ตัวแปลงตาแมวพลังงานแสงอาทิตย์ การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีที่มีแนวโน้มในการพัฒนาพลังงาน ประเภทของตัวแปลงโฟโตอิเล็กทริค

ประเภทของตัวแปลงโฟโตอิเล็กทริค

จากมุมมองด้านพลังงาน อุปกรณ์ที่ประหยัดพลังงานมากที่สุดสำหรับการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า (เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนพลังงานโดยตรงในขั้นตอนเดียว) คือตัวแปลงโฟโตอิเล็กทริคแบบเซมิคอนดักเตอร์ (PVC) ที่คุณลักษณะอุณหภูมิสมดุลของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีค่าประมาณ 300–350 เคลวิน และ T ของดวงอาทิตย์ ~ 6000 K ประสิทธิภาพทางทฤษฎีที่จำกัดของพวกมันคือ >90% ซึ่งหมายความว่าจากการปรับโครงสร้างและพารามิเตอร์ของตัวแปลงให้เหมาะสมโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อลดการสูญเสียพลังงานที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จึงค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพในทางปฏิบัติเป็น 50% หรือมากกว่า (ในห้องปฏิบัติการประสิทธิภาพ 40% ได้รับแล้ว สำเร็จ)

การวิจัยเชิงทฤษฎีและการพัฒนาเชิงปฏิบัติในด้านการแปลงโฟโตอิเล็กทริกของพลังงานแสงอาทิตย์ได้ยืนยันความเป็นไปได้ในการตระหนักถึงค่าประสิทธิภาพสูงดังกล่าวด้วยเซลล์แสงอาทิตย์และได้ระบุวิธีหลักในการบรรลุเป้าหมายนี้

การแปลงพลังงานในเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับผลกระทบของเซลล์แสงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นในโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเมื่อสัมผัสกับรังสีจากแสงอาทิตย์ ความหลากหลายของโครงสร้าง FEC สามารถรับได้โดยการเติมเซมิคอนดักเตอร์เดียวกันกับสิ่งเจือปนที่แตกต่างกัน (สร้างจุดเชื่อมต่อ p-n) หรือโดยการรวมเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันเข้ากับช่องว่างของแถบที่แตกต่างกัน - พลังงานของการปลดอิเล็กตรอนออกจากอะตอม (การสร้างจุดเชื่อมต่อเฮเทอโร) หรือโดย การเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เกิดลักษณะการไล่ระดับ bandgap (การสร้างโครงสร้าง graded-gap) นอกจากนี้ยังสามารถผสมผสานวิธีการเหล่านี้ได้หลากหลาย ประสิทธิภาพการแปลงขึ้นอยู่กับลักษณะทางไฟฟ้าของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันตลอดจนคุณสมบัติทางแสงของเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งมีบทบาทที่สำคัญที่สุดในโฟโตคอนดักเตอร์เนื่องจากปรากฏการณ์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายในในเซมิคอนดักเตอร์เมื่อถูกฉายรังสี มีแสงแดด หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์สามารถอธิบายได้ด้วยตัวอย่างของตัวแปลงที่มีทางแยก p-n ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานอวกาศสมัยใหม่ การเปลี่ยนผ่านหลุมอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นโดยการเติมแผ่นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผลึกเดี่ยวที่มีค่าการนำไฟฟ้าบางประเภท (เช่น ชนิด p หรือ n) ด้วยความเจือปนที่ทำให้เกิดการสร้างชั้นพื้นผิวที่มีชนิดตรงกันข้าม ของการนำไฟฟ้า

ความเข้มข้นของสารเจือปนในชั้นนี้จะต้องสูงกว่าความเข้มข้นของสารเจือปนในวัสดุฐาน (ผลึกเดี่ยวดั้งเดิม) อย่างมีนัยสำคัญ เพื่อทำให้พาหะประจุอิสระหลักที่อยู่ตรงนั้นเป็นกลาง และสร้างสภาพการนำไฟฟ้าของเครื่องหมายตรงกันข้าม ที่ขอบเขตของชั้น n- และ p ซึ่งเป็นผลมาจากการรั่วไหลของประจุ โซนพร่องจะถูกสร้างขึ้นโดยมีประจุปริมาตรบวกที่ไม่มีการชดเชยในชั้น n และประจุปริมาตรเป็นลบในชั้น p โซนเหล่านี้รวมกันเป็นทางแยก p-n สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น (ความต่างศักย์ไฟฟ้าสัมผัส) ที่เกิดขึ้นที่ทางแยกจะป้องกันการผ่านของตัวพาประจุหลัก เช่น อิเล็กตรอนจากด้านข้างของชั้น p แต่จะผ่านพาหะรายย่อยไปในทิศทางตรงกันข้ามอย่างอิสระ คุณสมบัติของรอยต่อ p-n นี้กำหนดความเป็นไปได้ของการได้รับโฟโตแรงเคลื่อนไฟฟ้าเมื่อฉายรังสีเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยแสงแดด พาหะประจุที่ไม่สมดุล (คู่หลุมอิเล็กตรอน) ที่สร้างขึ้นโดยแสงในทั้งสองชั้นของเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกแยกออกจากกันที่ทางแยก p-n: พาหะรายย่อย (เช่น อิเล็กตรอน) จะผ่านไปอย่างอิสระผ่านทางแยก และพาหะหลัก (รู) จะล่าช้า . ดังนั้น ภายใต้การกระทำของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ กระแสของพาหะประจุส่วนน้อยที่ไม่สมดุล โฟโตอิเล็กตรอน และโฟโตโฮล จะไหลผ่านจุดเชื่อมต่อ p-n ในทั้งสองทิศทาง ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์อย่างแท้จริง หากเราปิดวงจรภายนอกตอนนี้ อิเล็กตรอนจากชั้น n เมื่อทำงานกับโหลดเสร็จแล้วจะกลับไปที่ชั้น p และรวมตัวกันใหม่ (รวมเข้าด้วยกัน) โดยมีรูเคลื่อนที่ภายในเซลล์แสงอาทิตย์ในทิศทางตรงกันข้าม ในการรวบรวมและกำจัดอิเล็กตรอนไปยังวงจรภายนอก มีระบบหน้าสัมผัสบนพื้นผิวของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ FEP ที่ด้านหน้าของพื้นผิวที่ส่องสว่างของคอนเวอร์เตอร์หน้าสัมผัสจะทำในรูปแบบของตารางหรือหวีและที่ด้านหลังสามารถแข็งได้

การสูญเสียพลังงานหลักที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในเซลล์แสงอาทิตย์มีความเกี่ยวข้องกับ:

การสะท้อนรังสีแสงอาทิตย์จากพื้นผิวของทรานสดิวเซอร์
การผ่านของส่วนหนึ่งของรังสีผ่านเซลล์แสงอาทิตย์โดยไม่มีการดูดซึมเข้าไป
การกระเจิงบนการสั่นสะเทือนความร้อนของโครงตาข่ายของพลังงานโฟตอนส่วนเกิน
การรวมตัวกันใหม่ของโฟโตคู่ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวและในปริมาตรของเซลล์แสงอาทิตย์
ความต้านทานภายในของคอนเวอร์เตอร์
และกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ

เพื่อลดการสูญเสียพลังงานทุกประเภทในเซลล์แสงอาทิตย์ จึงมีการพัฒนาและนำมาตรการต่างๆ มาใช้อย่างประสบความสำเร็จ ซึ่งรวมถึง:

การใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างแถบความถี่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแผ่รังสีแสงอาทิตย์
การปรับปรุงคุณสมบัติของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ตามเป้าหมายโดยการเติมสารที่เหมาะสมและการสร้างสนามไฟฟ้าในตัว
การเปลี่ยนผ่านจากโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นเนื้อเดียวกันไปเป็นโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์แบบต่างชนิดและแบบแบ่งเกรด
การปรับพารามิเตอร์การออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ให้เหมาะสม (ความลึกของทางแยก p-n, ความหนาของชั้นฐาน, ความถี่ของตารางหน้าสัมผัส ฯลฯ )
การใช้การเคลือบออพติคอลแบบมัลติฟังก์ชั่นที่ให้การป้องกันแสงสะท้อน การควบคุมความร้อน และการปกป้องเซลล์แสงอาทิตย์จากรังสีคอสมิก
การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความโปร่งใสในบริเวณคลื่นยาวของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ที่เลยขอบแถบการดูดกลืนแสงหลัก
การสร้างเซลล์แสงอาทิตย์แบบคาสเคดจากเซมิคอนดักเตอร์ที่คัดเลือกมาโดยเฉพาะสำหรับความกว้างของช่องว่างของแถบซึ่งทำให้สามารถแปลงรังสีที่ผ่านคาสเคดแต่ละครั้งในแต่ละคาสเคดได้ ฯลฯ

นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญโดยการสร้างคอนเวอร์เตอร์ที่มีความไวสองด้าน (สูงถึง + 80% จากประสิทธิภาพที่มีอยู่ของด้านหนึ่ง) การใช้โครงสร้างการเปล่งแสงเรืองแสงซ้ำ การสลายตัวเบื้องต้นของพลังงานแสงอาทิตย์ สเปกตรัมออกเป็นสองส่วนขึ้นไปโดยใช้ตัวแยกลำแสงฟิล์มหลายชั้น (กระจกไดโครอิก) พร้อมการเปลี่ยนแปลงแต่ละส่วนของสเปกตรัมในภายหลังด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ที่แยกจากกัน ฯลฯ

