Celula solară – tipuri, funcție și eficiență

Celula solară - tipuri, funcție și eficiență 4

Sistemele fotovoltaice modelează acum imaginea de zi cu zi pe multe clădiri și proprietăți. Acestea reprezintă o parte importantă a tranziției energetice. O componentă esențială a sistemelor solare sunt celulele solare. Cum funcționează, ce tipuri există și care este eficiența lor, veți învăța în următorul articol.

Cum sunt construite celulele solare?

Celulele solare din siliciu constau din trei straturi. Componenta principală este formată din cele două straturi de siliciu dopate diferit: stratul n-dopat și stratul p-dopat. Fosforul este amestecat în stratul n-dopat, ceea ce îl face negativ (are electroni liberi). Borul este amestecat în stratul p-dopat, ceea ce îl face pozitiv (îi lipsesc electronii). Între cele două straturi există un strat limită care a eliberat taxele pot trece prin numai cu ajutorul luminii solare. În acest nucleu al celulei solare, mișcările electronilor creează un câmp electric – cunoscut și sub numele de joncțiunea p-n.

Cum funcționează celulele solare?

Siliciul semiconductor folosit în celulele solare reacționează la razele soarelui, care conțin fotoni, prin desprinderea electronilor. Găurile încărcate pozitiv rămân acolo. În funcție de sarcinile lor, electronii se deplasează la electrodul negativ sau pozitiv. Pe măsură ce electronii migrează în partea de sus a siliciului, găurile se deplasează în partea de jos. Sarcinile curg în sus prin straturile metalice conductoare și ajung astfel la consumatorul care are nevoie de energie – acestea pot fi lămpi, computere sau rețele electrice. Ulterior, circuitul de curent este închis de electronii care se deplasează înapoi la stratul cu electronii lipsă.

Contactele metalice din față și din spate, care sunt conectate între ele printr-un cablu, asigură că puterea este, de asemenea, utilizabilă pentru consumatori. Un strat de contact holistic pe spate disipează electronii și îi determină să curgă printr-un cablu. Acest lucru creează un circuit electric. Pe partea din față, contactele sunt aplicate sub forma unei grile subțiri, astfel încât lumina să poată cădea pe suprafață.

Ce tipuri de celule solare există?

Celulele solare sunt una dintre cele mai importante componente ale unui sistem fotovoltaic,deoarece determina decisiv cat de mari sunt costurile de achizitie ale PV Și câtă energie electrică poate genera. În prezent, există trei tipuri diferite de celule solare de interes pentru utilizatorii casnici: celule solare monocristaline, celule solare policristaline și celule cu peliculă subțire.

  • Celule solare monocristaline

    Celulele solare monocristaline sunt fabricate din siliciu monocristalin. Acest tip de celulă are un conținut foarte ridicat de siliciu și, cu o eficiență de aproximativ 20 la sută, este cea mai eficientă celulă solară din lumina directă a soarelui. Datorită producției complexe, cu toate acestea, modulele monocristaline sunt relativ scumpe.

  • Celule solare policristaline

    Celulele solare policristaline sunt, de asemenea, fabricate din siliciu, deși siliciul de acest tip nu este atât de pur. Deoarece producția modulului este mai puțin complexă și numai deșeurile scăzute sunt generate datorită formei pătrate a celulei, celulele solare policristaline sunt mai ieftine și, de asemenea, mai bune pentru echilibrul de mediu al sistemului fotovoltaic. Acestea sunt adesea considerate celulele solare cu cel mai bun raport preț-performanță. Cu toate acestea, eficiența este mai mică la aproximativ 15 la sută, deoarece se utilizează mai puțin siliciu pur.

  • Celule cu peliculă subțire

    Celulele cu peliculă subțire aparțin celulelor solare amorfe, adică non-cristaline. Ele sunt, de asemenea, fabricate din siliciu, care este amestecat cu alte materiale și evaporat într-un strat foarte subțire pe un material purtător, cum ar fi sticla. Eficiența se ridică la doar cinci până la șapte procente, motiv pentru care trebuie compensată de o suprafață mai mare a modulului. În funcție de materialul purtător, celulele cu peliculă subțire sunt foarte flexibile și pot fi chiar laminate și pliate. Procesul de producție este relativ necomplicat, ceea ce face ca aceste celule să fie mai ieftine decât celulele cristaline (celule cu peliculă groasă).

Care este eficiența celulelor solare?

Eficiența (reprezentată de litera greacă η) indică eficacitatea cu care funcționează celula solară. Se calculează pe baza raportului dintre energia electrică emisă și energia luminoasă iradiantă. Cu cât această valoare este mai aproape de maximul de 1 (100 la sută), cu atât eficiența celulei solare este mai mare. Eficiența se referă la cât de bine celula solară folosește energia disponibilă ca lumină. Un factor esențial pentru eficiența celulelor solare este materialul utilizat. În prezent, aproape toate modulele solare sunt fabricate din siliciu.

În plus față de pierderile de curent, temperatura modulelor și frecvențele prelucrate ale spectrului de lumină influențează, de asemenea, eficiența celulelor solare. Acestea din urmă determină limita fizică posibilă a eficienței siliciului monocristalin. În teorie, 33 la sută este posibil, dar acest lucru nu se realizează în practică. O celulă solară are întotdeauna o eficiență mai mare decât un sistem fotovoltaic, deoarece pierderile tuturor componentelor unui sistem sunt luate în considerare în eficiența generală. În invertor, curentul direct este convertit în curent alternativ, care este, de asemenea, asociat cu pierderile. În plus, lungimea și secțiunile transversale ale cablurilor de conectare, precum și cablurile lungi pentru curent alternativ reduc eficacitatea.

Suma pierderilor unei investiții poate ajunge la patru procente sau mai mult, afectând randamentul global. Prin urmare, atunci când se construiește un sistem solar, pe lângă alegerea celulelor/modulelor solare adecvate, selecția altor componente este, de asemenea, importantă. Pentru alegerea tipului de celule solare al unui sistem fotovoltaic, eficiența în sine nu este decisivă. Ar trebui să respectați toate condițiile limită și să utilizați celulele solare care promit cel mai eficient randament pentru dvs.

Despre autor

TRITEC s-a specializat în generarea de energie solară prin fotovoltaice de peste 34 de ani. Suntem activi la nivel mondial atât în domeniul energiei fotovoltaice en-gros, cât și în construcția de instalații la scară largă. În plus față de doveditul nostru PV-Sistem de montare oferim, de asemenea, propriile noastre soluții de sistem inteligent pentru planificarea, proiectarea și controlul performanței sistemelor fotovoltaice, precum și produse de marcă ale producătorilor fotovoltaici de top.