Ηλιακή Ενέργεια και Φωτοβολταϊκό Κύτταρο

Η ηλιακή ενέργεια είναι το φωτεινό φως που παράγεται από τον Ήλιο και μπορεί να συλληφθεί χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνολογιών, συγκεκριμένα ηλιακή ενέργεια για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας, ηλιακή θερμική ενέργεια, όπως ηλιακή θέρμανση νερού και ηλιακή αρχιτεκτονική. Ένα ηλιακό στοιχείο, γνωστό και ως φωτοβολταϊκό στοιχείο, είναι πράγματι μια ηλεκτρική μηχανή που επιτρέπει στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο, ένα φυσικό και χημικό φαινόμενο, να μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ηλιακή ενέργεια

Η συνολική ποσότητα ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει στη Γη υπερβαίνει κατά πολύ τις τρέχουσες και τις προβλεπόμενες ενεργειακές ανάγκες της χώρας..

Η ατμόσφαιρα και τα σύννεφα της Γης συλλαμβάνουν ή διασκορπίζουν έως και το 54 τοις εκατό του προσπίπτοντος φωτός, με αποτέλεσμα μια σχετικά μικρή πρόσθετη απώλεια. Σχεδόν το ήμισυ του ηλιακού φωτός που προέρχεται από το έδαφος είναι ορατό φως, με το υπόλοιπο 45 τοις εκατό να αποτελείται από υπέρυθρη ακτινοβολία και μικρές ποσότητες υπεριώδους και άλλων ειδών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Όταν ο ήλιος λάμπει στον ημιαγωγό σε μια φωτοβολταϊκή κυψέλη, ελευθερώνονται ηλεκτρόνια και οι ράβδοι διαύλου συγκεντρώνουν τα απελευθερωμένα ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα ηλεκτρικό ρεύμα. Όταν βάζουμε ηλιακούς συλλέκτες στο φως του ήλιου με δομημένο τρόπο, αρχίζουν να παράγουν ρεύμα και τάση με τη μορφή συνεχούς ρεύματος (DC). Ωστόσο, τα περισσότερα gadget και τεχνολογία στον κόσμο λειτουργούν με εναλλακτικό ρεύμα (AC), επομένως πρέπει να συνδέσουμε όλα τα ηλιακά πάνελ σε έναν μετατροπέα, ο οποίος μετατρέπει το DC σε AC για οικιακή χρήση.

Φωτοβολταϊκό στοιχείο

Ένα ηλιακό στοιχείο, γνωστό και ως φωτοβολταϊκό στοιχείο, είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιεί το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, ένα φυσικό και χημικό φαινόμενο, για να μετατρέψει την φωτεινή ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρική. Είναι ένας τύπος φωτοηλεκτρικού στοιχείου, που περιγράφεται ως μια συσκευή με ηλεκτρικές παραμέτρους που αλλάζουν όταν φωτίζεται, όπως ρεύμα, τάση ή αντίσταση. Ένα τυπικό ηλιακό στοιχείο πυριτίου μονής διασταύρωσης έχει μέγιστη τάση ανοιχτού κυκλώματος από 0,5 έως 0,6 βολτ.

Ανεξάρτητα από το εάν η δέσμη φωτός είναι ηλιακό ή τεχνητό φως, τα ηλιακά κύτταρα ταξινομούνται ως φωτοβολταϊκά. Μπορούν πράγματι να χρησιμοποιηθούν ως φωτοδίοδος (π.χ. ανιχνευτές υπέρυθρων), αναγνωρίζοντας το φως ή άλλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κοντά στο οπτικό εύρος ή για την αξιολόγηση της ποσότητας φωτός εκτός από τη δημιουργία ενέργειας.

Ένα φωτοβολταϊκό (PV) στοιχείο πρέπει να έχει τρία βασικά χαρακτηριστικά για να λειτουργεί:

• Η λήψη φωτός που έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ζευγών ηλεκτρονίων-οπών .

• Οι φορείς τελών αντίθετων ειδών διαχωρίζονται.

• Εξάγονται διακριτοί φορείς και αποστέλλονται σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Φωτοβολταϊκό  Ηλιακό  στοιχείο

Όταν το φως προσπίπτει σε ένα φωτοβολταϊκό (PV) στοιχείο, γνωστό και ως ηλιακό στοιχείο, μπορεί να αντικατοπτριστεί, να καταναλωθεί ή να περάσει απευθείας από αυτό. Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι κατασκευασμένο από ημιαγωγό υλικό, το οποίο άγει το ηλεκτρισμό αποτελεσματικά από έναν μονωτήρα, αλλά όχι αρκετά και επίσης είναι καλός αγωγός όπως το μέταλλο.

