ניתן להמיר את אנרגיית אור השמש ישירות לחשמל באמצעות שימוש בתאים פוטו-וולטאיים סולאריים, המכונים גם תאים פוטו-וולטאיים. תאים סולאריים משולבים בדרכים ספציפיות ליצירת מודולים פוטו-וולטאיים, אשר נועדו לעמוד בדרישות יישום מסוימות מבחינת הספק יציאה מדורג ומתח יציאה. גדלי המערך המרכיבים את המודול הסולארי יכולים להשתנות במידה רבה, בהתאם למידות תחנת הכוח הפוטו-וולטאית.
תהליכי למינציה בוואקום וריתוך בפולסים מתקדמים מבטיחים חיי שירות ארוכים למודולים פוטו-וולטאיים, המשתמשים בתאי סיליקון פוטו-וולטאיים מונו-קריסטליים או פולי-קריסטליים בעלי יעילות גבוהה, זכוכית מחוסמת בעלת העברה גבוהה ומסגרת סגסוגת אלומיניום עמידה בפני קורוזיה, בין היתר.
האם תוכל לספר לי על הסוגים הרבים של תאי שמש?
1. תאי שמש בעלי צומת הומוגני, תאי שמש בעלי צומת הטרוגני ותאי שמש שוטקי הם כולם סיווגים אפשריים המבוססים על המבנה.
2. תאים סולאריים העשויים מחומרים שונים ניתנים לסווג לסוגים רבים, כולל סיליקון, תרכובות אורגניות, פלסטיק, ננו-גבישים רגישים, מוליכים למחצה תרכובות אנאורגניות ותאים סולאריים תרכובות אורגניות.
3. ניתן לסווג אותם לתאים סולאריים קונבנציונליים ותאים סולאריים אקסיטוניים בהתבסס על שיטת ההמרה הפוטואלקטרית.
לפי סיווג המינים, ישנם ארבעה סוגים של תאים פוטו-וולטאיים: סיליקון אמורפי, סיליקון רב-קריסטלי, אינדיום סלניד נחושת, גליום ארסניד וסיליקון חד-קריסטליני.
תאים סולאריים עשויים מסיליקון חד גבישי
החידוש האחרון בטכנולוגיית תאים פוטו-וולטאיים, תאי סיליקון חד-קריסטליים, מציעים את השילוב הטוב ביותר של גודל, יעילות ואורך חיים. יעילות ההמרה הממוצעת של תאים פוטו-וולטאיים מסיליקון חד-קריסטלי בסין הגיעה ל-16.5%, כאשר יעילות מקסימלית במעבדה עולה על 24.7%. חומרי הגלם לתאים סולאריים אלה הם בדרך כלל מוטות סיליקון עם רמת טוהר של 99.9999% ורמה גבוהה של סיליקון חד-קריסטלי.
תאי סיליקון פוטו-וולטאיים שקופים
סוג אחד של תאים סולאריים הוא תא פוטו-וולטאי מסיליקון רב-קריסטלי. עלויות הייצור קוצצו באופן דרסטי כתוצאה מהחלפת חומר סיליקון רב-קריסטלי בתהליך השרטוט של סיליקון חד-קריסטלי, מה שהקצר באופן דרסטי את זמן הייצור. שיעור ניצול המישור המופחת לאחר בניית מודול פוטו-וולטאי נובע מתאים פוטו-וולטאיים מעגליים הבנויים ממוטות סיליקון חד-קריסטליים ומהעובדה שגם המוטות וגם התאים הם גליליים. ישנו יתרון לשימוש בתאים פוטו-וולטאיים מסיליקון רב-קריסטלי על פני שימוש בתאים פוטו-וולטאיים מסיליקון חד-קריסטלי.
תאי שמש אמורפיים של סיליקה
סוג חדש של תא דק-שכבה המיוצר מסיליקון אמורפי הוא תא פוטו-וולטאי מסיליקון אמורפי. מוליך למחצה בעל מבנה גבישי אמורפי ידוע כסיליקון אמורפי. הוא יכול לייצר תאים סולאריים בעובי של מיקרון אחד בלבד, העובי דומה לתאי סיליקון חד-גבישיים בעובי של 300 ננומטר. בהשוואה לסיליקון רב-גבישי וחד-גבישי, יש לו שיטת ייצור פשוטה בהרבה, משתמש בפחות חומר סיליקון, וצריכת החשמל שלו נמוכה משמעותית ליחידה.
תאים פוטו-וולטאיים עשויים נחושת, אינדיום וסלניד
שכבת המוליך למחצה מופעלת על זכוכית או על מצעים זולים אחרים כדי ליצור תאי שמש מנחושת-אינדיום-סלניום. המרכיבים העיקריים בהם נעשה שימוש הם מוליכים למחצה מורכבים של נחושת, אינדיום וסלניום. עובי שכבה של כ-l/100 נדרש עבור תאי פוטו-וולטאיים מסיליקון חד-גבישי בגלל יכולת ספיגת האור המעולה של סוללות נחושת-אינדיום-סלניום.
תאים סולאריים המבוססים על גליום ארסניד
תאי פוטו-וולטאיים מסיליקון אמורפי, חומר חדשני העשוי משכבה דקה של סוללות, משתמשים בסיליקון אמורפי כאבן הבניין העיקרית שלו. מוליך למחצה בעל מבנה גבישי אמורפי ידוע כסיליקון אמורפי. הוא יכול לייצר תאים סולאריים בעובי של מיקרון אחד בלבד, העובי דומה לתאי סיליקון חד-גבישיים בעובי של 300 ננומטר. ישנה הפחתה משמעותית בצריכת החשמל של היחידה ופישוט תהליך הייצור בהשוואה לחלופות המשתמשות בסיליקון רב-גבישי או חד-גבישי.
תאי פולימר פוטו-וולטאיים
תא פוטו-וולטאי פולימרי, שהוא מרוכב רב שכבתי אנלוגי להתקן מוליך חד-כיווני בצומת PN אנאורגני, משתמש בפולימרים של חמצון-חיזור עם פוטנציאלי חמצון-חיזור משתנים.
היתרונות והחסרונות של שימוש בתאים פוטו-וולטאיים
היתרונות:אין סיכון של דלדול, הוא למעשה אינו מזהם, אינו תלוי בפיזור גיאוגרפי של משאבים, ניתן לייצר אותו קרוב לתחנת הכוח, יש לו איכות אנרגיה גבוהה, המשתמשים בו קלים לקבלה רגשית, הוא מספק אנרגיה לפרק זמן קצר, ולמערכת אספקת החשמל יש רקורד טוב של אמינות.
היבטים שליליים:מלבד עלות הבנייה הגבוהה וצפיפות פיזור האנרגיה הזעירה של הקרינה, לארבע עונות השנה, יום/לילה, מעונן/שמש ומשתנים אקלימיים אחרים יש תפקיד באנרגיה הנאספת.
