Sistem Fotovoltaik Suria
Contents in this article

Bagaimana Sistem Fotovoltaik Suria berfungsi?

Magnitud besar tenaga haba Matahari menjadikannya sumber tenaga yang sangat menarik. Tenaga ini boleh ditukar terus kepada elektrik arus terus dan tenaga haba. Tenaga suria adalah sumber tenaga boleh diperbaharui yang bersih, banyak dan tidak habis-habis yang terdapat di bumi. Panel solar atau sistem solar photovoltaic menggunakan panel (panel SPV) disusun di atas bumbung atau di ladang suria sedemikian rupa sehingga sinaran suria jatuh pada panel fotovolta suria untuk memudahkan tindak balas yang menukar sinaran cahaya matahari kepada elektrik.

Tenaga suria boleh digunakan untuk menggerakkan satu bangunan atau ia boleh digunakan pada skala perindustrian. Apabila ia digunakan pada skala kecil, elektrik tambahan boleh disimpan dalam bateri atau dimasukkan ke dalam grid elektrik. Tenaga suria tidak terhad dan satu-satunya had adalah keupayaan kita untuk menukarnya kepada elektrik dengan cara yang menguntungkan. Kalkulator kuasa panel fotovoltaik suria kecil, mainan dan kotak panggilan telefon.

Definisi sistem fotovoltaik solar

Sistem fotovoltaik suria menukar tenaga suria kepada tenaga elektrik sama seperti bateri menukar tenaga kimia kepada tenaga elektrik atau enjin kereta menukar tenaga kimia kepada tenaga mekanikal atau motor elektrik (dalam kenderaan elektrik , EV) menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal. Sel SPV menukarkan tenaga suria kepada tenaga elektrik. Sel suria tidak menghasilkan elektrik dengan menggunakan haba matahari, tetapi sinaran cahaya kejadian berinteraksi dengan bahan semikonduktor untuk menghasilkan elektrik.

Elektrik boleh ditakrifkan sebagai aliran elektron. Bagaimanakah sistem fotovoltaik solar mencipta aliran ini? Secara amnya, tenaga perlu dibekalkan untuk memindahkan elektron dari nukleus atom. Elektron valensi (iaitu, yang berada dalam kulit luar atom) mempunyai tahap tenaga tertinggi bagi elektron yang masih terikat pada atom induknya, (kerana ia jauh dari nukleus, berbanding elektron dalam kulit dalam. ). Tenaga tambahan diperlukan untuk mengeluarkan sepenuhnya elektron daripada atom, jadi, elektron bebas mempunyai tahap tenaga yang lebih tinggi daripada elektron valens.

Fig1. Energy band diagram

Rajah di atas menggambarkan rajah jalur tenaga, yang menunjukkan dua aras tenaga, jalur valens dan jalur konduksi. Elektron valensi terletak dalam jalur valensi dan elektron bebas dalam jalur konduksi yang lebih tinggi. Dalam semikonduktor, terdapat jurang antara jalur valens dan konduksi. Jadi tenaga mesti dibekalkan untuk elektron valens pergi ke jalur pengaliran. Ini bermakna tenaga mesti dibekalkan untuk mengeluarkan elektron valens daripada atom induknya untuk menjadi elektron bebas.

Apakah sistem Solar Photovoltaic?

Apabila silikon tulen berada pada suhu 0 K (0 darjah Kelvin ialah – 273°C ), semua kedudukan dalam kulit elektron terluar diduduki, disebabkan oleh ikatan kovalen antara atom dan tiada elektron bebas. Oleh itu jalur valens sepenuhnya penuh dan jalur pengaliran kosong sepenuhnya. Walaupun elektron valens mempunyai tenaga tertinggi, mereka memerlukan tenaga paling sedikit untuk dikeluarkan daripada atom (tenaga pengionan). Ini boleh digambarkan dengan contoh atom plumbum. Di sini tenaga pengionan (atom gas) bagi penyingkiran elektron pertama ialah 716 kJ/mol dan yang diperlukan untuk elektron kedua ialah 1450 kJ/mol. Nilai setara untuk Si ialah 786 dan 1577 kJ/mol.

Setiap elektron yang bergerak ke jalur konduksi meninggalkan tapak kosong ( disebut lubang) dalam ikatan valens. Proses ini dipanggil penjanaan pasangan lubang elektron . Lubang dalam kristal silikon boleh, seperti elektron bebas, bergerak mengelilingi kristal. Cara pergerakan lubang adalah seperti berikut: Elektron daripada ikatan berhampiran lubang dengan mudah boleh melompat ke dalam lubang, meninggalkan ikatan yang tidak lengkap, iaitu, lubang baru. Ini berlaku dengan pantas dan kerap-elektron daripada ikatan berdekatan menukar kedudukan dengan lubang, menghantar lubang secara rawak dan tidak menentu ke seluruh pepejal; semakin tinggi suhu bahan, semakin gelisah elektron dan lubang dan semakin banyak ia bergerak.

