איך עובדת סוללה סולארית: עקרון הפעולה, איך המכשיר עובד

פאנלים סולאריים הם מקור חשמל ידידותי לסביבה ובטוח פופולרי. לאחרונה, טכנולוגיה זו מצאה שימוש נרחב, והניעה אנשים לעבור לאנרגיה מתחדשת ובמחיר סביר, ולאחר מכן מכוונת למכשירי חשמל תעשייתיים וביתיים. כדי להבין תהליך מורכב, תחילה עליך לדעת כיצד פועלת סוללה סולארית.

עקרון הפעולה

המכשיר המתואר ייחודי בכך שהוא ממיר את אנרגיית האור המתקבלת מקרני השמש לזרם חשמלי. מכשירים כאלה מבוססים על תאי פוטו כסטנדרט. בצורה של ממירי מוליכים למחצה פוטואלקטריים.

אם ניקח בחשבון דגמים מודרניים של סוללות המופעלות על ידי השמש, הם שונים במספר פרמטרים:

• ממדים;
• קיבולת ייצור;
• יצרן (עלות).

יצוין כי המכשירים המתוארים נמצאים לעתים קרובות במבנים שאדם משתמש בהם על בסיס יומי. משתמש בכל דבר, החל ממחשבונים פרימיטיביים ועד תחנות כוח סולאריות בקנה מידה גדול סוּג.

כדאי להבין ביתר פירוט כיצד פועלת הסוללה הסולארית. במהלך ההרכבה של הפוטו-תא, מורחים שכבה דקה של בורון וזרחן על פרוסת סיליקון חד-גבישית. אלקטרונים חופשיים נוצרים בשכבת הביניים סיליקון-זרחן. הרצועה בתוספת בורון (אנודה) מיוצגת על ידי אלקטרונים חסרים. הגעת קוואנטום של אור על תא הפוטו מפעיל את החלקיקים, הם נעים בין השכבות.

אלקטרונים נעים משחררים כמות מסוימת של אנרגיהיוצרים הבדל פוטנציאלי. האחרון נקבע על ידי עוצמת האור המסופק.

יש להסיר את האנרגיה המשתחררת בשיטה המתוארת ממספר צלחות נפרדות. לשם כך נוצרו שבילים מתכתיים בממירים פוטו-וולטאיים. עוצמת הסוללה המקסימלית תלויה ישירות באזור שלה. כמות החשמל המופקת עולה באופן יחסי עלייה במספר צלחות המלונות.

סוגי לוחות שינוי

ישנם מספר סוגים של סוללות, שונות בתכונות העיצוב, אחוז ההמרה של אור השמש. יש להם את המאפיינים הבאים:

