworzą duże płytki obwodów. Zazwyczaj obwód każdego modułu jest zamknięty w aluminiowej ramie, przednia strona jest pokryta szkłem, a elektrody są instalowane z tyłu. Kompletny system wytwarzania energii fotowoltaicznej można zmontować, integrując te moduły ogniw z innym sprzętem pomocniczym. Aby przekształcić prąd stały (DC) w prąd przemienny (AC), należy zainstalować falownik. Wytworzona energia elektryczna może być przechowywana w akumulatorach lub wprowadzana do publicznej sieci energetycznej.

Jeśli chodzi o strukturę kosztów systemu wytwarzania energii fotowoltaicznej, moduły ogniw słonecznych stanowią około 50%, a pozostałe 50% pochodzi z falowników, opłat za instalację, innych komponentów pomocniczych i różnych wydatków.