ตามหลักการแล้ว ในระบบการแปลงพลังงาน SES (โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์) สามารถใช้เซลล์แสงอาทิตย์ทุกประเภทที่มีโครงสร้างต่างๆ ที่สร้างขึ้นและกำลังพัฒนาโดยใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ ได้ แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่จะตอบสนองชุดข้อกำหนดสำหรับระบบเหล่านี้:

ความน่าเชื่อถือสูงพร้อมอายุการใช้งานที่ยาวนาน (หลายสิบปี!)
ความพร้อมใช้งานของวัตถุดิบในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการผลิตองค์ประกอบของระบบการแปลงและความเป็นไปได้ในการจัดการการผลิตจำนวนมาก
ยอมรับได้จากมุมมองของระยะเวลาคืนทุนต้นทุนพลังงานสำหรับการสร้างระบบการเปลี่ยนแปลง
ต้นทุนพลังงานและมวลขั้นต่ำที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมระบบการแปลงและส่งพลังงาน (พื้นที่) รวมถึงการวางแนวและเสถียรภาพของสถานีโดยรวม
ง่ายต่อการบำรุงรักษา

ตัวอย่างเช่น วัสดุที่มีแนวโน้มว่าจะได้มานั้นเป็นเรื่องยากที่จะได้มาในปริมาณที่จำเป็นในการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เนื่องจากมีทรัพยากรธรรมชาติที่จำกัดของวัตถุดิบตั้งต้นและความซับซ้อนในการประมวลผล วิธีการที่แยกจากกันในการปรับปรุงพลังงานและลักษณะการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์เช่นโดยการสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนนั้นเข้ากันไม่ได้กับความเป็นไปได้ในการจัดการการผลิตจำนวนมากด้วยต้นทุนที่ต่ำ ฯลฯ ผลผลิตสูงสามารถทำได้โดยองค์กรการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบเช่นใช้เทคโนโลยีเทปและการสร้างเครือข่ายที่พัฒนาแล้วขององค์กรเฉพาะทางในโปรไฟล์ที่เกี่ยวข้องเช่น ในความเป็นจริงแล้ว อุตสาหกรรมทั้งหมดมีขนาดพอๆ กับอุตสาหกรรมวิทยุอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์และการประกอบแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ในสายการผลิตอัตโนมัติจะช่วยลดต้นทุนของโมดูลแบตเตอรี่ได้ 2-2.5 เท่า

ปัจจุบันซิลิคอนและแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ถือเป็นวัสดุที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับระบบแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ และในกรณีหลังนี้ เรากำลังพูดถึงเฮเทอโรโฟโตคอนเวอร์เตอร์ (HFP) ที่มีโครงสร้าง AlGaAs-GaAs

เป็นที่ทราบกันว่าเซลล์แสงอาทิตย์ (ตัวแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์) ที่ใช้สารประกอบอาร์เซนิก-แกลเลียม (GaAs) มีประสิทธิภาพทางทฤษฎีสูงกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน เนื่องจากช่องว่างของแถบความถี่เกือบจะเกิดขึ้นพร้อมกับช่องว่างแถบความถี่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวแปลงพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซมิคอนดักเตอร์ =1 .4 eV สำหรับซิลิคอน ตัวบ่งชี้นี้ \u003d 1.1 eV

เนื่องจากการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ในระดับที่สูงขึ้นซึ่งถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนผ่านแสงโดยตรงใน GaAs เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถรับได้ที่ความหนาของเซลล์แสงอาทิตย์ที่น้อยกว่ามากเมื่อเปรียบเทียบกับซิลิคอน โดยหลักการแล้ว ก็เพียงพอแล้วที่จะมีความหนา HFP 5–6 µm เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพอย่างน้อย 20% ในขณะที่ความหนาขององค์ประกอบซิลิกอนต้องไม่น้อยกว่า 50–100 µm โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างเห็นได้ชัด สถานการณ์นี้ทำให้เป็นไปได้ที่จะวางใจในการสร้างฟิล์มกรองแสง HFP ซึ่งการผลิตต้องใช้วัสดุตั้งต้นในปริมาณค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นไปได้ที่จะใช้ไม่ใช่ GaAs เป็นสารตั้งต้น แต่ใช้วัสดุอื่น เช่น แซฟไฟร์สังเคราะห์ (Al2O3)

HFP ยังมีคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่ดีกว่าในแง่ของข้อกำหนดสำหรับคอนเวอร์เตอร์ SES เมื่อเปรียบเทียบกับ FEP แบบซิลิคอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเป็นไปได้ในการบรรลุค่าเริ่มต้นเล็กน้อยของกระแสความอิ่มตัวย้อนกลับในรอยต่อ p-n เนื่องจากช่องว่างแถบขนาดใหญ่ช่วยลดขนาดของการไล่ระดับอุณหภูมิเชิงลบของประสิทธิภาพและกำลังที่เหมาะสมของ HFP และนอกจากนี้ การขยายขอบเขตของการพึ่งพาเชิงเส้นของส่วนหลังอย่างมีนัยสำคัญต่อความหนาแน่นฟลักซ์แสง การขึ้นต่ออุณหภูมิในการทดลองของประสิทธิภาพของ HFP บ่งชี้ว่าการเพิ่มอุณหภูมิสมดุลของอุณหภูมิหลังเป็น 150–180°C ไม่ได้ทำให้ประสิทธิภาพและกำลังจำเพาะที่เหมาะสมที่สุดลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ในเวลาเดียวกัน สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสูงกว่า 60-70°C ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง โดยประสิทธิภาพจะลดลงครึ่งหนึ่ง

เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดแกลเลียมอาร์เซไนด์มีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง จึงทำให้สามารถใช้เครื่องรวมรังสีจากแสงอาทิตย์กับเซลล์เหล่านี้ได้ อุณหภูมิในการทำงานของ HFP บน GaAs สูงถึง 180 °C ซึ่งเป็นอุณหภูมิในการทำงานที่ค่อนข้างดีอยู่แล้วสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนและกังหันไอน้ำ ดังนั้น เพื่อประสิทธิภาพโดยธรรมชาติของแกลเลียมอาร์เซไนด์ HFPs (ที่ 150°C) 30% เราจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนได้โดยใช้ความร้อนเหลือทิ้งของของเหลวที่ทำให้โฟโตเซลล์เย็นลง ดังนั้นประสิทธิภาพโดยรวมของการติดตั้งซึ่งใช้รอบที่สามของการกำจัดความร้อนที่อุณหภูมิต่ำจากสารหล่อเย็นหลังจากกังหันเพื่อให้ความร้อนในพื้นที่อาจสูงกว่า 50-60% อีกด้วย

นอกจากนี้ HFP ที่ใช้ GaAs ซึ่งมีขอบเขตน้อยกว่าซิลิคอน PVC มาก ยังไวต่อการถูกทำลายโดยการไหลของโปรตอนและอิเล็กตรอนพลังงานสูง เนื่องจากการดูดกลืนแสงใน GaAs ในระดับสูง ตลอดจนอายุการใช้งานที่ต้องการต่ำและระยะเวลาการแพร่กระจายของ ผู้ให้บริการรายย่อย นอกจากนี้ การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าส่วนสำคัญของข้อบกพร่องด้านรังสีใน HFP ที่ใช้ GaAs หายไปหลังจากการอบชุบด้วยความร้อน (การอบอ่อน) ที่อุณหภูมิเพียงประมาณ 150–180°C หาก GaAs HFP ทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิประมาณ 150°C ระดับการเสื่อมสลายของรังสีในประสิทธิภาพจะมีค่อนข้างน้อยตลอดระยะเวลาการทำงานทั้งหมดของสถานี (นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ ซึ่งแสง น้ำหนักและขนาดของเซลล์แสงอาทิตย์และประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งสำคัญ)

โดยรวมแล้ว สรุปได้ว่าพลังงาน มวล และคุณลักษณะการดำเนินงานของ HFP ที่ใช้ GaAs นั้นสอดคล้องกับข้อกำหนดของ SES และ SCES (จักรวาล) มากกว่าลักษณะของซิลิคอน PVC อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนเป็นวัสดุที่เข้าถึงได้และเชี่ยวชาญได้ง่ายกว่าแกลเลียมอาร์เซไนด์ ซิลิคอนมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติ และสต็อกวัตถุดิบสำหรับการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์นั้นมีอยู่อย่างไม่จำกัด เทคโนโลยีการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนได้รับการยอมรับอย่างดีและมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง มีโอกาสที่แท้จริงในการลดต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนลงหนึ่งหรือสองลำดับความสำคัญด้วยการแนะนำวิธีการผลิตแบบอัตโนมัติใหม่ ซึ่งช่วยให้ได้รับเทปซิลิกอน เซลล์แสงอาทิตย์ในพื้นที่ขนาดใหญ่ เป็นต้น