1. פאנלים המבוססים על תאים סולאריים מסיליקון הם הנפוצים ביותר, המייצגים כ-80% מהנפח הכולל של המכשירים שנוצרו. מיצוי הסיליקון ויצירת ציפוי המתג הוא הליך יקר, אך כעת העלות של תהליכי ייצור כאלה יורדת בהדרגה. סיליקון אינו יסוד נדיר בקרום כדור הארץ. בעתיד הקרוב, הסוללות המבוססות עליה יהיו בשימוש בכל מקום. חסרון משמעותי טמון במקדם הקטן של ספיגת האור, מכיוון שסיליקון מסווג כמוליך למחצה עם פער עקיף. כתוצאה מכך, לתאי הפוטו המוגמרים יש עובי מוגבר, והמכשיר שוקל הרבה.
2. מאפיין ייחודי של לוחות סרט דק הוא מקדם המרת האור המוגדל בהשוואה לגרסה הקודמת. תאים פוטו-וולטאיים (מוליכים למחצה מרווחים ישירים) בעובי של כמה מיקרונים בלבד מייצרים מספיק אנרגיה. המסה של הלוחות המצוינים אינה משמעותית; הם מותקנים לעתים קרובות על בנייני מגורים ומכוניות. היתרון העיקרי של סוללות סרט דק הוא יכולתן לתפקד ביעילות גם במזג אוויר מעונן.
3. מודולי הריכוז נבדלים ביעילות הגבוהה ביותר (כ-45%), אך הם נבדלים גם במחירם הגבוה. מבחינה מבנית, תאים פוטו מיוצגים בו זמנית על ידי מוליכים למחצה מכמה סוגים, בשורה ברצף מסוים. מעגל ישים לעתים קרובות מיוצג על ידי מוליך למחצה של מסלול Ge, שכבה עליונה GaInP, שכבה אמצעית של GaAs. כגון שכבות ממוקמות בצורה מיוחדת, שבגללה אנרגיית השמש נספגת ביעילות לתוך מעונן וצלול מזג האוויר. המוזרות טמונה בהרכבה המורכבת של מודולי הרכזת, הדורשת דיוק מרבי.
4. סוללות אורגניות נמצאות בפיתוח ולא ניתן למצוא אותן בשוק. התאים הסולאריים שלהם פועלים באופן דומה לפוטוסינתזה של צמחים. השכבה הדקה ביותר של צבע רגיש לאור מונחת על פני השטח שלהם.
5. ממירים פוטו-וולטאיים על בסיס סיליקון חד-גבישי (יעילות כ-20%). במקרה זה, הבסיס של הפוטו-תא הוא גביש יחיד של סיליקון מטוהר שגדל מסגסוגת סיליקון מיוחדת. בצורה המוגמרת, הגבישים הבודדים מיוצגים על ידי מוטות מעוקבים. ואז הקובייה המתקבלת מחולקת לצלחות בעובי של לא יותר מ-180 Mk. החלקים המתקבלים מנוקים ביסודיות ומחוזקים בשכבת הגנה מיוחדת. המשטח הוא מתכתי, מטופל בחומר אנטי-רפלקטיבי.
6. פאנלים פוטו-וולטאיים הפועלים על סיליקון פולי-גבישי (יעילות - כ-15%). חומר זה נכרה על ידי עיבוד נמס הסיליקון המקורר. תהליך היווצרות של מוטות עבודה הוא ארוך, מכיוון שההמסה מתרחשת בטמפרטורה נמוכה, אבל זה הרבה יותר קל בהשוואה להיווצרות של גבישים בודדים.
7. סוללות מסוג פוטו-וולטאיות המבוססות על סיליקון אמורפי (יעילות - 10%). הרכיב העיקרי מופק על פי עקרון שלב האידוי, כאשר סרט סיליקון מקובע על חומר נשא, מחוזק ברכיב מיוחד כדי לספק הגנה. היתרון טמון בייצור של לוחות של שטחים בקנה מידה גדול, בעלות נמוכה. מבין ההיבטים השליליים מצוין משאב תפעולי לא משמעותי, שהסיבה לו היא הידרדרות מואצת.

מיקום מכשיר יעיל

יעילות גבוהה מהפעלת סוללות באור השמש מושגת על ידי הפקת האנרגיה הדרושה למספר הרב ביותר של שעות ביום. המשימה נפתרת באמצעות המיקום הנכון של הלוחות המתוארים ביחס למסלול של קרני השמש.

אם נדבר על המיקום הסטטי הנפוץ של הסוללה, ההנחה היא שהיא תפנה לכיוון מזרח בשיפוע קל. כך השמש תלך לתאי הפוטו במשך רוב שעות האור.

סידור משתנה נחשב כמוצלח, כאשר הסוללה הסולארית מקובעת על מבנה נייד על מנת להגביר את יעילות המרת האנרגיה. פתרון זה כרוך בשינוי זווית הנטייה של משטח העבודה בהתאם למיקום קרני השמש. רק לעתים רחוקות משתמשים מגיעים להחלטה כזו, מכיוון שתפעול הכונן יקר מאוד.

היכרות עם רשת החשמל

המכשיר של פאנלים סולאריים מורכב מהמרת אנרגיית השמש לזרם חשמלי. עם זאת, לשימוש בו בתנאים ביתיים, יש להפוך אותו לזרם חילופין, שזורם ישירות לרשת החשמל הפועלת.

שינוי המתח המתקבל אפשרי רק בעת שימוש במהפך. אז, זרם ישר מסופק לכניסה של מכשיר כזה, וזרם חילופין מתקבל במוצא, המאופיין בכוח הנדרש, מאפייני תדר אופטימליים. עקרון הפעולה של סוללה סולארית הוא גם בצבירת חשמל על ידי סוללות עופרת, המצוידות בכל הסוללות הסולריות לחלוטין.

פאנלים סולאריים יכולים להיקרא בבטחה התקנים פונקציונליים של העתיד. הם מאפשרים לך לחסוך בעלויות אנרגיה על ידי השגתה בצורה טבעית בטוחה לסביבה.