مبدأ وعملية تصنيع توليد الطاقة الضوئية

يكمن المبدأ الرئيسي لتوليد الطاقة الكهروضوئية في التأثير الكهروضوئي لأشباه الموصلات. عندما تشع الفوتونات سطحًا معدنيًا، يمكن أن تمتص طاقتها بالكامل بواسطة إلكترون معين في المعدن. إذا كانت الطاقة التي يمتصها الإلكترون كافية للتغلب على العمل الجاذبي الداخلي للمعدن، فسوف يهرب الإلكترون من سطح المعدن ويصبح فوتوإلكترون.

تحتوي ذرة السيليكون على 4 إلكترونات تكافؤ. إذا تم تنشيط السيليكون النقي بذرات تحتوي على 5 إلكترونات تكافؤ (مثل ذرات الفوسفور)، فإنه يصبح شبه موصل من النوع N; إذا تم تنشيط السيليكون النقي بذرات تحتوي على 3 إلكترونات تكافؤ (مثل ذرات البورون)، يتم تشكيل شبه موصل من النوع P. عندما يتم دمج أشباه الموصلات من النوع P والنوع N، يتم إنشاء فرق جهد عند واجهة التلامس، والذي يعمل كأساس لخلية شمسية. عندما تضيء أشعة الشمس وصلة P-N، تتحرك الثقوب من المنطقة P إلى المنطقة N، بينما تتحرك الإلكترونات من المنطقة N إلى المنطقة P، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي.

يشير التأثير الكهروضوئي إلى الظاهرة التي يتسبب فيها تشعيع الضوء في فرق جهد بين أجزاء مختلفة من أشباه الموصلات غير المنتظمة أو بين أشباه الموصلات والمعدن. يتضمن عمليتين رئيسيتين: أولاً، تحويل الفوتونات (الموجات الضوئية) إلى إلكترونات، أي تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية؛ ثانيًا، تكوين جهد كهربائي.

يخضع السيليكون متعدد الكريستالات لعمليات مثل صب السبائك وكسر السبائك والتقطيع لإنتاج رقائق السيليكون المراد معالجتها. ثم يتم تنشيط رقائق السيليكون هذه ونشرها بكميات ضئيلة من البورون والفوسفور والعناصر الأخرى لتشكيل وصلات P-N. بعد ذلك، يتم استخدام الطباعة بالشاشة لوضع معجون فضي معد بدقة على رقائق السيليكون لإنشاء خطوط شبكية. بعد التلبيد، يتم تصنيع الأقطاب الكهربائية الخلفية في وقت واحد، ويتم تطبيق طلاء مضاد للانعكاس على السطح ذي الخطوط الشبكية - وبالتالي إكمال إنتاج الخلايا الشمسية.

يتم ترتيب الخلايا الشمسية ودمجها في وحدات الخلايا الشمسية، والتي تشكل لوحات دوائر كبيرة. عادةً ما يتم إحاطة محيط كل وحدة بإطار من الألومنيوم، ويتم تغطية الجانب الأمامي بالزجاج، ويتم تثبيت الأقطاب الكهربائية على الجانب الخلفي. يمكن تجميع نظام توليد الطاقة الكهروضوئية الكامل عن طريق دمج وحدات الخلايا هذه مع المعدات المساعدة الأخرى. لتحويل التيار المباشر (DC) إلى تيار متردد (AC)، يجب تثبيت محول الطاقة. يمكن تخزين الكهرباء المتولدة في البطاريات أو تغذيتها في شبكة الطاقة العامة.

من حيث هيكل تكلفة نظام توليد الطاقة الكهروضوئية، تمثل وحدات الخلايا الشمسية حوالي 50٪، بينما يأتي الـ 50٪ المتبقية من محولات الطاقة ورسوم التركيب والمكونات المساعدة الأخرى والمصروفات المتنوعة.