Η ενέργεια του ηλιακού φωτός μπορεί να μετατραπεί απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω της χρήσης ηλιακών φωτοβολταϊκών κυψελών, γνωστών και ως φωτοβολταϊκά κύτταρα. Τα ηλιακά κύτταρα συνδυάζονται με συγκεκριμένους τρόπους για να σχηματίσουν φωτοβολταϊκά πλαίσια, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να πληρούν ορισμένες απαιτήσεις εφαρμογής όσον αφορά την ονομαστική ισχύ εξόδου και την τάση εξόδου. Τα μεγέθη των συστοιχιών που αποτελούν το ηλιακό πλαίσιο μπορούν να ποικίλλουν σημαντικά, ανάλογα με τις διαστάσεις του φωτοβολταϊκού σταθμού παραγωγής ενέργειας.
Οι προηγμένες διαδικασίες ελασματοποίησης κενού και παλμικής συγκόλλησης εγγυώνται μεγάλη διάρκεια ζωής για τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τα οποία χρησιμοποιούν φωτοβολταϊκά στοιχεία μονοκρυσταλλικού ή πολυκρυσταλλικού πυριτίου υψηλής απόδοσης, σκληρυμένο γυαλί υψηλής διαπερατότητας και πλαίσιο από κράμα αλουμινίου ανθεκτικό στη διάβρωση, μεταξύ άλλων υλικών.
Μπορείτε να μου πείτε τις πολλές ποικιλίες ηλιακών κυψελών;
1. Τα ομοιογενή ηλιακά κύτταρα σύνδεσης, τα ετερογενή ηλιακά κύτταρα σύνδεσης και τα ηλιακά κύτταρα Schottky είναι όλες πιθανές ταξινομήσεις με βάση τη δομή.
2. Τα ηλιακά κύτταρα που κατασκευάζονται από διάφορα υλικά μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε πολλούς τύπους, όπως πυρίτιο, οργανικές ενώσεις, πλαστικό, ευαισθητοποιημένα νανοκρυσταλλικά, ανόργανα σύνθετα ημιαγωγικά και οργανικά σύνθετα ηλιακά κύτταρα.
3. Μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε συμβατικά ηλιακά κύτταρα και διεγερτικά ηλιακά κύτταρα με βάση τη μέθοδο φωτοηλεκτρικής μετατροπής.
Σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση των ειδών, υπάρχουν τέσσερις τύποι φωτοβολταϊκών κυψελών: άμορφο πυρίτιο, πολυκρυσταλλικό πυρίτιο, σεληνιούχο χαλκό-ίνδιο, αρσενιούχο γάλλιο και μονοκρυσταλλικό πυρίτιο.
Ηλιακά κύτταρα κατασκευασμένα από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο
Η πιο πρόσφατη καινοτομία στην τεχνολογία φωτοβολταϊκών κυψελών, τα μονοκρυσταλλικά κύτταρα πυριτίου, προσφέρουν τον καλύτερο συνδυασμό μεγέθους, απόδοσης και μακροζωίας. Η μέση απόδοση μετατροπής των μονοκρυσταλλικών φωτοβολταϊκών κυψελών πυριτίου στην Κίνα έχει φτάσει το 16,5%, με μέγιστη εργαστηριακή απόδοση που υπερβαίνει το 24,7%. Οι πρώτες ύλες για αυτά τα ηλιακά κύτταρα είναι συνήθως ράβδοι πυριτίου με επίπεδο καθαρότητας 99,9999% και υψηλό βαθμό μονοκρυσταλλικού πυριτίου.
Διαφανή φωτοβολταϊκά στοιχεία πυριτίου
Ένας τύπος ηλιακού στοιχείου είναι το φωτοβολταϊκό στοιχείο πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Το κόστος κατασκευής έχει μειωθεί δραστικά ως αποτέλεσμα της αντικατάστασης του μονοκρυσταλλικού πυριτίου με υλικό πολυκρυσταλλικού πυριτίου, η οποία έχει μειώσει δραστικά τον χρόνο παραγωγής. Ο μειωμένος ρυθμός αξιοποίησης του επιπέδου μετά την κατασκευή των φωτοβολταϊκών μονάδων οφείλεται στα κυκλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία που κατασκευάζονται από ράβδους μονοκρυσταλλικού πυριτίου και στο γεγονός ότι τόσο οι ράβδοι όσο και τα στοιχεία είναι κυλινδρικά. Υπάρχει ένα πλεονέκτημα στη χρήση φωτοβολταϊκών στοιχείων πολυκρυσταλλικού πυριτίου σε σχέση με τη χρήση μονοκρυσταλλικών πυριτίου.
