Uzalishaji wa umeme wa jua, kama suluhisho linaloongoza la nishati safi, umevutia umakini mkubwa kutoka kwa tasnia. Ikiwa una nia, hebu tuangalie muundo wa seli za jua na vifaa vinavyohusiana vya fotovoltaic.
Uzalishaji wa umeme wa jua, ambao mara nyingi hujulikana kama seli za jua, hubadilisha moja kwa moja mwanga wa jua kuwa umeme. Katika paneli za jua, fotoni kutoka kwa jua huondoa elektroni kutoka kwa vifungo vya atomiki vya vifaa vya semiconductor. Elektroni hizi zinapolazimishwa kusonga katika mwelekeo mmoja, hutoa mkondo wa umeme ambao unaweza kuwasha vifaa vya kielektroniki au kuingizwa kwenye gridi ya umeme.
Tangu mwanafizikia Mfaransa Alexandre-Edmond Becquerel alipoanzisha nadharia ya teknolojia ya photovoltaic kwa mara ya kwanza mwaka wa 1839, uzalishaji wa umeme wa jua umekuwa mada muhimu ya utafiti. Leo, huku timu kubwa za utafiti kutoka Marekani, Japani, na Ulaya zikiharakisha uuzaji wa mifumo yao ya jua, soko la kimataifa la tasnia ya photovoltaic linaendelea kupanuka.
Moduli za Photovoltaic
Ingawa nyenzo katika mifumo ya volteji ya mwanga hutofautiana, moduli zote zina tabaka kadhaa kutoka upande unaoelekea mbele hadi nyuma. Mwanga wa jua hupita kwanza kupitia safu ya kinga (kawaida glasi), kisha kupitia safu ya mguso inayoonekana wazi hadi kwenye seli yenyewe. Katikati ya moduli kuna nyenzo ya kunyonya, ambayo hunasa fotoni ili kutoa mkondo wa umeme. Aina ya nyenzo za nusu-semiconductor zinazotumika inategemea mahitaji maalum ya mfumo wa volteji ya mwanga.
Chini ya nyenzo ya kufyonza kuna safu ya chuma ya nyuma, ambayo hukamilisha mzunguko wa umeme. Chini ya safu ya chuma kuna safu ya filamu mchanganyiko, ambayo huzuia maji na kuhami moduli. Moduli za photovoltaic mara nyingi huwa na safu ya ziada ya ulinzi iliyotengenezwa kwa glasi, aloi ya alumini, au plastiki.
Vifaa vya Semiconductor
Nyenzo za nusu kondakta katika mifumo ya fotovoltaiki zinaweza kuwa silikoni, filamu nyembamba za polikristali, au filamu nyembamba za monocrystalline. Nyenzo za siliconi ni pamoja na silikoni moja ya monocrystalline, silikoni ya polikristali, na silikoni isiyo na umbo. Silikoni moja ya monocrystalline, ikiwa na muundo wake wa kawaida, ina ufanisi mkubwa wa ubadilishaji wa fotovoltaiki kuliko silikoni ya polikristali.
Katika silicon isiyo na umbo, atomi za silicon husambazwa bila mpangilio, na kusababisha ufanisi mdogo wa ubadilishaji ikilinganishwa na silicon moja ya fuwele. Hata hivyo, silicon isiyo na umbo inaweza kunasa fotoni zaidi, na kuichanganya na elementi kama vile germanium au kaboni kunaweza kuongeza sifa hii.
Diselenidi ya shaba ya indium (CIS), cadmium telluride (CdTe), na silikoni yenye filamu nyembamba hutumiwa sana katika vifaa vya filamu nyembamba ya polikristaro. Vifaa vyenye ufanisi mkubwa kama vile gallium arsenide (GaAs) mara nyingi hujumuisha filamu nyembamba za silikoni zenye monokristaro. Vifaa hivi huchaguliwa kwa matumizi maalum ya fotovoltaiki kulingana na sifa za kipekee kama vile fuwele, ukubwa wa pengo la bendi, uwezo wa kunyonya, na urahisi wa usindikaji.
Mambo ya Nje Yanayoathiri Semiconductors
Mpangilio wa atomiki katika muundo wa fuwele huamua uhalisia wa nyenzo za nusu-semiconductor, ambao huathiri moja kwa moja usafirishaji wa chaji, msongamano wa sasa, na ufanisi wa ubadilishaji wa nishati wa seli za jua. Pengo la bendi la nyenzo za nusu-semiconductor hurejelea nishati ya chini inayohitajika kuhamisha elektroni kutoka hali iliyofungwa hadi hali huru (kuruhusu upitishaji). Pengo la bendi, ambalo kwa kawaida huonyeshwa kama Eg, linaelezea tofauti ya nishati kati ya bendi ya valensi (nishati ya chini) na bendi ya upitishaji (nishati ya juu).
Kipimo cha unyonyaji hupima umbali ambao fotoni ya urefu fulani wa wimbi inaweza kupenya kwenye chombo kabla ya kufyonzwa. Huamuliwa na nyenzo za seli na urefu wa wimbi wa fotoni iliyofyonzwa.
Gharama na urahisi wa kusindika vifaa na vifaa mbalimbali vya nusu-semiconductor hutegemea mambo mengi, ikiwa ni pamoja na aina na ukubwa wa vifaa vinavyotumika, mizunguko ya uzalishaji, na sifa za uhamiaji wa seli kwenye chumba cha kuhifadhia. Kila kipengele kina jukumu muhimu katika kukidhi mahitaji maalum ya uzalishaji wa volteji ya mwanga.