Όταν ένας ημιαγωγός εκτίθεται στο φως, απορροφά την ενέργεια και τη μετατρέπει σε ηλεκτρόνια, τα οποία είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια στο υλικό. Ένα ηλιακό στοιχείο είναι το πιο βασικό συστατικό ενός ηλιακού πάνελ, το οποίο μετατρέπει το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι επαγγελματικά κατασκευασμένες ηλιακές κυψέλες έχουν ένα στρώμα από μη ανακλαστικό γυαλί τοποθετημένο μεταξύ μεταλλικών συνδέσεων και μιας συγκεκριμένης ημιαγωγικής ουσίας. Ο ημιαγωγός έχει σχεδιαστεί για να είναι φωτοηλεκτρικά ευαίσθητος και αντιδρά στο φως δημιουργώντας μια ροή ηλεκτρονίων. Παρά το υψηλό κόστος αυτών των υλικών, μπορείτε να κατασκευάσετε τη δική σας ηλιακή κυψέλη στο σπίτι με υλικά που είναι πολύ λιγότερο προσιτά και πιο εύκολα στην αγορά. Ένα χειροποίητο ηλιακό στοιχείο είναι ιδανικό για διαγωνισμούς επιστήμης, επιδείξεις στην τάξη, ακόμη και για την τροφοδοσία των δικών σας μικρών ηλεκτρονικών συσκευών.

Ιδιότητες   ηλιακού  στοιχείου

Οι ιδιότητες ενός ηλιακού κυττάρου είναι οι εξής:

• Η τάση ανοιχτού κυκλώματος ενός ηλιακού στοιχείου, VOC, είναι ανεξάρτητη από τη φωτεινότητα. Επίσης, όποτε το ρεύμα, I =0, παράγεται η μέγιστη τάση στα άκρα του ηλιακού στοιχείου.

• Το υψηλότερο ρεύμα που παράγεται από ένα ηλιακό στοιχείο όταν τα τελικά σημεία του ηλιακού στοιχείου είναι βραχυπρόθεσμα είναι γνωστό ως ρεύμα βραχυκυκλώματος ή ISC.

• Μέγιστη ισχύς:Αυτό μπορεί να συναχθεί από το παρακάτω γράφημα:

Αρχή  λειτουργίας της ηλιακής κυψέλης

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο είναι ένα φαινόμενο που μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική. Κάθε φορά που φωτίζονται υλικά ημιαγωγών, μερικά φωτόνια από την ακτίνα φωτός λαμβάνονται από τον κρύσταλλο, με αποτέλεσμα έναν μεγάλο αριθμό ελεύθερων ηλεκτρονίων στον κρύσταλλο. Αυτός είναι ο κύριος λόγος για την ικανότητα του φωτοβολταϊκού φαινομένου να παράγει ενέργεια. Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι το θεμελιώδες στοιχείο ενός συστήματος που χρησιμοποιεί το φωτοβολταϊκό φαινόμενο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτεινή ενέργεια. Το πυρίτιο είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό ημιαγωγών στην κατασκευή ηλιακών κυττάρων. Υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους σε ένα άτομο πυριτίου.

Έτσι, κάθε άτομο πυριτίου σε έναν στερεό κρύσταλλο μοιράζεται καθένα από τα 4 ηλεκτρόνια σθένους του με το άτομο πυριτίου δίπλα του, σχηματίζοντας ομοιοπολικές συνδέσεις μεταξύ τους. Σε αυτή τη μέθοδο, σχηματίζεται μια τετραεδρική δομή πλέγματος στον κρύσταλλο πυριτίου. Όταν μια ακτίνα φωτός φτάνει σε μια ουσία, ένα μέρος από αυτό αντανακλάται, ένα μέρος περνά μέσα στην ουσία και το υπόλοιπο καταναλώνεται από το υλικό.

Συμπέρασμα:

Αν και ο Ήλιος είναι μια εξαιρετικά ισχυρή πηγή ενέργειας και το ηλιακό φως είναι μακράν η πιο άφθονη πηγή ενέργειας που λαμβάνει η Γη, η δύναμή του στην επιφάνεια είναι σχετικά χαμηλή. Τα μεμονωμένα ηλιακά κύτταρα χρησιμοποιούνται συχνά ως ηλεκτρικά εξαρτήματα φωτοβολταϊκών πλαισίων, που αναφέρονται επίσης ως ηλιακά πάνελ