ราคาแบตเตอรี่เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนลดลง 20-30 เท่าใน 25 ปีจาก 70-100 ดอลลาร์/วัตต์ในช่วงอายุ 70 ปี เหลือ 3.5 ดอลลาร์/วัตต์ในปี 2543 และยังคงลดลงอย่างต่อเนื่อง ในโลกตะวันตก คาดว่าจะมีการปฏิวัติในภาคพลังงานในขณะที่ราคาทะลุระดับ 3 ดอลลาร์ จากการคำนวณบางอย่างสิ่งนี้อาจเกิดขึ้นในช่วงต้นปี 2545 และสำหรับรัสเซียที่มีอัตราภาษีพลังงานในปัจจุบัน ช่วงเวลานี้จะมาที่ราคา 1 วัตต์ของ SB 0.3-0.5 ดอลลาร์ นั่นคือตามลำดับความสำคัญของราคาที่ต่ำกว่า ทั้งหมดนี้มีบทบาทร่วมกันที่นี่: ภาษีศุลกากร สภาพภูมิอากาศ ละติจูดทางภูมิศาสตร์ ความสามารถของรัฐในการกำหนดราคาจริง และการลงทุนระยะยาว ในโครงสร้างการทำงานจริงที่มีจุดเชื่อมต่อแบบเฮเทอโรจังก์ชั่น ประสิทธิภาพในปัจจุบันสูงถึงมากกว่า 30% และในเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น ซิลิกอนผลึกเดี่ยว - สูงถึง 18% ประสิทธิภาพเฉลี่ยในเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิคอนผลึกเดี่ยวในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 12% แม้ว่าจะสูงถึง 18% ก็ตาม โดยพื้นฐานแล้วมันคือซิลิคอน SB ที่สามารถพบได้บนหลังคาบ้านในประเทศต่างๆ ทั่วโลกในปัจจุบัน

ตรงกันข้ามกับซิลิคอน แกลเลียมเป็นวัสดุที่หายากมาก ซึ่งจำกัดความเป็นไปได้ในการผลิต HFP จาก GaAs ในปริมาณที่จำเป็นสำหรับการใช้อย่างแพร่หลาย

แกลเลียมสกัดจากแร่อะลูมิเนียมเป็นหลัก แต่ยังพิจารณาถึงความเป็นไปได้ที่จะได้รับจากเถ้าถ่านหินและน้ำทะเลด้วย แกลเลียมสำรองที่ใหญ่ที่สุดพบได้ในน้ำทะเล แต่มีความเข้มข้นต่ำมาก ผลผลิตการสกัดประมาณเพียง 1% ดังนั้นต้นทุนการผลิตจึงมีแนวโน้มที่จะถูกห้ามปราม เทคโนโลยีสำหรับการผลิต HFP ที่ใช้ GaAs โดยใช้วิธีการ epitaxy ของของเหลวและก๊าซ (การเติบโตแบบมุ่งเน้นของผลึกเดี่ยวหนึ่งอันบนพื้นผิวของอีกผลึกหนึ่ง (บนสารตั้งต้น)) ยังไม่ได้รับการพัฒนาในระดับเดียวกับเทคโนโลยีสำหรับ การผลิตซิลิคอนพีวีซี และด้วยเหตุนี้ ต้นทุนของ HFP จึงสูงขึ้นอย่างมาก (ตามคำสั่ง) ของต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน

ต้นทุนของ HFP เมื่อการผลิตจำนวนมากโดยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงก็มีแนวโน้มที่จะลดลงอย่างมากเช่นกัน และโดยทั่วไป ต้นทุนของระบบการแปลงของระบบการแปลงพลังงานของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ GaAs HFP สามารถค่อนข้างสมส่วนกับต้นทุนของ ระบบที่ใช้ซิลิกอน ดังนั้นในปัจจุบันจึงเป็นเรื่องยากที่จะให้ความสำคัญกับหนึ่งในสองวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ได้รับการพิจารณาอย่างสมบูรณ์ ได้แก่ ซิลิคอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ และการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเพิ่มเติมเท่านั้นที่จะแสดงให้เห็นว่าตัวเลือกใดจะมีเหตุผลมากกว่าสำหรับวิศวกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ภาคพื้นดินและอวกาศ ตราบเท่าที่ SB ผลิตกระแสตรงงานในการแปลงให้เป็นตัวแปรอุตสาหกรรม 50 Hz, 220 V ก็เกิดขึ้น อุปกรณ์อินเวอร์เตอร์ประเภทพิเศษทำงานได้ดีกับงานนี้

การคำนวณระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

คุณสามารถใช้พลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ได้ในลักษณะเดียวกับพลังงานจากแหล่งพลังงานอื่นๆ ต่างกันตรงที่เซลล์แสงอาทิตย์ไม่กลัวไฟฟ้าลัดวงจร แต่ละอันได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาความแรงของกระแสไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด แต่แตกต่างจากแหล่งกระแสอื่นๆ ลักษณะของเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับปริมาณแสงที่ตกกระทบบนพื้นผิว ตัวอย่างเช่น คลาวด์ที่เข้ามาสามารถลดกำลังเอาต์พุตได้มากกว่า 50% นอกจากนี้ การเบี่ยงเบนในระบบเทคโนโลยียังส่งผลให้เกิดการแพร่กระจายในพารามิเตอร์เอาต์พุตขององค์ประกอบของหนึ่งชุด ดังนั้นความปรารถนาที่จะได้รับประโยชน์สูงสุดจากเครื่องแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จึงจำเป็นต้องจัดเรียงเซลล์ตามกระแสไฟขาออก เพื่อเป็นตัวอย่างประกอบของ “แกะหมัดที่ทำลายทั้งฝูง” สามารถอ้างอิงสิ่งต่อไปนี้ได้: ตัดส่วนของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่ามากให้แตกในท่อน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ส่งผลให้น้ำไหล จะลดลงอย่างมาก สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นในสายโซ่ของพารามิเตอร์เอาต์พุตที่ไม่สม่ำเสมอของเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนเป็นอุปกรณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น และพฤติกรรมของเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยสูตรง่ายๆ เช่น กฎของโอห์ม เพื่ออธิบายคุณลักษณะขององค์ประกอบ คุณสามารถใช้กลุ่มเส้นโค้งที่เข้าใจง่าย - ลักษณะแรงดันกระแส (CVC)

แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่สร้างโดยองค์ประกอบหนึ่งจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเมื่อย้ายจากองค์ประกอบหนึ่งไปอีกองค์ประกอบหนึ่งในชุดเดียวและจากผู้ผลิตรายหนึ่งไปยังอีกองค์ประกอบหนึ่งและมีค่าประมาณ 0.6 V ค่านี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดขององค์ประกอบ สถานการณ์แตกต่างกับปัจจุบัน ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงและขนาดขององค์ประกอบซึ่งหมายถึงพื้นที่ผิวของมัน

องค์ประกอบที่มีขนาด 100 100 มม. มีขนาดใหญ่กว่าองค์ประกอบที่มีขนาด 10 10 มม. ถึง 100 เท่า ดังนั้นภายใต้การส่องสว่างเดียวกัน มันจะให้กระแสไฟฟ้ามากกว่า 100 เท่า

เมื่อโหลดองค์ประกอบคุณสามารถพล็อตการพึ่งพากำลังขับของแรงดันไฟฟ้าได้ซึ่งจะคล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 2

กำลังไฟฟ้าสูงสุดสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.47 V ดังนั้น เพื่อประเมินคุณภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ได้อย่างถูกต้อง รวมทั้งเปรียบเทียบเซลล์ระหว่างกันภายใต้สภาวะเดียวกัน จึงจำเป็นต้องโหลดเซลล์เพื่อให้ แรงดันเอาต์พุตคือ 0.47 V หลังจากเลือกองค์ประกอบแสงอาทิตย์สำหรับงานแล้วจำเป็นต้องบัดกรีพวกมัน องค์ประกอบแบบอนุกรมมีการติดตั้งกริดรวบรวมกระแสซึ่งออกแบบมาสำหรับตัวนำบัดกรี

สามารถทำแบตเตอรี่ร่วมกันได้ตามต้องการ แบตเตอรี่ที่ง่ายที่สุดคือสายโซ่ของเซลล์ที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม คุณยังสามารถเชื่อมต่อโซ่แบบขนานได้ โดยเรียกว่าการเชื่อมต่อแบบอนุกรม-ขนาน

จุดสำคัญในการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์คือระบอบอุณหภูมิ เมื่อองค์ประกอบถูกให้ความร้อนหนึ่งองศาเหนือ 25 ° C จะสูญเสียแรงดันไฟฟ้า 0.002 V เช่น 0.4%/องศา รูปที่ 3 แสดงกลุ่มกราฟ CVC สำหรับอุณหภูมิ 25°C และ 60°C

ในวันที่อากาศแจ่มใส องค์ประกอบต่างๆ จะมีความร้อนสูงถึง 60-70 ° C โดยสูญเสียไป 0.07-0.09 V ในแต่ละองค์ประกอบ นี่คือสาเหตุหลักที่ทำให้ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลง ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าที่สร้างโดยเซลล์ลดลง ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แบบธรรมดาในปัจจุบันอยู่ระหว่าง 10-16% ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบที่มีขนาด 100-100 มม. ภายใต้สภาวะมาตรฐานจะสามารถสร้างพลังงานได้ 1-1.6 วัตต์

ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ทั้งหมดสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ แบบอัตโนมัติและแบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า สถานีประเภทที่สองจะถ่ายโอนพลังงานส่วนเกินไปยังเครือข่ายซึ่งทำหน้าที่เป็นพลังงานสำรองในกรณีที่เกิดการขาดแคลนพลังงานภายใน

โดยทั่วไประบบอัตโนมัติประกอบด้วยชุดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่วางอยู่บนโครงสร้างรองรับหรือบนหลังคา แบตเตอรี่ ตัวควบคุมการจ่ายกระแสไฟ - การชาร์จแบตเตอรี่ และสายเคเบิลเชื่อมต่อ แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นองค์ประกอบหลักในการสร้างระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ สามารถสร้างด้วยแรงดันเอาต์พุตใดก็ได้