Άμορφα ηλιακά κύτταρα πυριτίου
Ένα νέο είδος λεπτού υμενίου στοιχείου που κατασκευάζεται από άμορφο πυρίτιο είναι το φωτοβολταϊκό στοιχείο άμορφου πυριτίου. Ένας ημιαγωγός με άμορφη κρυσταλλική δομή είναι γνωστός ως άμορφο πυρίτιο. Μπορεί να παράγει ηλιακά στοιχεία με πάχος μόλις 1 μικρόν, το οποίο είναι συγκρίσιμο με μονοκρυσταλλικά στοιχεία πυριτίου 300 nm. Σε σύγκριση με το πολυκρυσταλλικό και το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, έχει μια σημαντικά απλούστερη μέθοδο παραγωγής, χρησιμοποιεί λιγότερο υλικό πυριτίου και έχει σημαντικά χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας ανά μονάδα.
Φωτοβολταϊκά στοιχεία κατασκευασμένα από χαλκό, ίνδιο και σεληνίδιο
Η ημιαγωγική μεμβράνη εφαρμόζεται σε γυαλί ή άλλα φθηνά υποστρώματα για τη δημιουργία ηλιακών κυψελών χαλκού-ινδίου-σεληνίου. Τα κύρια συστατικά που χρησιμοποιούνται είναι σύνθετοι ημιαγωγοί χαλκού, ινδίου και σεληνίου. Απαιτείται πάχος μεμβράνης περίπου l/100 για τα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά κύτταρα πυριτίου λόγω της εξαιρετικής ικανότητας απορρόφησης φωτός των μπαταριών χαλκού-ινδίου-σεληνίου.
Ηλιακά στοιχεία βασισμένα στο αρσενίδιο του γαλλίου
Ένα καινοτόμο υλικό λεπτής μεμβράνης μπαταρίας, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφου πυριτίου χρησιμοποιούν άμορφο πυρίτιο ως κύριο δομικό στοιχείο. Ένας ημιαγωγός με άμορφη κρυσταλλική δομή είναι γνωστός ως άμορφο πυρίτιο. Μπορεί να παράγει ηλιακά στοιχεία με πάχος μόλις 1 μικρόν, το οποίο είναι συγκρίσιμο με μονοκρυσταλλικά στοιχεία πυριτίου 300 nm. Υπάρχει σημαντική μείωση στην κατανάλωση ενέργειας της μονάδας και απλοποίηση της διαδικασίας παραγωγής σε σύγκριση με εναλλακτικές λύσεις που χρησιμοποιούν πολυκρυσταλλικό ή μονοκρυσταλλικό πυρίτιο.
Φωτοβολταϊκά πολυμερικά κύτταρα
Ένα πολυμερές φωτοβολταϊκό κύτταρο, ένα ανάλογο πολυστρωματικό σύνθετο υλικό με μια ανόργανη μονοκατευθυντική αγώγιμη συσκευή σύνδεσης PN, χρησιμοποιεί οξειδοαναγωγικά πολυμερή με ποικίλα οξειδοαναγωγικά δυναμικά.
Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης φωτοβολταϊκών κυψελών
Τα οφέλη:Δεν υπάρχει κίνδυνος εξάντλησης, είναι ουσιαστικά μη ρυπογόνο, δεν εξαρτάται από τη γεωγραφική κατανομή των πόρων, μπορεί να παραχθεί κοντά στον σταθμό παραγωγής ενέργειας, έχει υψηλή ενεργειακή ποιότητα, οι χρήστες του είναι εύκολα αποδεκτοί συναισθηματικά, παρέχει ενέργεια για σύντομο χρονικό διάστημα και το σύστημα παροχής ενέργειας έχει καλό ιστορικό αξιοπιστίας.
Αρνητικές πτυχές:Εκτός από το υψηλό κόστος κατασκευής και τη μικρή πυκνότητα κατανομής ενέργειας της ακτινοβολίας, οι τέσσερις εποχές, ημέρα/νύχτα, συννεφιά/ηλιοφάνεια και άλλες κλιματικές μεταβλητές παίζουν ρόλο στη συλλεγόμενη ενέργεια.
