การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์: การสำรวจความลึก

การผลิตพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์โดยใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่ส่วนต่อประสานเซมิคอนดักเตอร์ แปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง เทคโนโลยีนี้ประกอบด้วยองค์ประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน ได้แก่ แผงโซลาร์เซลล์ (โมดูล) ตัวควบคุม และอินเวอร์เตอร์ ส่วนประกอบเหล่านี้ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ รวมตัวกันเป็นระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบบูรณาการ

ด้วยข้อได้เปรียบที่โดดเด่น พลังงานแสงอาทิตย์จึงกลายเป็นจุดสนใจ การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่อุดมสมบูรณ์ได้กลายมาเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญ ซึ่งรวบรวมคุณลักษณะต่างๆ เช่น ความพร้อมใช้งานที่ไร้ขอบเขต คุณลักษณะที่ปราศจากมลภาวะ ความสามารถในการจ่ายได้ และการเข้าถึงที่ไม่จำกัด การไหลเข้าของพลังงานแสงอาทิตย์ระดับพื้นดินสามารถเข้าถึงระดับที่น่าทึ่งถึง 800 MWhm ต่อวินาที คุณลักษณะอันน่าหลงใหลของพลังงานแสงอาทิตย์ได้ขับเคลื่อนวิถีการเติบโตมานับตั้งแต่ทศวรรษ 1980

หลักการพื้นฐาน

หัวใจสำคัญของการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อยู่ที่ผลของโฟโตอิเล็กทริกภายในเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อมีการฉายรังสีด้วยโฟตอน เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้จะดูดซับพลังงานและปลดปล่อยอิเล็กตรอน เมื่อพลังงานที่ปลดปล่อยออกมานี้เอาชนะแรงยึดเหนี่ยวภายในอะตอม มันจะก่อตัวเป็นกระแสไฟฟ้า ซิลิคอนซึ่งมีอิเล็กตรอนด้านนอก 4 ตัว จะเปลี่ยนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N เมื่อมีการรวมอิเล็กตรอนด้านนอก 5 ตัวจากธาตุ เช่น ฟอสฟอรัส ในทางกลับกัน โบรอนจะได้สารกึ่งตัวนำชนิด P จุดเชื่อมต่อระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และชนิด N ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าและทำให้เกิดเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อแสงแดดตกกระทบทางแยก PN กระแสจะไหลจากประเภท P ไปยังด้านประเภท N

ผลกระทบจากโฟโตอิเล็กตริกซึ่งเป็นปรากฏการณ์สำคัญในฟิสิกส์ เกิดขึ้นเมื่อสสารบางชนิดดูดซับพลังงานจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สูงกว่าความถี่ที่กำหนด ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า—กระแสไฟฟ้าเชิงแสง

การผลิตโพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอนจะสิ้นสุดลงในแท่งโลหะ ชิ้น และเวเฟอร์ซิลิคอน ซึ่งจากนั้นจึงนำไปแปรรูป การแนะนำโบรอนและฟอสฟอรัสในปริมาณเล็กน้อยลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนทำให้เกิดจุดเชื่อมต่อ PN การพิมพ์ตาข่ายไหมในเวลาต่อมา การใช้ซิลเวอร์เพสต์ที่เข้ากันอย่างประณีต การเผาผนึก การใช้อิเล็กโทรดด้านหลัง และการสะสมการเคลือบสารป้องกันแสงสะท้อน ทำให้การประกอบเซลล์แสงอาทิตย์เสร็จสมบูรณ์ เซลล์เหล่านี้จะรวมกันเป็นโมดูล ห่อหุ้มด้วยโครงอลูมิเนียมโดยมีกระจกปิดด้านหน้า และติดตั้งอิเล็กโทรดด้านหลัง เมื่อใช้ร่วมกับอุปกรณ์เสริม ก็จะก่อให้เกิดระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ การแปลง DC เป็น AC จำเป็นต้องใช้อินเวอร์เตอร์ ซึ่งช่วยให้สามารถจ่ายพลังงานเข้าสู่โครงข่ายสาธารณะหรือที่จัดเก็บแบตเตอรี่ได้ โดยทั่วไปส่วนประกอบแบตเตอรี่คิดเป็น 50% ของต้นทุนระบบ ส่วนที่เหลือประกอบด้วยตัวแปลง ค่าติดตั้ง ส่วนประกอบเสริม และค่าใช้จ่ายอื่นๆ