หลังจากเลือกเซลล์แสงอาทิตย์แล้วจะต้องบัดกรี องค์ประกอบแบบอนุกรมมีการติดตั้งกริดรวบรวมกระแสสำหรับตัวนำบัดกรี สามารถทำแบตเตอรี่ร่วมกันได้

แบตเตอรี่ที่ง่ายที่สุดคือสายโซ่ของเซลล์ที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม

คุณสามารถเชื่อมต่อโซ่เหล่านี้แบบขนานได้ โดยเรียกว่าการเชื่อมต่อแบบอนุกรม-ขนาน ในแบบคู่ขนานสามารถเชื่อมต่อได้เฉพาะโซ่ (เส้น) ที่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันเท่านั้นในขณะที่กระแสไฟฟ้าตามกฎของ Kirchhoff จะถูกสรุป

เมื่อใช้บนพื้นดินมักจะใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่จัดเก็บ (แบตเตอรี่) ด้วยแรงดันไฟฟ้า 12 V ในกรณีนี้ตามกฎแล้วเซลล์แสงอาทิตย์ 36 เซลล์จะเชื่อมต่อกันเป็นชุดและปิดผนึกด้วยการเคลือบบนกระจก textolite อลูมิเนียม . ในกรณีนี้องค์ประกอบจะอยู่ระหว่างฟิล์มซีลสองชั้นโดยไม่มีช่องว่างอากาศ เทคโนโลยีการเคลือบสูญญากาศตอบสนองความต้องการนี้ ในกรณีที่มีช่องว่างอากาศระหว่างกระจกป้องกันและองค์ประกอบ การสูญเสียการสะท้อนและการดูดซับจะสูงถึง 20-30% เทียบกับ 12% ที่ไม่มีช่องว่างอากาศ

พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกนำเสนอเป็นเซลล์แสงอาทิตย์แยกต่างหากในรูปแบบของเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน (เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน) เช่น ด้วยการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ 1,000 W / m2 อุณหภูมิ - 25 ° C และแสงอาทิตย์ สเปกตรัมที่ละติจูด 45 ° (AM1.5)

จุดตัดของเส้นโค้งกับแกนแรงดันไฟฟ้าเรียกว่าแรงดันไม่โหลด - Uxx จุดตัดกับแกนปัจจุบันเรียกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจร Ikz

กำลังสูงสุดของโมดูลถูกกำหนดให้เป็นกำลังสูงสุดภายใต้ STC (เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน) แรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับกำลังสูงสุดเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (แรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการ - ขึ้น) และกระแสที่สอดคล้องกันเรียกว่ากระแสไฟสูงสุด (กระแสไฟทำงาน - Ip)

ค่าของแรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการสำหรับโมดูลที่ประกอบด้วย 36 องค์ประกอบจะอยู่ที่ประมาณ 16 ... 17 V (0.45 .... 0.47 V ต่อองค์ประกอบ) ที่ 25 ° C

ระยะขอบแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวเมื่อเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าของการชาร์จแบตเตอรี่เต็ม (14.4 V) เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อชดเชยการสูญเสียในตัวควบคุมการปล่อยประจุแบตเตอรี่ (จะมีการหารือในภายหลัง) และส่วนใหญ่จะลดแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของโมดูล เมื่อโมดูลได้รับความร้อนจากรังสี : ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของซิลิคอนอยู่ที่ประมาณลบ 0.4%/องศา (0.002 V/องศาสำหรับองค์ประกอบหนึ่ง)

ควรสังเกตว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของโมดูลไม่ได้ขึ้นอยู่กับการส่องสว่างมากนัก ในขณะที่กระแสไฟฟ้าลัดวงจรและกระแสไฟในการทำงานจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการส่องสว่าง

ดังนั้นเมื่อถูกให้ความร้อนภายใต้สภาวะการทำงานจริงโมดูลจะร้อนสูงถึงอุณหภูมิ 60-70 ° C ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของจุดแรงดันไฟฟ้าในการทำงานเช่นสำหรับโมดูลที่มีแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน 17 V - จาก 17 V ถึง 13.7-14.4 V (0.38-0.4V ต่อเซลล์)

จากทั้งหมดข้างต้นจำเป็นต้องเข้าใกล้การคำนวณจำนวนองค์ประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมของโมดูลหากผู้บริโภคจำเป็นต้องมีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะมีการเพิ่มอินเวอร์เตอร์ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าตรงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับ ชุดนี้.

การคำนวณ FES หมายถึงการกำหนดกำลังไฟเล็กน้อยของโมดูลจำนวนโมดูลการเชื่อมต่อ การเลือกประเภท สภาพการทำงาน และความจุของแบตเตอรี่ ความจุของอินเวอร์เตอร์และตัวควบคุมการคายประจุ การกำหนดพารามิเตอร์ของสายเคเบิลเชื่อมต่อ

ก่อนอื่น จำเป็นต้องกำหนดกำลังรวมของผู้บริโภคทั้งหมดที่เชื่อมต่อพร้อมกัน กำลังของแต่ละรายการวัดเป็นวัตต์และระบุไว้ในเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ ในขั้นตอนนี้คุณสามารถเลือกกำลังของอินเวอร์เตอร์ได้ซึ่งควรเป็นอย่างน้อย 1.25 เท่าของที่คำนวณได้ โปรดทราบว่าอุปกรณ์ที่มีไหวพริบเช่นตู้เย็นคอมเพรสเซอร์ ณ เวลาที่เปิดตัวนั้นใช้พลังงานมากกว่าแผ่นป้ายถึง 7 เท่า

ช่วงที่กำหนดของอินเวอร์เตอร์คือ 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 W. สำหรับสถานีที่มีกำลังสูง (มากกว่า 1 kW) แรงดันไฟฟ้าของสถานีจะถูกเลือกอย่างน้อย 48 V เนื่องจาก ที่กำลังไฟสูงกว่า อินเวอร์เตอร์จะทำงานได้ดีขึ้นเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงขึ้น

ขั้นตอนต่อไปคือการกำหนดความจุของแบตเตอรี่ ความจุของแบตเตอรี่ถูกเลือกจากช่วงความจุมาตรฐานซึ่งปัดเศษไปทางด้านข้างที่มากกว่าที่คำนวณไว้ และความจุที่คำนวณได้นั้นได้มาจากการหารพลังงานรวมของผู้บริโภคด้วยผลคูณของแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และค่าความลึกของการคายประจุของแบตเตอรี่เป็นเศษส่วน

ตัวอย่างเช่น หากพลังงานรวมของผู้บริโภคคือ 1,000 Wh ต่อวัน และความลึกของการคายประจุแบตเตอรี่ 12 V ที่อนุญาตคือ 50% ความจุที่คำนวณได้จะเป็น:

1,000 / (12 x 0.5) = 167 อา

เมื่อคำนวณความจุของแบตเตอรี่ในโหมดอัตโนมัติเต็มรูปแบบจำเป็นต้องคำนึงถึงวันที่มีเมฆมากโดยธรรมชาติในระหว่างที่แบตเตอรี่จะต้องรับประกันการทำงานของผู้บริโภค

ขั้นตอนสุดท้ายคือการกำหนดกำลังไฟทั้งหมดและจำนวนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ การคำนวณต้องใช้ค่ารังสีดวงอาทิตย์ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของสถานีเมื่อรังสีดวงอาทิตย์มีน้อยที่สุด กรณีใช้ตลอดทั้งปีคือเดือนธันวาคม

ในส่วนอุตุนิยมวิทยาจะมีการให้ค่ารังสีดวงอาทิตย์รายเดือนและรายปีรวมสำหรับภูมิภาคหลัก ๆ ของรัสเซียรวมถึงการไล่ระดับตามทิศทางที่แตกต่างกันของระนาบรับแสง

เมื่อนำค่าการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ในช่วงเวลาที่เราสนใจมาหารด้วย 1,000 เราจะได้จำนวนที่เรียกว่าพิโกชั่วโมง นั่นคือ เวลาตามเงื่อนไขที่ดวงอาทิตย์ส่องแสงเหมือนเดิม โดยมี ความเข้ม 1,000 วัตต์/ตร.ม.

ตัวอย่างเช่น สำหรับละติจูดของมอสโกและเดือนกรกฎาคม ค่าการแผ่รังสีแสงอาทิตย์คือ 167 kWh/m2 เมื่อพื้นที่ดังกล่าวหันไปทางทิศใต้ในมุม 40o ถึงขอบฟ้า ซึ่งหมายความว่า โดยเฉลี่ยแล้ว ดวงอาทิตย์จะส่องแสงในเดือนกรกฎาคมเป็นเวลา 167 ชั่วโมง (5.5 ชั่วโมงต่อวัน) ด้วยความเข้ม 1,000 วัตต์/ตารางเมตร แม้ว่าการส่องสว่างสูงสุดในตอนเที่ยงบนไซต์ที่ตั้งฉากกับฟลักซ์แสงจะไม่เกิน 700- 750 วัตต์/ตร.ม.