Penjanaan elektron dan lubang oleh cahaya adalah proses pusat dalam kesan Fotovoltaik keseluruhan, tetapi ia tidak menghasilkan arus dengan sendirinya. Sekiranya tiada mekanisme lain yang terlibat dalam sel suria, elektron dan lubang yang dijana cahaya akan mengembara di sekitar kristal secara rawak untuk seketika dan kemudian kehilangan tenaga mereka secara terma apabila ia kembali ke kedudukan valens. Untuk mengeksploitasi elektron dan lubang untuk menghasilkan daya elektrik dan arus, mekanisme lain diperlukan – penghalang “berpotensi” terbina dalam.* Sel fotovoltaik mempunyai dua wafer nipis silikon yang diapit bersama dan dilekatkan pada wayar logam.

Semasa pembuatan jongkong, silikon dipradop sebelum dihiris dan dihantar. Doping tidak lain hanyalah menambah kekotoran ke dalam wafer silikon kristal untuk menjadikannya konduktif elektrik. Silikon mempunyai 4 elektron di kulit terluar. Bahan doping positif (jenis-p) ini selalunya Boron, yang mempunyai 3 elektron (trivalen) dipanggil pembawa positif. (Penerima) Dopan. Dopan negatif (jenis-n) ialah fosforus , yang mempunyai 5 elektron (pentavalen) dipanggil Dopan pembawa negatif (Donor).

Sel fotovoltaik mengandungi lapisan penghalang yang disediakan oleh cas elektrik yang bertentangan menghadap satu sama lain di kedua-dua belah garis pemisah. Penghalang berpotensi ini secara selektif memisahkan elektron dan lubang yang dijana cahaya, menghantar lebih banyak elektron ke satu sisi sel, dan lebih banyak lubang ke sisi yang lain. Oleh itu dipisahkan, elektron dan lubang kurang berkemungkinan untuk bercantum semula antara satu sama lain dan kehilangan tenaga elektriknya. Pemisahan cas ini menetapkan perbezaan voltan antara kedua-dua hujung sel, yang boleh digunakan untuk memacu arus elektrik dalam litar luaran.

Apabila sel fotovoltaik terdedah kepada cahaya matahari, berkas tenaga cahaya yang dikenali sebagai foton boleh mengeluarkan beberapa elektron dari lapisan P bawah dari orbitnya melalui medan elektrik yang ditetapkan di persimpangan PN dan ke dalam lapisan N. Lapisan N, dengan lebihan elektronnya, menghasilkan aliran elektron yang berlebihan, yang menghasilkan daya elektrik untuk menolak elektron tambahan. Lebihan elektron ini, seterusnya, ditolak ke dalam wayar logam kembali ke lapisan P bawah, yang telah kehilangan beberapa elektronnya. Oleh itu, arus elektrik akan terus mengalir sehingga sinaran matahari berlaku pada panel.

Sistem Fotovoltaik Suria hanya boleh menjimatkan tenaga sedikit

Sel sistem fotovoltaik solar hari ini menukar hanya kira-kira 10 hingga 14 peratus daripada tenaga pancaran kepada tenaga elektrik. Loji bahan api fosil, sebaliknya, menukar daripada 30-40 peratus tenaga kimia bahan api mereka kepada tenaga elektrik. Kecekapan penukaran sumber kuasa elektrokimia jauh lebih tinggi sehingga 90 hingga 95 %.

Apakah Kecekapan Penukaran Sistem Fotovoltaik Suria?

Kecekapan peranti = Output tenaga berguna / Input tenaga

Dalam kes sistem fotovoltaik Suria kecekapan adalah kira-kira 15%, yang bermaksud bahawa jika kita mempunyai permukaan sel 1 m 2 untuk setiap 100 W/ m 2 sinaran kejadian, hanya 15 W akan dihantar ke litar.

Kecekapan sel SPV = 15 W/ m 2 / 100 W/ m 2 = 15 %.

