اصول تولید برق پنل های خورشیدی

خورشید بر روی اتصال PN نیمه هادی می تابد و یک جفت حفره-الکترون جدید را تشکیل می دهد. تحت عمل میدان الکتریکی پیوند PN، حفره از ناحیه P به ناحیه N و الکترون از ناحیه N به ناحیه P جریان می‌یابد. هنگامی که مدار متصل می شود، جریان تشکیل می شود. سلول های خورشیدی اثر فوتوالکتریک اینگونه کار می کنند.

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

(1) روش تبدیل نور-گرما-الکتریسیته از انرژی حرارتی تولید شده توسط تابش خورشیدی برای تولید برق استفاده می کند. به طور کلی، انرژی حرارتی جذب شده توسط کلکتور خورشیدی به بخار محیط کار تبدیل می شود و سپس توربین بخار برای تولید برق رانده می شود. فرآیند اول فرآیند تبدیل نور به گرما است. فرآیند دوم فرآیند تبدیل گرما به برق است.

(2) اثر فوتوالکتریک برای تبدیل انرژی تابش خورشیدی به طور مستقیم به انرژی الکتریکی استفاده می شود. دستگاه اصلی تبدیل فوتوالکتریک سلول خورشیدی است. سلول خورشیدی دستگاهی است که مستقیماً انرژی نور خورشید را به دلیل اثر ولتاژ نوری به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این یک دیود نوری نیمه هادی است. هنگامی که خورشید به دیود نوری می تابد، فتودیود انرژی نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و جریان تولید می کند. هنگامی که سلول های زیادی به صورت سری یا موازی به هم متصل می شوند، یک آرایه مربعی از سلول های خورشیدی با توان خروجی نسبتاً زیاد می تواند تشکیل شود.

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

برای مدت طولانی، فناوری تولید مواد پلی سیلیکونی توسط 10 کارخانه از 7 شرکت در 3 کشور مانند ایالات متحده، ژاپن و آلمان کنترل می شود و محاصره فناوری و انحصار بازار را تشکیل می دهد.

تقاضای پلی سیلیکون عمدتاً از نیمه هادی ها و سلول های خورشیدی می آید. با توجه به نیازهای خلوص مختلف، به سطح الکترونیکی و سطح خورشیدی تقسیم می شود. در میان آنها، پلی سیلیکون درجه الکترونیکی حدود 55 درصد، پلی سیلیکون سطح خورشیدی 45 درصد است.

با توسعه سریع صنعت فتوولتائیک، تقاضا برای پلی سیلیکون در سلول های خورشیدی سریعتر از توسعه پلی سیلیکون نیمه هادی در حال رشد است و انتظار می رود که تقاضا برای پلی سیلیکون خورشیدی تا سال 2008 از پلی سیلیکون درجه الکترونیکی فراتر رود.

در سال 1994، کل تولید سلول های خورشیدی در جهان تنها 69 مگاوات بود، اما در سال 2004 به 1200 مگاوات رسید که تنها در 10 سال 17 برابر افزایش یافت. کارشناسان پیش بینی می کنند که صنعت فتوولتائیک خورشیدی از انرژی هسته ای به عنوان یکی از مهم ترین منابع انرژی اولیه در نیمه اول قرن بیست و یکم پیشی خواهد گرفت.