โมดูล Pw ในช่วงระยะเวลาที่เลือกจะสร้างปริมาณพลังงานดังต่อไปนี้: W = k Pw E / 1000 โดยที่ E คือค่าไข้แดดสำหรับช่วงเวลาที่เลือก k คือสัมประสิทธิ์เท่ากับ 0.5 ในฤดูร้อนและ 0.7 ในฤดูหนาว

ปัจจัยนี้จะแก้ไขการสูญเสียพลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์เมื่อถูกความร้อนจากดวงอาทิตย์ และยังคำนึงถึงอุบัติการณ์ของรังสีเฉียงบนพื้นผิวของโมดูลในระหว่างวันด้วย

ความแตกต่างของมูลค่าในฤดูหนาวและฤดูร้อนเกิดจากการทำความร้อนที่ต่ำกว่าขององค์ประกอบในฤดูหนาว

จากพลังงานรวมของพลังงานที่ใช้ไปและสูตรข้างต้น ทำให้ง่ายต่อการคำนวณพลังงานรวมของโมดูล และเมื่อรู้แล้ว เพียงหารมันด้วยกำลังของโมดูลเดียว เราก็จะได้จำนวนโมดูล

เมื่อสร้าง FES ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ลดอำนาจของผู้บริโภคให้มากที่สุด ตัวอย่างเช่น ใช้ (ถ้าเป็นไปได้) เฉพาะหลอดฟลูออเรสเซนต์เป็นไฟส่องสว่าง หลอดไฟดังกล่าวแม้จะกินไฟน้อยกว่า 5 เท่า แต่ให้ฟลักซ์การส่องสว่างเทียบเท่ากับหลอดไส้

สำหรับ FES ขนาดเล็ก แนะนำให้ติดตั้งโมดูลบนขายึดแบบหมุนเพื่อให้การหมุนเหมาะสมที่สุดโดยสัมพันธ์กับรังสีตกกระทบ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความจุของสถานีได้ 20-30%

เล็กน้อยเกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์หรือตัวแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับได้รับการออกแบบเพื่อให้จ่ายไฟคุณภาพสูงให้กับอุปกรณ์และอุปกรณ์ต่าง ๆ ในกรณีที่ไม่มีหรือคุณภาพต่ำของแหล่งจ่ายไฟ AC ที่มีความถี่ 50 Hz, แรงดันไฟฟ้า 220 V, สถานการณ์ฉุกเฉินต่างๆ ฯลฯ

อินเวอร์เตอร์เป็นตัวแปลง DC แบบพัลส์ที่มีแรงดันไฟฟ้า 12 (24, 48, 60) V เป็น AC โดยมีแรงดันไฟฟ้าคงที่ 220 V ที่ความถี่ 50 Hz อินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่มีเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าไซนัสอยด์ที่เสถียร ซึ่งช่วยให้สามารถใช้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์และอุปกรณ์ได้เกือบทุกชนิด

โครงสร้างอินเวอร์เตอร์ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของยูนิตเดสก์ท็อป ที่แผงด้านหน้าของอินเวอร์เตอร์จะมีสวิตช์สำหรับการทำงานของผลิตภัณฑ์และไฟแสดงการทำงานของอินเวอร์เตอร์ ที่แผงด้านหลังของผลิตภัณฑ์จะมีสายไฟ (ขั้วต่อ) สำหรับเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ DC เช่น แบตเตอรี่ สายดินสำหรับเคสอินเวอร์เตอร์ รูพร้อมตัวยึดพัดลม (ระบายความร้อน) ช่องเสียบยูโรแบบสามขั้วสำหรับ เชื่อมต่อโหลด

แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรที่เอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ทำให้สามารถจ่ายไฟคุณภาพสูงให้กับโหลดได้ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลง/ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า เช่น เมื่อแบตเตอรี่หมด หรือความผันผวนของกระแสไฟที่ใช้โดยโหลด รับประกันการแยกกระแสไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด DC ที่อินพุตและวงจร AC พร้อมโหลดที่เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ ทำให้ไม่ต้องมีมาตรการเพิ่มเติมเพื่อความปลอดภัยในการทำงานเมื่อใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ต่างๆ หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆ การระบายความร้อนแบบบังคับของส่วนกำลังและระดับเสียงรบกวนต่ำในระหว่างการทำงานของอินเวอร์เตอร์ช่วยให้มั่นใจในน้ำหนักและคุณลักษณะขนาดที่ดีของผลิตภัณฑ์ ในทางกลับกัน ด้วยการระบายความร้อนประเภทนี้ พวกเขาจะไม่สร้างความไม่สะดวกในการทำงาน รูปแบบของเสียงรบกวน

แผงควบคุมในตัวพร้อมกระดานบอกคะแนนอิเล็กทรอนิกส์
โพเทนชิออมิเตอร์ความจุไฟฟ้าที่ช่วยให้สามารถปรับค่าได้อย่างละเอียด
แถบปักหมุดที่ทำให้เป็นมาตรฐาน: WE WY STEROW
การหมุนเบรกในตัว
หม้อน้ำพร้อมพัดลม
การยึดที่สวยงาม
แหล่งจ่ายไฟฟ้า 230 โวลต์ - 400 โวลต์
โอเวอร์โหลด 150% - 60 วินาที
เวลารันอัพ 0.01...1,000 วินาที
ไส้กรองไฟฟ้าในตัว คลาส A
อุณหภูมิในการทำงาน: -5°C - +45°C
พอร์ต RS485
การควบคุมขั้นตอนความถี่: 0.01 Hz - 1 kHz
ระดับการป้องกัน IP 20

ทำหน้าที่ให้: เพิ่ม, ลดความถี่, ควบคุมการโอเวอร์โหลด, ความร้อนสูงเกินไป

วิธีการโฟโตอิเล็กทริกในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก - การปล่อยอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าในตัวรับรังสีภายใต้อิทธิพลของควอนตัมรังสีจากแสงอาทิตย์

เอฟเฟกต์นี้ใช้ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีพลังงานของรังสีควอนตัม ชม. สร้างขึ้น เช่น พี–n- กระแสไฟทรานซิชัน

ฉัน ฉ =ห้องน้ำในตัว จ ,

ที่ไหน เอ็น จ- จำนวนอิเล็กตรอนที่สร้างความต่างศักย์ที่ทางแยกซึ่งส่งผลให้กระแสรั่วไหลจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามที่ทางแยก ฉันเท่ากับกระแสโฟโตปัจจุบันซึ่งเป็นค่าคงที่

การสูญเสียพลังงานในการแปลงโฟโตอิเล็กทริกเกิดจากการใช้โฟตอนที่ไม่สมบูรณ์ เช่นเดียวกับการกระเจิง ความต้านทาน และการรวมตัวกันใหม่ของการนำอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นแล้ว

เซลล์แสงอาทิตย์ (โฟโตเซลล์) ที่มีจำหน่ายทั่วไปส่วนใหญ่คือเซลล์ซิลิคอนแบบลาเมลลาร์ นอกจากนี้ยังมีประเภทและการออกแบบอื่นๆ ที่กำลังพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์อีกด้วย

ความหนาของเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดซับรังสีแสงอาทิตย์ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ซิลิคอน แกลเลียมอาร์เซไนด์ ฯลฯ ถูกนำมาใช้เนื่องจากเริ่มดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ที่มีความยาวคลื่นยาวเพียงพอ และสามารถเปลี่ยนสัดส่วนที่มีนัยสำคัญให้เป็นไฟฟ้าได้ การดูดซับรังสีแสงอาทิตย์โดยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ จะมีค่าสูงสุดเมื่อความหนาของแผ่นตั้งแต่ 100 ถึง 1 µm หรือน้อยกว่า

การลดความหนาของเซลล์แสงอาทิตย์สามารถลดการใช้วัสดุและต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก

ความแตกต่างของความสามารถในการดูดซับของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อธิบายได้จากความแตกต่างในโครงสร้างอะตอมของพวกมัน

ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าไม่สูงนัก สำหรับธาตุซิลิกอนไม่เกิน 12...14%

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ จึงได้มีการเคลือบสารป้องกันแสงสะท้อนที่ด้านหน้าของเซลล์แสงอาทิตย์ ส่งผลให้สัดส่วนการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ส่งผ่านเพิ่มขึ้น องค์ประกอบที่ไม่เคลือบผิวมีการสูญเสียการสะท้อนสูงถึง 30%

เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการนำวัสดุใหม่จำนวนหนึ่งมาใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ หนึ่งในนั้นคือซิลิคอนอสัณฐาน ซึ่งแตกต่างจากซิลิกอนแบบผลึกตรงที่ไม่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ สำหรับโครงสร้างอสัณฐาน ความน่าจะเป็นของการดูดกลืนโฟตอนและการเปลี่ยนผ่านไปยังแถบการนำไฟฟ้าจะสูงกว่า จึงมีความสามารถในการดูดซับได้มาก แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ก็พบการใช้งานเช่นกัน ประสิทธิภาพทางทฤษฎีของเซลล์ที่ใช้ GaAs สามารถเข้าถึง 25% เซลล์จริงมีประสิทธิภาพประมาณ 16%

กำลังพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง แม้ว่าประสิทธิภาพขององค์ประกอบเหล่านี้ในสภาพห้องปฏิบัติการจะไม่เกิน 16% แต่ก็มีต้นทุนที่ต่ำกว่า สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการลดต้นทุนและการใช้วัสดุในการผลิตจำนวนมาก ในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นองค์ประกอบฟิล์มบางถูกสร้างขึ้นบนซิลิคอนอสัณฐานโดยมีพื้นที่ 0.1 ... 0.4 ม. 2 โดยมีประสิทธิภาพ 8 ... 9% เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางที่พบมากที่สุดคือเซลล์แคดเมียมซัลไฟด์ (CdS) ที่มีประสิทธิภาพ 10%

ความก้าวหน้าอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางคือการผลิตเซลล์หลายชั้น ช่วยให้คุณสามารถครอบคลุมสเปกตรัมรังสีดวงอาทิตย์ได้เป็นส่วนใหญ่

