Photovoltaic

Раждане и развитие на технологията.

Преди повече от 100 години. Слънчевата енергия се е използвала предимно за загряване на топла вода до пара, която е можело да се използва за задвижване на машини. Но едва след откриването на "фотоволтаичния ефект" от Едмънд Бекверел, това е позволило превръщането на слънчевата светлина в слънчева директно в електрическа енергия. Откритието на Бекверел в последствие е довело до изобретяването през 1893 г. от Чарлс Фритс на първата истинска слънчева клетка, която се образува чрез покриване на листове селен с тънък слой злато. И от това скромно начало се е появило устройството, което днес познаваме като соларен панел.

Развитието на технологията може да се раздели на няколко етапа.

Фотоелементите от първо поколение се състоят от еднослоен силициев p-n диод (диод с P-N преход) с голяма площ, който при наличие на слънчева светлина е способен да генерира използваема електрическа енергия.

Фотоелементите от второ поколение се основават на многослойни p-n диоди. Всеки слой е проектиран да абсорбира светлинни вълни с нарастваща дължина на вълната (намаляваща енергия). Така се поглъща по-голяма част от слънчевия спектър и се увеличава количеството на усвоената енергия.

Фотоелементите от трето поколение не използват традиционния p-n преход. Те включват батерии от органични полимери, фотоелектрохимични батерии и слънчеви батерии с полупроводников нанокристал.

Какво представлява технологията.

Основният елемент от една фотоволтаичната система е соларната клетка или фото-волтаичната клетка. Изложена на светлина, тя генерира постоянен ток. Соларните клетки се свързват и интегрират във фотоволтаични фотоволтаични модули, които често биват наричани соларни модули или соларни панели. В основата на технологията стои полупроводниковия фото диод

По време на производството клетките се обогатяват с малки количества други атоми, обикновено бор или фосфор, за да се образуват два слоя силиций с различни електрически характеристики: един слой силиций (р-слой) с положително заредени частици и един слой силиций (n-слой) с отрицателно заредени частици. От горната и от долната страна се прикрепва токоотнемаща мрежа, за да се осигури пътя на потока електрони и след това всичко се покрива с антирефлексен слой. На границата между двата слоя (позната като р-n преход) се образува електрическо поле. Когато клетката е изложена на светлина от атомите се отделят електрони които се движат свободно в полупроводника. Те се привличат от n-слоя, така зарядите в полето се разделят и това създава напрежение от около 0.5 волта постоянно напрежение между електрическите контакти на клетката. Напреженовата разлика до голяма степен не зависи от силата на светлината попадаща върху клетката.

Фото диодните клетки се свързват последователно (60 или 72) до достигане на крайното напрежение, а после няколко такива модули се свързват в паралел са да се получи по голям ток.

Разнообразие на пазара.

Най-разпространени в на пазара са фотоволтаичните модули от силициеви слънчеви клетки, които са в три типа: монокристални, поли- мултикристални и аморфни т.е. некристални слънчеви клетки.

Монокристалните слънчеви клетки имат висока ефективност (14-16%). Те са по-скъпи, защото се изготвят от кристален силиций в един сложен производствен процес. Силицият е основната технология, която заема около 90% от пазара. За производство на монокристален силиций се отглежда (израства) единичен кристал от стопен силиций с висока чистота. Този цилиндричен слитък от единичен кристал се нарязва на тънки пластини с дебелина между 0.2 и 0.3 мм. След това пластините преминават още процеси, за да бъдат превърнати в соларни клетки с два полупроводникови слоя.

Разновидност на монокристалните слънчеви клетки е Half Cut технологията при нея клетките са разделени на половина. Това намалява загубите на ток и увеличава КПД на 20 – 22%. В един модул се използват двойно повече клетки от 60 и 72 при стандартните панели на 120 и 144 при Half Cut технологията.

Поликристалните слънчеви клетки са по-евтини, защото те се изготвят от пречистен силициев блок, но те имат по-ниска ефективност (14%). Кристалните слънчеви клетки се произвеждат като 0,4 мм дебел диск с размери 10х10 см до 15х15 см. Тези дискове след това се поставят заедно за да формират модулите и се запълват с пластмаса в кухините от ламинираща стъклото машина. Поликристалните силициеви клетки се използват и за реновацията на стъклени фасада на административни сгради.

Некристализираният (аморфен) силиций е материал с по-ниско качество, полупроводниковият слой е дебел само 0.5-2.0 μm и има по-ниска електрическа ефективност (6 - 8%) при конвертирането на слънчевата енергия в електроенергия, но е много по-евтин и има някои естетически предимства, които хората предпочитат. Освен това панелите, изработени от некристализирал силиций, могат да се направят гъвкави и е по-лесно да се използват в някои приложения и конструкции. Освен тънкослойни клетки - от аморфен силиций (α-Si) все по широко прилогение намират материали като медно-индиев диселенид (СIS), кадмиев телурид (СаТе) и галиев арсенид (GаАs). Поради по-големият размер модули, които успяват да запазят теглото си по-малко, те са с предимство при покриване на големи индустриални сгради.

Байпасни диоди.

Съединителните кутии, използвани с фотоволтаичните модули съдържат байпасни диоди, свързани успоредно с редиците от фотоволтаични клетки. В случай на частично засенчване, диодите отклоняват тока, генериран от незасенчените клетки, по обходен път, като по този начин ограничават нагряването на модула и загубите на производителност. Байпасните диоди не са устройства за защита от свръхнапрежение.

Байпасните диоди отклоняват тока от клетъчните редици в случай на частично засенчване. Вижте на схемата, показваща как клетъчните редици са електрически свързани с диодите.

Всяка клетка от модула е успоредна на диод, и когато клетката бъде засенчена или бъде изключена, Фотоволтаични модули успоредният диод може да заобиколи тази клетка, като по този начин предотвратява възникването на гореща точка и позволява да се запази максималната изходна мощност.