اصل تولید برق پنل‌های خورشیدی

خورشید بر پیوندگاه نیمه‌رسانای PN می‌تابید و یک جفت حفره-الکترون جدید تشکیل می‌داد. تحت تأثیر میدان الکتریکی پیوندگاه PN، حفره از ناحیه P به ناحیه N و الکترون از ناحیه N به ناحیه P جریان می‌یابد. وقتی مدار متصل می‌شود، جریان تشکیل می‌شود. اینگونه است که سلول‌های خورشیدی اثر فوتوالکتریک کار می‌کنند.

تولید برق خورشیدی دو نوع تولید برق خورشیدی وجود دارد، یکی حالت تبدیل نور-گرما-الکتریسیته و دیگری حالت تبدیل مستقیم نور-الکتریسیته.

(1) روش تبدیل نور-گرما-الکتریسیته از انرژی حرارتی تولید شده توسط تابش خورشیدی برای تولید برق استفاده می‌کند. به طور کلی، انرژی حرارتی جذب شده توسط کلکتور خورشیدی به بخار محیط کار تبدیل می‌شود و سپس توربین بخار برای تولید برق به حرکت در می‌آید. فرآیند اول، فرآیند تبدیل نور-گرما است؛ فرآیند دوم، فرآیند تبدیل گرما-الکتریسیته است.

(2) اثر فوتوالکتریک برای تبدیل مستقیم انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. دستگاه اصلی تبدیل فوتوالکتریک، سلول خورشیدی است. سلول خورشیدی دستگاهی است که به دلیل اثر ولت تولید نور، انرژی نور خورشید را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. این یک فوتودیود نیمه‌هادی است. هنگامی که خورشید به فوتودیود می‌تابد، فوتودیود انرژی نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و جریان تولید می‌کند. هنگامی که بسیاری از سلول‌ها به صورت سری یا موازی به هم متصل می‌شوند، می‌توان یک آرایه مربعی از سلول‌های خورشیدی با توان خروجی نسبتاً بزرگ تشکیل داد.

در حال حاضر، سیلیکون کریستالی (شامل پلی سیلیکون و سیلیکون تک کریستالی) مهمترین ماده فتوولتائیک است، سهم بازار آن بیش از 90٪ است و در آینده برای مدت طولانی همچنان مواد اصلی سلول‌های خورشیدی خواهد بود.

برای مدت طولانی، فناوری تولید مواد پلی‌سیلیکون THE توسط ۱۰ کارخانه از ۷ شرکت در ۳ کشور، مانند ایالات متحده، ژاپن و آلمان، کنترل می‌شد و یک محاصره فناوری و انحصار بازار را تشکیل می‌داد.

تقاضای پلی‌سیلیکون عمدتاً از نیمه‌رساناها و سلول‌های خورشیدی ناشی می‌شود. بر اساس الزامات خلوص مختلف، به دو دسته سطح الکترونیکی و سطح خورشیدی تقسیم می‌شود. در میان آنها، پلی‌سیلیکون با درجه الکترونیکی حدود ۵۵٪ و پلی‌سیلیکون با درجه خورشیدی ۴۵٪ را تشکیل می‌دهد.

با توسعه سریع صنعت فتوولتائیک، تقاضا برای پلی‌سیلیکون در سلول‌های خورشیدی سریع‌تر از توسعه پلی‌سیلیکون نیمه‌هادی در حال رشد است و انتظار می‌رود که تقاضا برای پلی‌سیلیکون خورشیدی تا سال ۲۰۰۸ از پلی‌سیلیکون درجه الکترونیکی فراتر رود.

در سال ۱۹۹۴، کل تولید سلول‌های خورشیدی در جهان تنها ۶۹ مگاوات بود، اما در سال ۲۰۰۴ نزدیک به ۱۲۰۰ مگاوات بود، یعنی افزایشی ۱۷ برابری تنها در ۱۰ سال. کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که صنعت فتوولتائیک خورشیدی در نیمه اول قرن بیست و یکم، از انرژی هسته‌ای به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی پایه پیشی خواهد گرفت.