כיצד פועלים תאים סולאריים פוטו-וולטאיים?

תאים סולאריים פוטו-וולטאייםתא סולרי פוטו-וולטאי. תמונה: דייב וויבר Shutterstock

אנרגיה סולארית חיה זמנים טובים יותר, בכל יום מותקנים אלפי פאנלים סולאריים חדשים ברחבי העולם, המייצרים חשמל נקי וחופשי. אבל האם אתה יודע איך תאים סולריים או תאים עובדים? איך הם מסוגלים לייצר חשמל? אנו נגיד לך.

השמש היא האנרגיה הנגישה ביותר עלי אדמות, אך בכדי להמיר אותה לחשמל אנו זקוקים לאלמנט שופע מאוד, חול.

יש צורך להמיר חול לגבישים מסיליקון בטוהר של 99.999% אם אנו רוצים להשתמש בו בייצור תאים סולאריים פוטו-וולטאיים. כדי להשיג זאת, על החול לעבור תהליך טיהור מורכב בכדי להשיג סיליקון גולמי (98% טוהר).

סיליקון גולמי זה מומר לצורה מורכבת של סיליקון גזי, ואז מעורבב במימן כדי להשיג סיליקון פוליק-גבישי מטוהר. התהליך קצת יותר מסובך אם רוצים להשיג סיליקון מונוקריסטלי, יקר יותר לייצור אך גם עם ביצועים טובים יותר.

סיליקון רב-גבישי או מונוקריסטלי זה נוצר ליצירת רקיקות. ופלים אלה הם הליבה המרכזית של תאים סולאריים פוטו-וולטאיים.

במבנה זה אטומי הסיליקון קשורים זה לזה. אנו יודעים שלאלקטרונים בתוך מבנה זה אין חופש תנועה.

אם אנו מזריקים אטומי זרחן עם 5 אלקטרונים ערכיים למבנה, סימום מסוג N, כאשר אור השמש פוגע באלקטרונים, הם משיגים אנרגיית פוטון, מה שמאפשר להם לנוע בחופשיות. עם זאת, תנועה אקראית זו של האלקטרונים אינה מייצרת זרם כלשהו דרך המטען.

בכדי שהאלקטרונים ינועו ללא כיוון, יש צורך בכוח מניע. דרך פשוטה לייצר כוח מניע זה הוא מפרק PN.

כיצד מייצר צומת PN את כוח המניע?

אם נזריק בורון עם 3 אלקטרונים בעלי ערך לסיליקון טהור, יהיה חור לכל אטום. זה נקרא סימום מסוג P. אם שני סוגים של חומרים מסוממים מתלכדים, חלק מהאלקטרונים מהצד N יעבור לאזור P וימלא את החורים הזמינים. כך נוצר אזור דלדול , בו אין אלקטרונים או חורים חופשיים.

הודות לנדידת האלקטרונים, הצד N הופך טעון חיובי וצד ה- P הופך טעון שלילי, שיהווה שדה חשמלי בין המטענים. שדה חשמלי זה מייצר את כוח המניע הדרוש.

כאשר האור נופל על אזור N הוא חודר לאזור ההידלדלות, שם מייצרים אלקטרונים וחורים המופעלים לכיוון אזורי N ו- P בהתאמה הודות לשדה החשמלי. ריכוז האלקטרונים באזור N וחורים באזור P הופכים כה גדולים עד כי יופיע הבדל פוטנציאלי ביניהם.

פעולת תאים סולאריים. תמונה: סטודיו BKK Shutterstock

כעת אם נחבר מטען כלשהו בין שני האזורים הללו, האלקטרונים יתחילו לזרום דרך המטען, תוך שילוב עם החורים באזור P, ייצור חשמל.

בתאים סולאריים מסחריים, כדי להגביר את היעילות האנרגטית, שכבת ה- N היא דקה מאוד וחפופה מאוד, בעוד שהשכבה התחתונה P עבה ומסוממת בדלילות, מה שמגדיל את עובי אזור הדלדול ובכך ייצור חשמל.

חלקי פאנל סולארי. תמונה: Alejo Miranda Shutterstock

תאים סולאריים יוצרים פאנלים סולאריים על ידי חיבור מספר מסוים של שניהם בסדרות ובמקביל, באמצעות איגודי נחושת.

מומלץ

מאפיינים, יתרונות ושימושים של חומץ תפוחים
אבוקדו: איך לשתול את בורו?
מאפיינים, יתרונות ושימושים של עלי דפנה