المبادئ والمزايا الرئيسية لتوليد الطاقة الكهروضوئية

توليد الطاقة الكهروضوئية هي تقنية تعمل على تحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى كهرباء باستخدام التأثير الكهروضوئي في واجهة أشباه الموصلات. ويتكون بشكل رئيسي من ثلاثة أجزاء: الألواح الشمسية، وأجهزة التحكم، والعاكسات. المكونات الرئيسية هي المكونات الإلكترونية. بعد توصيل الخلايا الشمسية في سلسلة، يمكن تعبئتها وحمايتها لتشكيل وحدات خلايا شمسية ذات مساحة كبيرة، والتي يمكن بعد ذلك دمجها مع وحدات تحكم الطاقة والمكونات الأخرى لتشكيل أجهزة توليد الطاقة الكهروضوئية.

المبدأ الرئيسي لتوليد الطاقة الكهروضوئية هو التأثير الكهروضوئي لأشباه الموصلات. عندما تشع الفوتونات معدنًا، يمكن أن تمتص طاقتها بالكامل بواسطة الإلكترونات الموجودة في المعدن. والطاقة التي تمتصها الإلكترونات كبيرة بما يكفي للتغلب على قوة كولوم داخل ذرات المعدن للقيام بالشغل، والهروب من سطح المعدن لتصبح إلكترونات ضوئية. تحتوي ذرات السيليكون على أربعة إلكترونات خارجية. إذا تمت تطعيم السيليكون النقي بذرات ذات خمسة إلكترونات خارجية، مثل ذرات الفوسفور، فإنه يصبح شبه موصل من النوع N. إذا تم تطعيم السيليكون النقي بذرات بثلاثة إلكترونات خارجية، مثل ذرات البورون، فإنه يشكل شبه موصل من النوع P. عندما يتم دمج النوع P والنوع N معًا، سيشكل سطح التلامس فرقًا محتملاً، ويصبح خلية شمسية. عندما يسطع ضوء الشمس على الوصلة pn، يتدفق التيار من الجانب من النوع P إلى الجانب من النوع N، مكونًا تيارًا.

يعد التأثير الكهروضوئي ظاهرة مهمة وساحرة في الفيزياء. تحت إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية فوق تردد معين (المعروف بالتردد الحدي)، تمتص الإلكترونات الموجودة في مواد معينة الطاقة وتهرب لتشكل تيارًا كهربائيًا، يُعرف باسم الكهروضوئية. يوضح الرسم التخطيطي لتوليد الطاقة الكهروضوئية أن السيليكون متعدد البلورات تتم معالجته إلى رقائق السيليكون من خلال عمليات مثل صب السبائك وكسر السبائك والتقطيع. المنشطات ونشر كميات ضئيلة من البورون والفوسفور، وما إلى ذلك. سيتم تشكيل تقاطع pn على رقاقة السيليكون. ومن ثم، من خلال طباعة الشاشة، تتم طباعة عجينة الفضة المعدة بدقة على رقاقة السيليكون لتشكيل خطوط شبكية. بعد التلبيد، يتم تحويله أيضًا إلى قطب كهربائي خلفي، ويتم طلاء السطح بطبقة مضادة للانعكاس مع خطوط شبكية لصنع خلايا البطارية. يتم ترتيب البطارية ودمجها لتكوين وحدة بطارية، مما يشكل لوحة دائرة كبيرة. عادة، تكون المكونات محاطة بإطار من الألومنيوم، مع غطاء زجاجي في الأمام وأقطاب كهربائية في الخلف. مع مكونات البطارية وغيرها من المعدات المساعدة، يمكن تشكيل نظام توليد الطاقة. لتحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب، من الضروري تركيب عاكس. وبعد توليد الطاقة، يمكن تخزينها في البطاريات أو إدخالها في شبكة الكهرباء العامة. في تكلفة أنظمة توليد الطاقة، تمثل مكونات البطاريات ما يقرب من 50%، في حين تمثل المحولات الحالية وتكاليف التركيب والمكونات المساعدة الأخرى والتكاليف الأخرى 50% إضافية.