วัสดุแอคทีฟของเซลล์แสงอาทิตย์มีราคาค่อนข้างแพง เพื่อการใช้งานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น รังสีแสงอาทิตย์จะถูกรวบรวมบนพื้นผิวเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้ระบบรวมความเข้มข้น (รูปที่ 2.7)

ด้วยฟลักซ์การแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้น คุณลักษณะขององค์ประกอบจะไม่ลดลงหากอุณหภูมิของมันยังคงอยู่ที่ระดับอุณหภูมิอากาศโดยรอบโดยใช้การทำความเย็นแบบแอคทีฟหรือพาสซีฟ

มีระบบรวมสมาธิจำนวนมากโดยใช้เลนส์ (โดยปกติจะเป็นเลนส์เฟรสเนลแบบแบน), กระจก, ปริซึมการสะท้อนภายในทั้งหมด ฯลฯ หากมีการฉายรังสีโฟโตเซลล์หรือโมดูลที่ไม่สม่ำเสมออย่างมาก อาจนำไปสู่การทำลายเซลล์แสงอาทิตย์ได้

การใช้ระบบรวมศูนย์ช่วยลดต้นทุนของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เนื่องจากเซลล์รวมศูนย์มีราคาถูกกว่าเซลล์แสงอาทิตย์

เมื่อราคาเซลล์แสงอาทิตย์ลดลง ความเป็นไปได้ในการสร้างการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ก็เกิดขึ้น ภายในปี 1984 มีการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดค่อนข้างใหญ่ 14 แห่งที่มีกำลังการผลิต 200 กิโลวัตต์ถึง 7 เมกะวัตต์ในสหรัฐอเมริกา อิตาลี ญี่ปุ่น ซาอุดีอาระเบีย และเยอรมนี

การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์มีข้อดีหลายประการ ใช้แหล่งพลังงานที่สะอาดและไม่มีวันหมด ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องโดยเจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุง เซลล์แสงอาทิตย์สามารถผลิตได้จำนวนมากซึ่งจะช่วยลดต้นทุน

แผงโซลาร์เซลล์ประกอบจากแผงโซลาร์เซลล์ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้มีประเภทและขนาดให้เลือกมากมาย โดยมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเท่ากันและเทคโนโลยีการผลิตเดียวกัน

เนื่องจากการจ่ายพลังงานแสงอาทิตย์เป็นระยะๆ จึงมีเหตุผลมากที่สุดที่จะรวมระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ไว้ในโรงไฟฟ้าไฮบริดที่ใช้ทั้งพลังงานแสงอาทิตย์และก๊าซธรรมชาติ ที่สถานีเหล่านี้สามารถใช้กังหันก๊าซรุ่นใหม่ได้ โรงไฟฟ้าไฮบริดขนาดเล็ก ซึ่งประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล เป็นซัพพลายเออร์ด้านพลังงานที่เชื่อถือได้อยู่แล้ว

พลังงานแสงอาทิตย์- ทิศทางของพลังงานที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมโดยอาศัยการใช้รังสีดวงอาทิตย์โดยตรงเพื่อให้ได้พลังงานในรูปแบบใด ๆ พลังงานแสงอาทิตย์ใช้แหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม กล่าวคือ ไม่ก่อให้เกิดของเสียที่เป็นอันตราย การผลิตพลังงานโดยใช้โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นข้อตกลงที่ดีกับแนวคิดการผลิตพลังงานแบบกระจาย

ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์- วิธีการผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้องค์ประกอบไวแสงเพื่อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า

พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์- หนึ่งในวิธีการใช้งานจริงของแหล่งพลังงานหมุนเวียน - พลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้ในการแปลงรังสีแสงอาทิตย์เป็นความร้อนของน้ำหรือตัวพาความร้อนของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ใช้ทั้งในการผลิตไฟฟ้าทางอุตสาหกรรมและสำหรับทำน้ำร้อนสำหรับใช้ในบ้าน

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์- ศัพท์ครัวเรือนที่ใช้ในการพูดภาษาพูดหรือสื่อที่ไม่ใช่ทางวิทยาศาสตร์ โดยปกติแล้ว คำว่า "แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์" หรือ "แผงโซลาร์เซลล์" หมายถึงเครื่องแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (โฟโตเซลล์) รวมกันหลายเครื่อง ซึ่งเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรงโดยตรง

คำว่า "ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์" หมายถึงโหมดการทำงานปกติของโฟโตไดโอด ซึ่งกระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นเพียงเพราะพลังงานแสงที่แปลงแล้วเท่านั้น ที่จริงแล้ว อุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ทั้งหมดนั้นมีโฟโตไดโอดหลายประเภท

โฟโตอิเล็กทริคคอนเวอร์เตอร์ (PVC)

ในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าจะดำเนินการในเครื่องแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PVC) ขึ้นอยู่กับวัสดุ การออกแบบ และวิธีการผลิต เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะเซลล์แสงอาทิตย์สามรุ่น:

FEP รุ่นแรกที่ใช้เวเฟอร์คริสตัลลีนซิลิคอน

เซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่สองที่ใช้ฟิล์มบาง

FEP รุ่นที่สามโดยใช้วัสดุอินทรีย์และอนินทรีย์

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ จึงมีการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้โครงสร้างหลายชั้นแบบเรียงซ้อน

FEP รุ่นแรก

เซลล์แสงอาทิตย์รุ่นแรกที่ใช้แผ่นเวเฟอร์แบบผลึกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ในช่วงสองปีที่ผ่านมาผู้ผลิตสามารถลดต้นทุนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ดังกล่าวได้ซึ่งทำให้ตำแหน่งของตนในตลาดโลกแข็งแกร่งขึ้น

ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นแรก:

โมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน (mc-Si)

โพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน (m-Si)

ขึ้นอยู่กับ GaAs

เทคโนโลยีริบบิ้น (EFG, S-web)

โพลีซิลิคอนชั้นบาง (Apex)

FEP ของรุ่นที่สอง

เทคโนโลยีการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางรุ่นที่สองเกี่ยวข้องกับการสะสมของชั้นด้วยวิธีสุญญากาศ เทคโนโลยีสุญญากาศเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกนั้นใช้พลังงานน้อยกว่าและมีลักษณะเฉพาะด้วยเงินลงทุนจำนวนน้อยกว่า ทำให้สามารถผลิตเซลล์ PV ที่ยืดหยุ่น ราคาถูก ในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้ แต่ปัจจัยการแปลงขององค์ประกอบดังกล่าวยังต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเซลล์ PV รุ่นแรก

ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่สอง:

ซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si)

ไมโครและนาโนซิลิคอน (μc-Si/nc-Si)

ซิลิคอนบนกระจก (CSG)

แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe)

(di)ทองแดง-(อินเดียม-)แกลเลียม ซีลีไนด์ (CI(G)S)

FEP ของรุ่นที่สาม

แนวคิดในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่สามคือการลดต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มเติม ละทิ้งการใช้วัสดุที่มีราคาแพงและเป็นพิษ หันไปหาโพลีเมอร์และอิเล็กโทรไลต์ราคาถูกและรีไซเคิลได้ ความแตกต่างที่สำคัญก็คือความเป็นไปได้ของการใช้เลเยอร์โดยวิธีการพิมพ์

ปัจจุบันโครงการส่วนใหญ่ในด้านเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่สามยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย

ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่สาม:

สีย้อมไวแสง (DSC),

อินทรีย์ (OPV)

อนินทรีย์ (CTZSS)

การติดตั้งและการใช้งาน

เซลล์แสงอาทิตย์ถูกประกอบเป็นโมดูลที่มีขนาดการติดตั้ง พารามิเตอร์ทางไฟฟ้า และตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือที่ได้มาตรฐาน ในการติดตั้งและส่งกระแสไฟฟ้า แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะติดตั้งอินเวอร์เตอร์ แบตเตอรี่ และองค์ประกอบอื่นๆ ของระบบย่อยทางไฟฟ้าและเครื่องกล

การติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับสาขาการใช้งาน:

สถานีเอกชนพลังงานต่ำที่วางอยู่บนหลังคาบ้าน

สถานีไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ขนาดย่อมและขนาดกลางทั้งบนหลังคาและบนพื้นดิน

สถานีพลังงานแสงอาทิตย์อุตสาหกรรมที่ให้พลังงานแก่ผู้บริโภคจำนวนมาก

ค่าประสิทธิภาพสูงสุดของโฟโตเซลล์และโมดูลทำได้ในสภาพห้องปฏิบัติการ

ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

จะเห็นได้จากลักษณะการทำงานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ว่า จะต้องเลือกความต้านทานโหลดให้ถูกต้องเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ในการดำเนินการนี้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับโหลด แต่ใช้ตัวควบคุมการจัดการระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์เพื่อให้แน่ใจว่าแผงทำงานอย่างเหมาะสมที่สุด

การผลิต

บ่อยครั้งที่โฟโต้เซลล์เดี่ยวไม่ได้ผลิตพลังงานเพียงพอ ดังนั้น เซลล์แสงอาทิตย์จำนวนหนึ่งจึงถูกรวมเข้าไว้ในสิ่งที่เรียกว่าแผงโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ และมีการเสริมกำลังระหว่างแผ่นกระจก แอสเซมบลีนี้สามารถทำงานอัตโนมัติได้เต็มรูปแบบ

