Glavna načela in prednosti fotovoltaične proizvodnje električne energije

Fotovoltaična proizvodnja električne energije je tehnologija, ki neposredno pretvarja svetlobno energijo v električno z uporabo fotovoltaičnega učinka na polprevodniškem vmesniku. V glavnem je sestavljen iz treh delov: sončnih kolektorjev, krmilnikov in pretvornikov. Glavne komponente so elektronske komponente. Ko so sončne celice povezane zaporedno, jih je mogoče zapakirati in zaščititi v module sončnih celic z velikimi površinami, ki jih je nato mogoče kombinirati s krmilniki moči in drugimi komponentami v fotovoltaične naprave za proizvodnjo električne energije.

Glavni princip fotovoltaične proizvodnje električne energije je fotoelektrični učinek polprevodnikov. Ko fotoni obsevajo kovino, lahko njihovo energijo popolnoma absorbirajo elektroni v kovini. Energija, ki jo absorbirajo elektroni, je dovolj velika, da premaga Coulombovo silo znotraj kovinskih atomov, da opravi delo, in pobegne s kovinske površine, da postanejo fotoelektroni. Atomi silicija imajo štiri zunanje elektrone. Če je čisti silicij dopiran z atomi s petimi zunanjimi elektroni, kot so atomi fosforja, postane polprevodnik tipa N. Če je čisti silicij dopiran z atomi s tremi zunanjimi elektroni, kot so atomi bora, tvori polprevodnik tipa P. Ko sta P-tip in N-tip združena skupaj, bo kontaktna površina tvorila potencialno razliko in tako postala sončna celica. Ko sončna svetloba obsije pn spoj, tok teče od strani tipa P do strani tipa N in tvori tok.

Fotoelektrični učinek je pomemben in čaroben pojav v fiziki. Pod obsevanjem elektromagnetnih valov nad določeno frekvenco (znano kot mejna frekvenca) elektroni v določenih snoveh absorbirajo energijo in uidejo, da tvorijo električni tok, znan kot fotoelektrični. Shematski diagram fotovoltaične proizvodnje električne energije prikazuje, da se polikristalni silicij predeluje v silicijeve rezine s postopki, kot so ulivanje ingota, lomljenje ingota in rezanje. Dopiranje in difuzija sledov bora, fosforja itd. Na silicijevi rezini bo nastal pn spoj. Nato se s sitotiskom fino pripravljena srebrna pasta natisne na silikonsko rezino, da se oblikujejo mrežne črte. Po sintranju se iz njega naredi tudi zadnja elektroda, na površini pa je prevlečen protiodbojni premaz z mrežnimi črtami za izdelavo baterijskih celic. Baterija je razporejena in združena v baterijski modul, ki tvori veliko vezje. Običajno so komponente obdane z aluminijastim okvirjem, s stekleno prevleko na sprednji strani in elektrodami na zadnji strani. Z baterijskimi komponentami in drugo pomožno opremo je mogoče oblikovati sistem za proizvodnjo električne energije. Za pretvorbo enosmernega toka v izmenični je potrebno vgraditi pretvornik. Po proizvodnji električne energije se lahko shrani v baterije ali vnese v javno električno omrežje. V stroških sistemov za proizvodnjo električne energije komponente baterij predstavljajo približno 50 %, pretvorniki toka, stroški namestitve, druge pomožne komponente in drugi stroški pa dodatnih 50 %.