Dalam kes bateri asid plumbum, kita boleh membezakan dua jenis kecekapan, kecekapan coulombik (atau Ah atau ampere-jam) dan kecekapan tenaga (atau Wh atau watt hour). Semasa proses pengecasan yang menukar tenaga elektrik kepada tenaga kimia, kecekapan Ah adalah kira-kira 90% dan kecekapan tenaga adalah kira-kira 75%

Prinsip kerja sistem fotovoltaik solar

Pembuatan sel sistem Solar Photovoltaic

Bahan mentah adalah kuarza kedua paling banyak didapati (pasir). Kuarza adalah mineral yang diedarkan secara meluas. Ia mempunyai banyak jenis yang terdiri terutamanya daripada silika atau silikon dioksida (SiO2) dengan pecahan kecil kekotoran seperti litium, natrium, kalium dan titanium.
Proses membuat sel suria daripada wafer silikon melibatkan tiga jenis industri
a.) Industri yang menghasilkan sel suria daripada kuarza
b.) Industri yang mengeluarkan wafer silikon daripada kuarza dan
c.) Industri yang menghasilkan sel suria daripada wafer silikon

Bagaimanakah wafer silikon dibuat dalam sistem Solar Photovoltaic?

Sebagai langkah pertama, silikon tulen dihasilkan melalui pengurangan dan penulenan silikon dioksida yang tidak tulen dalam kuarza. Proses Czochralski (Cz) : Industri PV pada masa ini menggunakan dua laluan utama untuk menukar bahan suapan polisilikon mentah kepada wafer siap: laluan monohablur menggunakan proses Czochralski (Cz) dan laluan berbilang kristal menggunakan proses pemejalan berarah (DS) . Perbezaan utama antara kedua-dua pendekatan ini ialah bagaimana polisilikon dicairkan, bagaimana ia dibentuk menjadi jongkong, saiz jongkong, dan bagaimana jongkong dibentuk menjadi batu bata untuk dihiris wafer.

  • Proses Czochralski (Cz) : Kaedah Cz menghasilkan jongkong silinder, dan ini diikuti dengan beberapa langkah menggergaji jalur dan dawai untuk menghasilkan wafer. Untuk pijar berdiameter 24-inci biasa yang dimuatkan dengan berat cas awal kira-kira 180 kg, kira-kira 35 jam diperlukan untuk mencairkan polysilicon dalam mangkuk Cz, mencelupkan kristal benih ke dalam cair, dan menarik keluar leher, bahu, badan. , dan kon hujung. Hasilnya ialah jongkong Cz berbentuk silinder dengan jisim 150–200 kg. Untuk meninggalkan logam dan bahan cemar lain, adalah perlu untuk meninggalkan 2-4 kg sisa periuk di dalam mangkuk pijar.
  • Proses pemejalan arah (DS) : Wafer DS berbilang kristal dibuat daripada jongkong yang lebih pendek tetapi lebih lebar dan berat— sekitar 800 kg—yang mempunyai bentuk kiub apabila polisilikon dilebur dalam mangkuk kuarza. Selepas polysilicon cair, proses DS diaruhkan dengan mencipta kecerunan suhu di mana permukaan bawah pijar disejukkan pada kadar tertentu. Sama seperti jongkong Cz, bahagian jongkong DS yang dihasilkan semasa pemangkasan dan petak kuasa dua boleh dicairkan semula untuk generasi jongkong kemudian. Dalam kes jongkong DS, bagaimanapun, bahagian paling atas biasanya tidak dikitar semula kerana kepekatan kekotoran yang tinggi.

Oleh kerana proses bermula dengan pijar lebur berbentuk kiub, jongkong dan wafer DS secara semula jadi berbentuk segi empat sama, menjadikannya mudah untuk mencipta sel berasaskan berbilang kristal yang boleh menduduki keseluruhan kawasan dalam modul lengkap. Kira-kira 76 jam diperlukan untuk menghasilkan jongkong silikon DS yang tipikal, yang digergaji menjadi 36 bata daripada potongan 6 x 6. Bata siap biasa mempunyai keratan rentas persegi penuh 156.75 mm x 156.75 mm (246 cm2 luas permukaan) dan ketinggian 286 mm, yang menghasilkan 1,040 wafer setiap bata apabila ketebalan wafer ialah 180 µm dan terdapat 95 µm kehilangan kerf setiap wafer. Oleh itu, 35,000–40,000 wafer dihasilkan setiap jongkong DS.

