Από τι αποτελούνται τα φωτοβολταϊκά κύτταρα;

Σκέφτεστε να αποκτήσετε φωτοβολταϊκά για το σπίτι σας; Αναρωτιέστε από τι είναι κατασκευασμένα τα ηλιακά πάνελ και πώς λειτουργούν; Μάθετε περισσότερα σχετικά με τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ενέργεια που μπορεί να σας βοηθήσει να εξοικονομήσετε ενέργεια κάθε χρόνο! Εδώ είναι όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε πριν εγκαταστήσετε φωτοβολταϊκά και προτού ξεκινήσετε να αναζητάτε έναν αξιόπιστο πάροχο και εγκαταστάτη φωτοβολταϊκών.

Τα φωτοβολταϊκά εκτινάσσονται σε δημοτικότητα παντού στην Ευρώπη, όχι μόνο σε εταιρείες και χώρους βιομηχανίας, αλλά και σε κατοικημένες περιοχές. Με τα φωτοβολταϊκά πάνελ, οι οικογένειες μπορούν να εξοικονομήσουν έως και εκατοντάδες ευρώ ετησίως σε ηλεκτρική ενέργεια, ενώ ταυτόχρονα κάνουν το καθήκον τους για τον πλανήτη. Ο ήλιος είναι μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, γεγονός που τον καθιστά την πιο αποτελεσματική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας για τα νοικοκυριά και τις βιομηχανίες. Και με τη βοήθεια ενός ευρύχωρου συστήματος αποθήκευσης, μιας ηλιακής μπαταρίας, αυτή η ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί σε περιόδους έντονης ηλιακής ακτινοβολίας και να χρησιμοποιηθεί σε άλλες ημέρες, όπως το χειμώνα ή το ζοφερό φθινόπωρο. Πολλές οικογένειες έχουν ήδη εγκαταστήσει τα φωτοβολταϊκά πάνελ τους στις στέγες των σπιτιών τους, ωστόσο, δεν ενδιαφέρονται πολλές για το πώς λειτουργούν τέτοια πάνελ και πώς είναι δομημένα. Ποια είναι η μαγεία που μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική; Μάθετε στο άρθρο μας σήμερα.

Όταν το ηλιακό φως προσπίπτει σε ένα φωτοβολταϊκό (PV) στοιχείο, γνωστό και ως ηλιακό στοιχείο, μπορεί είτε να αντανακλάται είτε να απορροφηθεί είτε να περάσει μέσα από το στοιχείο. Αυτές οι κυψέλες κατασκευάζονται κυρίως από ημιαγωγικά υλικά, που σημαίνει ότι μπορούν να μεταφέρουν τον ηλεκτρισμό καλύτερα από τους μονωτές αλλά όχι τόσο αποτελεσματικά όσο τα μέταλλα. Διάφορα υλικά ημιαγωγών χρησιμοποιούνται σε Φ/Β κύτταρα.

Τώρα, ποια είναι η αρχή λειτουργίας των φωτοβολταϊκών κυττάρων; Όταν το φως αλληλεπιδρά με το υλικό ημιαγωγών, απορροφά την ενέργεια και τη μεταφέρει σε αρνητικά φορτισμένα σωματίδια μέσα στο υλικό, που ονομάζονται ηλεκτρόνια. Αυτή η πρόσθετη ενέργεια επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να κινούνται μέσα στο υλικό, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Οι μεταλλικές επαφές στη φωτοβολταϊκή κυψέλη, διατεταγμένες σε σχήμα πλέγματος, εξάγουν αυτό το ρεύμα, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία κατοικιών και να συμβάλει στο ηλεκτρικό δίκτυο.

Η απόδοση μιας φωτοβολταϊκής κυψέλης είναι ουσιαστικά η ηλεκτρική ισχύς που παράγεται από την κυψέλη σε σύγκριση με την ενέργεια από το προσπίπτον φως. Αυτή η μέτρηση υποδεικνύει την αποτελεσματικότητα του κυττάρου στη μετατροπή της ενέργειας από τη μια μορφή στην άλλη. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τις φωτοβολταϊκές κυψέλες επηρεάζεται από παράγοντες όπως η ένταση και τα μήκη κύματος του διαθέσιμου φωτός, καθώς και από διάφορα χαρακτηριστικά απόδοσης της κυψέλης.

Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό των ΦΒ ημιαγωγών είναι το διάκενο ζώνης, το οποίο καθορίζει τα μήκη κύματος του φωτός που μπορεί να απορροφήσει το υλικό και να μετατρέψει σε ηλεκτρική ενέργεια. Το διάκενο ζώνης είναι η απόσταση μεταξύ της ζώνης σθένους των ηλεκτρονίων και της ζώνης αγωγιμότητας. Αντιπροσωπεύει την ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να διεγείρει ένα ηλεκτρόνιο μέχρι μια κατάσταση στη ζώνη αγωγιμότητας όπου μπορεί να συμμετέχει στην αγωγιμότητα. Όταν το διάκενο ζώνης του ημιαγωγού ταιριάζει με τα μήκη κύματος του προσπίπτοντος φωτός, το ηλιακό στοιχείο μπορεί να χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά όλη τη διαθέσιμη ενέργεια.

Από τώρα που ξέρετε πώς λειτουργούν τα ηλιακά κύτταρα, είναι καιρός να διερευνήσετε το υλικό που μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλιακή ενέργεια. Αρκετοί τύποι ηλιακών κυψελών χρειάζονται διαφορετικό τύπο υλικού ηλιακών κυψελών. Τώρα, ας εμβαθύνουμε στη λίστα των πιο χρησιμοποιούμενων φωτοβολταϊκών υλικών για Φ/Β κύτταρα:

Οι ηλιακές κυψέλες λεπτής μεμβράνης κατασκευάζονται με την εναπόθεση ενός ή περισσότερων λεπτών στρωμάτων φωτοβολταϊκού υλικού σε ένα υποστηρικτικό υπόστρωμα όπως γυαλί, πλαστικό ή μέταλλο. Δύο κύριοι τύποι φωτοβολταϊκών ημιαγωγών λεπτής μεμβράνης κυριαρχούν στην αγορά: το τελλουρίδιο του καδμίου (CdTe) και το δισελενίδιο του γαλλίου ινδίου χαλκού (CIGS). Ενώ τα κύτταρα CdTe προσφέρουν οικονομικές διαδικασίες παραγωγής, η απόδοσή τους εξακολουθεί να υστερεί σε σχέση με το πυρίτιο. Οι κυψέλες CIGS διαθέτουν πολλά υποσχόμενες ιδιότητες για εφαρμογές φωτοβολταϊκών, αλλά αντιμετωπίζουν πολυπλοκότητες κατασκευής. Και τα δύο υλικά απαιτούν ενισχυμένη προστασία σε σύγκριση με το πυρίτιο για παρατεταμένη λειτουργία σε εξωτερικούς χώρους.

Το πυρίτιο αποτελεί το πιο διαδεδομένο υλικό ημιαγωγών που χρησιμοποιείται σε ηλιακά κύτταρα, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 95% των μονάδων που πωλούνται σήμερα. Είναι επίσης το δεύτερο πιο άφθονο υλικό στη Γη, μετά το οξυγόνο, και χρησιμοποιείται ευρέως σε τσιπ υπολογιστών. Οι κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου αποτελούνται από άτομα πυριτίου που συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα κρυσταλλικό πλέγμα, παρέχοντας μια οργανωμένη δομή που ενισχύει τη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτά τα ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο προσφέρουν ένα μείγμα υψηλής απόδοσης, χαμηλού κόστους και μεγάλης διάρκειας ζωής, που συχνά διαρκεί για 25 χρόνια ή περισσότερο, ενώ διατηρούν πάνω από το 80% της αρχικής ισχύος εξόδου τους.

Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη, ένας υποτύπος κυψελών λεπτής μεμβράνης, προέρχονται από το όνομά τους από τη χαρακτηριστική κρυσταλλική δομή τους. Αυτά τα κύτταρα ενσωματώνουν στρώματα υλικών που εναποτίθενται σε ένα υπόστρωμα. Οι κυψέλες περοβσκίτη συναρμολογούνται σχετικά εύκολα και παρουσιάζουν αποτελεσματικότητες συγκρίσιμες με το κρυσταλλικό πυρίτιο. Οι αποδόσεις έχουν βελτιωθεί γρήγορα στο εργαστήριο, αλλά η εμπορική βιωσιμότητα εξαρτάται από την ενίσχυση της ανθεκτικότητας για εκτεταμένη χρήση σε εξωτερικούς χώρους και την ανάπτυξη οικονομικών τεχνικών κατασκευής.