ข้อดีข้อเสีย

ข้อดี

ท่ามกลางแหล่งพลังงานทั่วไปที่มีอยู่อย่างจำกัดทั่วโลก พลังงานแสงอาทิตย์ก็กลายเป็นสัญญาณ ปริมาณสำรองเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีจำกัดของจีนนั้นซีดเซียวเมื่อเปรียบเทียบกับค่าเฉลี่ยทั่วโลก โดยอยู่ที่เพียง 10% พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นทรัพยากรที่สามารถทดแทนได้ ปลอดภัย ปราศจากเสียงรบกวน และปราศจากมลภาวะ ไม่ถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์ การใช้งานครอบคลุมหลังคา ภูมิภาคที่มีภูมิประเทศที่ซับซ้อน และอื่นๆ พลังงานแสงอาทิตย์ขจัดความจำเป็นในการใช้เชื้อเพลิงและการผลิตไฟฟ้าในไซต์งาน ซึ่งสอดคล้องกับกลยุทธ์ด้านพลังงานในระยะยาว

เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตพลังงานความร้อนแบบดั้งเดิม การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีข้อดีหลายประการ:

1：ไม่มีอันตรายโดยธรรมชาติ

2：ปลอดภัยและเชื่อถือได้อย่างยิ่ง ปราศจากเสียงรบกวนและมลภาวะ

3：ไม่ยอมรับข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์ เหมาะสำหรับสถานที่ที่หลากหลาย

4：ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง ไม่จำเป็นต้องผลิตไฟฟ้าที่ไซต์งาน

5：ให้พลังงานคุณภาพสูง

6： ได้รับการยอมรับทางอารมณ์จากผู้ใช้

7：วงจรการก่อสร้างที่รวดเร็วและการผลิตพลังงานที่คุ้มค่า

ข้อเสีย

อย่างไรก็ตาม การผลิตแผงโซลาร์เซลล์อาจต้องใช้พลังงานสูงและเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม การผลิตแผงโซลาร์เซลล์ในปัจจุบัน แม้จะเป็นประโยชน์ต่อโลก แต่ก็สามารถสร้างมลภาวะภายนอกและปนเปื้อนภายในประเทศได้ การสร้างแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 1 ม. x 1.5 ม. จำเป็นต้องเผาถ่านหินมากกว่า 40 กิโลกรัม ในขณะที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนของจีนที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 130 กิโลวัตต์ชั่วโมงด้วยปริมาณถ่านหินเท่ากัน นอกจากนี้ ความท้าทายยังรวมถึง:

1: ความหนาแน่นของพลังงานต่ำซึ่งต้องใช้ที่ดินอย่างกว้างขวาง

2: การผลิตพลังงานผันแปรตามสภาพทางอุตุนิยมวิทยา

3: ต้นทุนการผลิตที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับพลังงานความร้อน

4: กระบวนการผลิตที่ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์

การจำแนกประเภทของระบบ

การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบสแตนด์อโลน

การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบสแตนด์อโลนหรือที่เรียกว่าการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์นอกโครงข่ายประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ ตัวควบคุม และแบตเตอรี่ ในกรณีที่ต้องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ อินเวอร์เตอร์ถือเป็นสิ่งสำคัญ โดยรองรับการใช้งานต่างๆ เช่น การจ่ายไฟในหมู่บ้านในพื้นที่ห่างไกล ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในครัวเรือน การจ่ายไฟสัญญาณการสื่อสาร การป้องกันแคโทด และไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์

การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่เชื่อมต่อกับกริด

การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายจะแปลงไฟฟ้ากระแสตรงจากแผงโซลาร์เซลล์เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่ตรงตามมาตรฐานโครงข่ายไฟฟ้าของเทศบาลผ่านอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่าย การจำแนกประเภทนี้รวมถึงระบบที่มีและไม่มีที่เก็บแบตเตอรี่

ระบบเชื่อมต่อโครงข่ายพร้อมแบตเตอรี่มีคุณสมบัติที่ปรับเปลี่ยนได้ และสามารถเชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อจากโครงข่ายไฟฟ้าได้ตามต้องการ สามารถใช้เป็นเครื่องสำรองฉุกเฉินในระหว่างไฟฟ้าดับได้ ระบบดังกล่าวมักติดตั้งในอาคารที่พักอาศัย ในทางกลับกัน ระบบที่เชื่อมต่อกับกริดที่ไม่มีแบตเตอรี่จะให้ฟังก์ชันการกำหนดเวลาพลังงานและการสำรองข้อมูล และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่

การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบกระจาย

การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบกระจายต้องใช้ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กที่หรือใกล้ไซต์งานของผู้ใช้ เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานเฉพาะหรือสนับสนุนโครงข่ายไฟฟ้าที่มีอยู่ ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ขายึด กล่องรวมสัญญาณ DC อินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่าย และตู้จ่ายไฟ AC ระบบนี้ทำงานภายใต้การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ โดยแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง และปรับสมดุลพลังงานโดยเชื่อมต่อกับโครงข่าย