Bibliografi
1. https://sinovoltaics.com/solar-basics/solar-cell-production-from-silicon-wafer-to-cell/
2. Prinsip dan Kaedah Asas PV NTIS USA 1982 https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1060377/
3. http://www.madehow.com/Volume-1/Solar-Cell.html#:~:text=To%20make%20solar%20cells%2C%20the,carbon%20dioxide%20and%20molten%20silicon.
4. Woodhouse, Michael. Brittany Smith, Ashwin Ramdas, dan Robert Margolis. 2019. Kos Pengilangan Modul Fotovoltaik Silikon Kristal dan Harga Mampan: Penanda Aras 1H 2018 dan Pelan Hala Tuju Pengurangan Kos. Golden, CO: Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan. https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72134.pdf. ms 15 dan seterusnya

Pelbagai jenis sistem fotovoltaik suria

Memandangkan harga bahan api fosil terus meningkat dan piawaian pelepasan terus menjadi lebih ketat di seluruh dunia, permintaan untuk tenaga boleh diperbaharui seperti tenaga suria dan penjanaan angin dan penyelesaian penyimpanan tenaga akan terus meningkat.

Istilah solar merujuk kepada matahari. Bateri suria ialah yang digunakan untuk menyimpan tenaga yang ditukar daripada penyinaran suria atau tenaga cahaya kepada elektrik menggunakan sel suria (juga dipanggil sel fotovoltaik suria, atau sel PV) melalui kesan fotovoltaik. Mereka tidak melibatkan tindak balas kimia seperti dalam bateri. Sel PV terdiri daripada bahan semikonduktor, yang menggabungkan beberapa sifat logam dan beberapa sifat penebat, yang menjadikannya mampu menukar cahaya kepada elektrik.

Apabila cahaya diserap oleh semikonduktor, foton cahaya boleh memindahkan tenaga mereka kepada elektron, menghasilkan aliran elektron. Apakah arus elektrik? Ia adalah aliran elektron. Arus ini mengalir keluar dari semikonduktor ke plumbum keluaran. Plumbum ini disambungkan kepada bateri atau grid melalui beberapa litar elektronik dan penyongsang untuk mengawal dan menjana arus ulang alik.

Kaedah menggunakan kuasa sistem fotovoltaik solar

Sistem SPV bersendirian (atau Luar Grid):

Di sini kuasa solar digunakan untuk satu rumah atau unit perindustrian atau komuniti kecil. Kuasa yang dihasilkan oleh panel solar dihantar ke bateri melalui pengawal elektronik dan bateri menyimpan tenaga. DC daripada bateri diterbalikkan kepada AC; beban elektrik menarik elektrik mereka daripada bateri ini. Biasanya, sistem suria atas bumbung 1 kW memerlukan 10 persegi. meter kawasan bebas bayang-bayang. Saiz sebenar, bagaimanapun, bergantung pada faktor tempatan sinaran suria dan keadaan cuaca, kecekapan modul suria, bentuk bumbung dsb.

Rajah 2. Sistem suria luar grid yang ringkas
Rajah 2. Sistem suria luar grid yang ringkas

Sistem Photovoltaic Solar terikat grid lurus (atau sistem terikat Grid)

Dalam sistem terikat grid lurus (atau sistem terikat Grid), panel SPV akan disambungkan ke talian pengagihan kuasa awam melalui pengawal dan meter tenaga. Di sini tiada bateri digunakan. Elektrik digunakan terlebih dahulu untuk membekalkan keperluan elektrik segera rumah. Apabila keperluan tersebut dipenuhi, elektrik tambahan dihantar ke grid melalui meter tenaga. Dengan sistem kuasa solar penyambung grid apabila rumah memerlukan lebih banyak kuasa daripada apa yang dihasilkan oleh panel solar maka baki elektrik yang diperlukan dibekalkan oleh grid utiliti.

Jadi, sebagai contoh, jika beban elektrik di dalam rumah menggunakan 20 ampere arus dan kuasa suria boleh menjana hanya 12 ampere, maka 8 ampere akan diambil dari grid. Jelas sekali, pada waktu malam semua keperluan elektrik dibekalkan oleh grid kerana dengan sistem penyambung grid anda tidak menyimpan kuasa yang anda jana pada siang hari.

Satu kelemahan sistem jenis ini ialah apabila kuasa padam, begitu juga sistem. Ini adalah atas sebab keselamatan kerana penjaga garisan yang bekerja pada talian kuasa perlu tahu tiada sumber yang memberi makan kepada grid. Penyongsang yang diikat grid perlu memutuskan sambungan secara automatik apabila mereka tidak merasakan grid. Ini bermakna anda tidak boleh menyediakan kuasa semasa gangguan atau kecemasan dan anda tidak boleh menyimpan tenaga untuk kegunaan kemudian. Anda juga tidak boleh mengawal apabila anda menggunakan kuasa daripada sistem anda, seperti semasa masa permintaan puncak.

Grid interaktif atau Grid-tied (hibrid) Sistem Photovoltaic Solar

Terdapat satu lagi sistem di mana kami boleh membekalkan kepada sistem grid. Kita boleh mendapatkan wang atau mendapatkan kembali tenaga yang dibekalkan oleh kita bila-bila masa diperlukan.