Οι ηλιακές κυψέλες κβαντικής κουκκίδας αξιοποιούν μικροσκοπικά σωματίδια ημιαγωγών, μεγέθους νανόμετρων, για να μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Ενώ προσφέρουν νέες μεθόδους επεξεργασίας ημιαγωγών, εξακολουθούν να υπάρχουν προκλήσεις όσον αφορά τη δημιουργία αποτελεσματικών ηλεκτρικών συνδέσεων. Οι κβαντικές κουκκίδες διατίθενται σε διάφορα μεγέθη με προσαρμόσιμα bandgaps, επιτρέποντας τη βελτιστοποίηση της συλλογής φωτός και την ενσωμάτωση με άλλους ημιαγωγούς για βελτιωμένη απόδοση, όπως οι περοβσκίτες.

Τα οργανικά φωτοβολταϊκά κύτταρα (OPV) περιλαμβάνουν ενώσεις πλούσιες σε άνθρακα και προσφέρουν δυνατότητα προσαρμογής για συγκεκριμένες λειτουργίες Φ/Β κυψελών. Παρά το γεγονός ότι είναι περίπου το ήμισυ τόσο αποδοτικά από τα κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου με μικρότερη διάρκεια ζωής, τα κύτταρα OPV προσφέρουν ευκαιρίες για οικονομική μαζική παραγωγή. Η προσαρμοστικότητά τους σε διάφορα υποστηρικτικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων των εύκαμπτων πλαστικών, διευρύνει τις πιθανές εφαρμογές τους.

Φ/Β συγκέντρωσης (CPV) συγκεντρώνει το ηλιακό φως σε μια ηλιακή κυψέλη χρησιμοποιώντας καθρέφτες ή φακούς, απαιτώντας λιγότερο φωτοβολταϊκό υλικό. Αυτή η συγκέντρωση ενισχύει την απόδοση του φωτοβολταϊκού υλικού, αλλά απαιτεί ακριβότερα υλικά και ακριβή παρακολούθηση του ήλιου, θέτοντας προκλήσεις για την επίτευξη πλεονεκτημάτων κόστους έναντι των παραδοσιακών μονάδων πυριτίου.

Τα ηλιακά κύτταρα πολλαπλών συνδέσεων χρησιμοποιούν πολλαπλά στρώματα ημιαγωγών με διαφορετικά διάκενα ζώνης για να συλλάβουν ένα ευρύτερο ηλιακό φάσμα, επιτυγχάνοντας υψηλότερη απόδοση σε σύγκριση με τα κύτταρα μονής διασταύρωσης. Ενώ οι κυψέλες πολλαπλών συνδέσεων έχουν επιδείξει απόδοση που υπερβαίνει το 45%, η παραγωγή τους παραμένει δαπανηρή και πολύπλοκη, κυρίως προορίζεται για εξειδικευμένες εφαρμογές όπως η εξερεύνηση του διαστήματος και τα στρατιωτικά drones.

Σε αυτό το άρθρο γνωρίσατε όλους τους διαφορετικούς τύπους υλικών ηλιακών κυψελών. Αν και οι πληροφορίες μπορεί να φαίνονται πιο τεχνικές και δύσκολες στην επεξεργασία, δεν υπάρχει λόγος να αισθάνεστε υπερβολικοί. Ο εγκαταστάτης που επιλέξατε έχει όλες τις πληροφορίες που χρειάζεστε για να αρχίσετε να χρησιμοποιείτε αποτελεσματικά τα φωτοβολταϊκά πάνελ σας και να εξοικονομείτε ενέργεια και τον πλανήτη. Εάν χρειάζεστε επιπλέον πληροφορίες σχετικά με τα φωτοβολταϊκά, μη διστάσετε να ρίξετε μια ματιά σε άλλα άρθρα μας ή contact με τον αξιόπιστο εγκαταστάτη σας.