ข้อดี

ความพร้อมใช้งานสาธารณะและความไม่สิ้นสุดของแหล่งที่มา

ความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม - แม้ว่าจะมีความเป็นไปได้ที่การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้อย่างกว้างขวางสามารถเปลี่ยนอัลเบโด้ (ลักษณะของความสามารถในการสะท้อนแสง (การกระเจิง)) ของพื้นผิวโลก และนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (อย่างไรก็ตาม ด้วยระดับการใช้พลังงานในปัจจุบัน ซึ่งไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง)

ข้อบกพร่อง

ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและช่วงเวลาของวัน

ความจำเป็นในการกักเก็บพลังงาน

ในการผลิตภาคอุตสาหกรรม - ความจำเป็นในการทำซ้ำโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์กับโรงไฟฟ้าที่มีความคล่องตัวซึ่งมีพลังงานเทียบเท่ากัน

ต้นทุนการก่อสร้างสูงที่เกี่ยวข้องกับการใช้ธาตุหายาก (เช่น อินเดียม และ เทลลูเรียม)

ความจำเป็นในการทำความสะอาดพื้นผิวสะท้อนแสงจากฝุ่นเป็นระยะ

การทำความร้อนของบรรยากาศเหนือโรงไฟฟ้า

ประสิทธิภาพการแปลงขึ้นอยู่กับลักษณะทางไฟฟ้าของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันตลอดจนคุณสมบัติทางแสงของเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งโฟโตคอนดักเตอร์มีบทบาทสำคัญที่สุด เกิดจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกภายในในเซมิคอนดักเตอร์เมื่อถูกฉายรังสีด้วยแสงแดด

การสะท้อนรังสีแสงอาทิตย์จากพื้นผิวของทรานสดิวเซอร์

การผ่านของส่วนหนึ่งของรังสีผ่านเซลล์แสงอาทิตย์โดยไม่มีการดูดซึมเข้าไป

การกระเจิงบนการสั่นสะเทือนความร้อนของโครงตาข่ายของพลังงานโฟตอนส่วนเกิน

การรวมตัวกันใหม่ของภาพถ่ายคู่ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวและในปริมาตรของเซลล์แสงอาทิตย์

ความต้านทานภายในของคอนเวอร์เตอร์ ฯลฯ

จากมุมมองด้านพลังงาน อุปกรณ์ที่ประหยัดพลังงานมากที่สุดสำหรับการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า (เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนพลังงานโดยตรงในขั้นตอนเดียว) คือตัวแปลงโฟโตอิเล็กทริคแบบเซมิคอนดักเตอร์ (PVC) ที่คุณลักษณะอุณหภูมิสมดุลของเซลล์แสงอาทิตย์ลำดับ 300-350 เคลวิน และ T ของดวงอาทิตย์ ~ 6,000 K ประสิทธิภาพทางทฤษฎีที่จำกัดของพวกมันคือ >90% ซึ่งหมายความว่าจากการปรับโครงสร้างและพารามิเตอร์ของตัวแปลงให้เหมาะสมโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อลดการสูญเสียพลังงานที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จึงค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพในทางปฏิบัติเป็น 50% หรือมากกว่า (ในห้องปฏิบัติการประสิทธิภาพ 40% ได้รับแล้ว สำเร็จ)

การแปลงพลังงานในเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับผลกระทบของเซลล์แสงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นในโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเมื่อสัมผัสกับรังสีดวงอาทิตย์ ความแตกต่างของโครงสร้างเซลล์แสงอาทิตย์สามารถรับได้โดยการเติมเซมิคอนดักเตอร์เดียวกันกับสิ่งเจือปนต่างๆ (สร้างรอยต่อ p - n ) หรือโดยการรวมเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันเข้ากับช่องว่างแถบไม่เท่ากัน - พลังงานของการปลดอิเล็กตรอนออกจากอะตอม (การสร้างจุดเชื่อมต่อเฮเทอโร) หรือเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของการไล่ระดับช่องว่างแถบ ( การสร้างโครงสร้างแบบแบ่งเกรด) นอกจากนี้ยังสามารถผสมผสานวิธีการเหล่านี้ได้หลากหลาย ประสิทธิภาพการแปลงขึ้นอยู่กับลักษณะทางไฟฟ้าของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันตลอดจนคุณสมบัติทางแสงของเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งมีบทบาทที่สำคัญที่สุดในโฟโตคอนดักเตอร์เนื่องจากปรากฏการณ์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายในในเซมิคอนดักเตอร์เมื่อถูกฉายรังสี มีแสงแดด หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์สามารถอธิบายได้ด้วยตัวอย่างของตัวแปลงที่มีทางแยก p-n ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานอวกาศสมัยใหม่ การเปลี่ยนผ่านหลุมอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นโดยการเติมแผ่นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผลึกเดี่ยวที่มีค่าการนำไฟฟ้าบางประเภท (เช่น ชนิด p หรือ n) ด้วยความเจือปนที่ทำให้เกิดการสร้างชั้นพื้นผิวที่มีชนิดตรงกันข้าม ของการนำไฟฟ้า ความเข้มข้นของสารเจือปนในชั้นนี้จะต้องสูงกว่าความเข้มข้นของสารเจือปนในวัสดุฐาน (ผลึกเดี่ยวดั้งเดิม) อย่างมีนัยสำคัญ เพื่อทำให้พาหะประจุอิสระหลักที่อยู่ตรงนั้นเป็นกลาง และสร้างสภาพการนำไฟฟ้าของเครื่องหมายตรงกันข้าม ที่ขอบเขตของชั้น n- และ p ซึ่งเป็นผลมาจากการรั่วไหลของประจุ โซนพร่องจะถูกสร้างขึ้นโดยมีประจุปริมาตรบวกที่ไม่มีการชดเชยในชั้น n และประจุปริมาตรเป็นลบในชั้น p โซนเหล่านี้รวมกันเป็นทางแยก p-n สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น (ความต่างศักย์ไฟฟ้าสัมผัส) ที่เกิดขึ้นที่ทางแยกจะป้องกันการผ่านของตัวพาประจุหลัก เช่น อิเล็กตรอนจากด้านข้างของชั้น p แต่จะผ่านพาหะรายย่อยไปในทิศทางตรงกันข้ามอย่างอิสระ คุณสมบัติของรอยต่อ p-n นี้กำหนดความเป็นไปได้ของการได้รับโฟโตแรงเคลื่อนไฟฟ้าเมื่อฉายรังสีเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยแสงแดด พาหะประจุที่ไม่สมดุล (คู่หลุมอิเล็กตรอน) ที่สร้างขึ้นโดยแสงในทั้งสองชั้นของเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกแยกออกจากกันที่ทางแยก p-n: พาหะรายย่อย (เช่น อิเล็กตรอน) จะผ่านไปอย่างอิสระผ่านทางแยก และพาหะหลัก (รู) จะล่าช้า . ดังนั้น ภายใต้การกระทำของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ กระแสของพาหะประจุส่วนน้อยที่ไม่สมดุล โฟโตอิเล็กตรอน และโฟโตโฮล จะไหลผ่านจุดเชื่อมต่อ p-n ในทั้งสองทิศทาง ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์อย่างแท้จริง หากเราปิดวงจรภายนอกตอนนี้ อิเล็กตรอนจากชั้น n เมื่อทำงานกับโหลดเสร็จแล้วจะกลับไปที่ชั้น p และรวมตัวกันใหม่ (รวมเข้าด้วยกัน) โดยมีรูเคลื่อนที่ภายในเซลล์แสงอาทิตย์ในทิศทางตรงกันข้าม ในการรวบรวมและกำจัดอิเล็กตรอนไปยังวงจรภายนอก มีระบบหน้าสัมผัสบนพื้นผิวของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ FEP ที่ด้านหน้าของพื้นผิวที่ส่องสว่างของคอนเวอร์เตอร์หน้าสัมผัสจะทำในรูปแบบของตารางหรือหวีและที่ด้านหลังสามารถแข็งได้ การสูญเสียพลังงานหลักที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในเซลล์แสงอาทิตย์มีความเกี่ยวข้องกับ:

Ш การสะท้อนของรังสีดวงอาทิตย์จากพื้นผิวของทรานสดิวเซอร์
Ø การส่งผ่านส่วนหนึ่งของรังสีผ่านเซลล์แสงอาทิตย์โดยไม่มีการดูดซึมเข้าไป
การกระเจิงจากการสั่นสะเทือนทางความร้อนของตาข่ายของพลังงานโฟตอนส่วนเกิน
Ш การรวมตัวใหม่ของโฟโต้คู่ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวและในปริมาตรของเซลล์แสงอาทิตย์
W ความต้านทานภายในของคอนเวอร์เตอร์
Ш และกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ

ь การใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างแถบความถี่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแผ่รังสีแสงอาทิตย์

ь ปรับปรุงคุณสมบัติของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ตามเป้าหมายโดยการเติมสารที่เหมาะสมที่สุดและการสร้างสนามไฟฟ้าในตัว

การเปลี่ยนแปลงจากโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นเนื้อเดียวกันไปเป็นโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่ต่างกันและแบ่งเกรด

ь การเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์การออกแบบของเซลล์แสงอาทิตย์ (ความลึกของจุดเชื่อมต่อ p-n, ความหนาของชั้นฐาน, ความถี่ของตารางสัมผัส ฯลฯ );

ь การประยุกต์ใช้สารเคลือบออพติคอลแบบมัลติฟังก์ชั่นที่ให้การป้องกันแสงสะท้อน การควบคุมความร้อน และการป้องกันเซลล์แสงอาทิตย์จากรังสีคอสมิก

การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความโปร่งใสในบริเวณคลื่นยาวของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ที่อยู่เลยขอบของแถบการดูดกลืนแสงหลัก

- การสร้างเซลล์แสงอาทิตย์แบบคาสเคดจากเซมิคอนดักเตอร์ที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษตามความกว้างของช่องว่างของแถบซึ่งทำให้สามารถแปลงรังสีที่ผ่านน้ำตกก่อนหน้านี้ในแต่ละน้ำตกได้ ฯลฯ

· ความน่าเชื่อถือสูงพร้อมอายุการใช้งานยาวนาน (หลายสิบปี!)
ความพร้อมของวัตถุดิบในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการผลิตองค์ประกอบของระบบการแปลงและความเป็นไปได้ในการจัดการการผลิตจำนวนมาก
· ยอมรับได้จากมุมมองของระยะเวลาคืนทุน ต้นทุนพลังงานสำหรับการสร้างระบบการเปลี่ยนแปลง
· ต้นทุนพลังงานและมวลขั้นต่ำที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมระบบการแปลงและส่งพลังงาน (พื้นที่) รวมถึงการวางแนวและการรักษาเสถียรภาพของสถานีโดยรวม
ง่ายต่อการบำรุงรักษา

เนื่องจากการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ในระดับที่สูงขึ้นซึ่งถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนผ่านแสงโดยตรงใน GaAs เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถรับได้ที่ความหนาของเซลล์แสงอาทิตย์ที่น้อยกว่ามากเมื่อเปรียบเทียบกับซิลิคอน โดยหลักการแล้ว ก็เพียงพอแล้วที่จะมีความหนา HFP 5–6 µm เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพอย่างน้อย 20% ในขณะที่ความหนาขององค์ประกอบซิลิกอนต้องไม่น้อยกว่า 50–100 µm โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างเห็นได้ชัด สถานการณ์นี้ทำให้เป็นไปได้ที่จะวางใจในการสร้างฟิล์มแสง HFP ซึ่งการผลิตจะต้องใช้วัสดุเริ่มต้นในปริมาณที่ค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นไปได้ที่จะใช้ไม่ใช่ GaAs เป็นสารตั้งต้น แต่ใช้วัสดุอื่น เช่น สังเคราะห์ ไพลิน (อัล 2 O 3)

HFP ยังมีคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่ดีกว่าในแง่ของข้อกำหนดสำหรับคอนเวอร์เตอร์ SES เมื่อเปรียบเทียบกับ FEP แบบซิลิคอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเป็นไปได้ในการบรรลุค่าเริ่มต้นเล็กน้อยของกระแสความอิ่มตัวย้อนกลับในรอยต่อ p-n เนื่องจากช่องว่างแถบขนาดใหญ่ช่วยลดขนาดของการไล่ระดับอุณหภูมิเชิงลบของประสิทธิภาพและกำลังที่เหมาะสมของ HFP และนอกจากนี้ การขยายขอบเขตของการพึ่งพาเชิงเส้นของส่วนหลังอย่างมีนัยสำคัญต่อความหนาแน่นฟลักซ์แสง การขึ้นต่ออุณหภูมิในการทดลองของประสิทธิภาพของ HFP บ่งชี้ว่าการเพิ่มอุณหภูมิสมดุลของอุณหภูมิหลังเป็น 150–180 °C ไม่ได้ทำให้ประสิทธิภาพและกำลังจำเพาะที่เหมาะสมที่สุดลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ในเวลาเดียวกัน สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสูงกว่า 60-70 °C ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง โดยประสิทธิภาพจะลดลงครึ่งหนึ่ง

นอกจากนี้ HFP ที่ใช้ GaAs ซึ่งมีขอบเขตน้อยกว่าซิลิคอน PVC มาก ยังไวต่อการถูกทำลายโดยการไหลของโปรตอนและอิเล็กตรอนพลังงานสูง เนื่องจากการดูดกลืนแสงใน GaAs ในระดับสูง ตลอดจนอายุการใช้งานที่ต้องการต่ำและระยะเวลาการแพร่กระจายของ ผู้ให้บริการรายย่อย นอกจากนี้ การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าส่วนสำคัญของข้อบกพร่องด้านรังสีใน HFP ที่ใช้ GaAs หายไปหลังจากการอบชุบด้วยความร้อน (การอบอ่อน) ที่อุณหภูมิเพียงประมาณ 150–180°C หาก GaAs HFP ทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิประมาณ 150 °C ดังนั้นระดับการสลายตัวของรังสีของประสิทธิภาพของมันจะค่อนข้างน้อยตลอดระยะเวลาการทำงานทั้งหมดของสถานี (นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศซึ่งแสง น้ำหนักและขนาดของเซลล์แสงอาทิตย์และประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งสำคัญ)

ในยานอวกาศ ซึ่งแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าหลักคือแผงโซลาร์เซลล์ และอัตราส่วนมวล ขนาด และประสิทธิภาพที่เข้าใจได้นั้นมีความสำคัญมาก ซึ่งเป็นวัสดุหลักสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ แน่นอนว่าแบตเตอรี่คือแกลเลียมอาร์เซไนด์ ความสามารถของสารประกอบนี้ในเซลล์แสงอาทิตย์ที่จะไม่สูญเสียประสิทธิภาพเมื่อถูกความร้อนด้วยรังสีดวงอาทิตย์เข้มข้น 3-5 เท่าเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการขาดแคลนแกลเลียม ปริมาณสำรองเพิ่มเติมสำหรับการประหยัดแกลเลียมเกี่ยวข้องกับการใช้แซฟไฟร์สังเคราะห์ (Al 2 O 3) แทนที่จะเป็น GaAs เป็นสารตั้งต้น HFP พลังงาน SES ที่ใช้ GaAs HFP นั้นค่อนข้างจะสมส่วนกับต้นทุนของระบบที่ใช้ซิลิคอน ดังนั้นในปัจจุบันจึงเป็นเรื่องยากที่จะให้ความสำคัญกับหนึ่งในสองวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ได้รับการพิจารณาอย่างสมบูรณ์ ได้แก่ ซิลิคอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ และการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเพิ่มเติมเท่านั้นที่จะแสดงให้เห็นว่าตัวเลือกใดจะมีเหตุผลมากกว่าสำหรับวิศวกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ภาคพื้นดินและอวกาศ ตราบเท่าที่ SB ผลิตกระแสตรงงานในการแปลงให้เป็นตัวแปรอุตสาหกรรม 50 Hz, 220 V ก็เกิดขึ้น อุปกรณ์อินเวอร์เตอร์ประเภทพิเศษทำงานได้ดีกับงานนี้

การแปลงรังสีอิสระของดวงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งสามารถนำไปใช้จ่ายไฟให้กับที่อยู่อาศัยและสิ่งอำนวยความสะดวกอื่นๆ ถือเป็นความฝันอันล้ำค่าของผู้สนับสนุนพลังงานสีเขียวจำนวนมาก

แต่หลักการทำงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่นั้นยังไม่สามารถพูดถึงประสิทธิภาพสูงของระบบดังกล่าวได้ คงจะดีถ้ามีแหล่งไฟฟ้าเพิ่มเติมของคุณเอง มันไม่ได้เป็น? ยิ่งกว่านั้นทุกวันนี้ในรัสเซียด้วยความช่วยเหลือของแผงโซลาร์เซลล์ไฟฟ้า "ฟรี" ได้ถูกจ่ายให้กับครัวเรือนส่วนตัวจำนวนมากได้สำเร็จ คุณยังไม่แน่ใจว่าจะเริ่มต้นจากตรงไหน?

ด้านล่างนี้เราจะบอกคุณเกี่ยวกับอุปกรณ์และหลักการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์คุณจะได้เรียนรู้ว่าประสิทธิภาพของระบบสุริยะขึ้นอยู่กับอะไร และวิดีโอที่โพสต์ในบทความจะช่วยให้คุณประกอบแผงโซลาร์เซลล์จากโฟโตเซลล์ด้วยมือของคุณเอง

ในเรื่อง "พลังงานแสงอาทิตย์" มีความแตกต่างและสับสนมากมาย มักจะเป็นเรื่องยากสำหรับผู้เริ่มต้นที่จะเข้าใจคำศัพท์ที่ไม่คุ้นเคยทั้งหมดในตอนแรก แต่หากปราศจากสิ่งนี้ มันก็ไม่สมเหตุสมผลที่จะใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยการซื้ออุปกรณ์สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า "แสงอาทิตย์"

ด้วยความไม่รู้ คุณไม่เพียงแต่สามารถเลือกแผงผิดเท่านั้น แต่ยังเพียงแค่เผามันเมื่อเชื่อมต่อหรือดึงพลังงานออกมาน้อยเกินไป

คลังภาพ

ผลตอบแทนสูงสุดจากแผงโซลาร์เซลล์สามารถรับได้ก็ต่อเมื่อรู้ว่ามันทำงานอย่างไร ส่วนประกอบและชุดประกอบใดบ้างที่ประกอบด้วย และวิธีเชื่อมต่อทั้งหมดอย่างถูกต้อง

ความแตกต่างประการที่สองคือแนวคิดของคำว่า "แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์" โดยปกติแล้วคำว่า "แบตเตอรี่" จะหมายถึงอุปกรณ์สำหรับเก็บไฟฟ้า หรือนึกถึงหม้อน้ำทำความร้อนซ้ำ ๆ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ สถานการณ์จะแตกต่างอย่างสิ้นเชิง พวกเขาไม่ได้สะสมอะไรเลย