Sistem Photovoltaic Solar tanpa storan bateri - Grid interaktif atau Grid-tied (hibrid)

Sistem SPV ini menjana tenaga solar dan membekalkan beban dalaman dan kepada sistem pengedaran tempatan. Komponen sistem SPV jenis ini ialah (a) Panel SPV dan (b) Penyongsang. Sistem yang disambungkan grid adalah serupa dengan sistem berkuasa elektrik biasa kecuali sebahagian atau semua tenaga elektrik berasal daripada matahari. Kelemahan sistem ini tanpa storan bateri ialah mereka tidak mempunyai bekalan kuasa semasa gangguan kuasa.

Kelebihan sistem solar Photovoltaic (hibrid) terikat grid tanpa storan bateri

Ia adalah sistem yang paling murah dengan penyelenggaraan yang boleh diabaikan
Jika sistem menghasilkan lebih banyak kuasa daripada keperluan dalaman, maka tenaga tambahan ditukar dengan grid utiliti
Sistem terus grid mempunyai kecekapan yang lebih tinggi kerana bateri tidak terlibat.
Voltan yang lebih tinggi bermakna saiz wayar yang lebih kecil.
Anggaran kos sistem suria atas bumbung bersambung grid untuk TK 2018-19 berbeza daripada Rs. 53 setiap watt – Rs. 60 setiap watt.

Gambar rajah Sistem Fotovoltaik Suria Rajah 3. Grid diikat solar tanpa bateri
Rajah 3. Grid diikat solar tanpa bateri
Fig 4. Grid tied solar with battery storage
Fig 4. Grid tied solar with battery storage

Grid interaktif atau Grid-tied (hibrid) Sistem Fotovoltaik Suria dengan storan bateri

Sistem Solar Photovoltaic jenis ini disambungkan ke grid dan boleh layak untuk insentif negeri, sambil turut menurunkan bil utiliti anda. Pada masa yang sama, jika berlaku gangguan bekalan elektrik, sistem ini mempunyai kuasa sandaran. Sistem terikat grid berasaskan bateri menyediakan kuasa semasa gangguan dan tenaga boleh disimpan untuk digunakan semasa kecemasan. Beban penting seperti lampu dan peralatan juga mempunyai kuasa sandaran apabila kuasa terputus. Seseorang juga boleh menggunakan tenaga semasa masa permintaan puncak kerana tenaga telah disimpan bank bateri untuk kegunaan kemudian.

Kelemahan utama sistem Solar Photovoltaic ini ialah kosnya lebih tinggi daripada sistem asas terikat grid dan kurang cekap. Terdapat juga komponen tambahan. Penambahan bateri juga memerlukan pengawal cas untuk melindunginya. Juga mesti ada subpanel yang mengandungi beban penting yang anda ingin sandarkan. Tidak semua beban yang digunakan oleh rumah pada grid disandarkan dengan sistem. Beban penting yang diperlukan apabila berlaku gangguan bekalan elektrik. Mereka diasingkan ke dalam sub-panel sandaran.

Please share if you liked this article!

Did you like this article? Any errors? Can you help us improve this article & add some points we missed?

Please email us at webmaster @ microtexindia. com

On Key

Hand picked articles for you!

bateri gel tiub

Apakah bateri gel tiub?

Apakah bateri gel tiub? Terdapat kelebihan tersendiri teknologi bateri asid plumbum berbanding bateri litium-ion & sistem elektrokimia lain. Keterjangkauan, kebolehpercayaan, kebolehkitar semula dan keselamatan adalah

tindak balas kimia bateri asid plumbum

Tindak balas kimia bateri asid plumbum

Tindak balas kimia bateri asid plumbum Prinsip kerja & tindak balas bateri asid plumbum Semua Bateri adalah sistem elektrokimia yang berfungsi sebagai sumber kuasa dan

Bateri EFB

Panduan untuk Bateri EFB

Apakah itu Bateri EFB? Maksud Bateri EFB Dalam usaha mengurangkan pelepasan CO2 kenderaan yang mempunyai enjin pembakaran dalaman (ICE), pengeluar semakin menggunakan apa yang kini

Sertai Surat Berita kami!

Sertai senarai mel kami yang terdiri daripada 8890 orang hebat yang mengikuti perkembangan terkini kami tentang teknologi bateri

Baca Dasar Privasi kami di sini – Kami berjanji tidak akan berkongsi e-mel anda dengan sesiapa & kami tidak akan menghantar spam kepada anda. Anda boleh berhenti melanggan pada bila-bila masa.