Kuidas päikesepaneelid töötavad?

Kuidas päikesepaneelid töötavad?

Päikesepaneelid kasutavad päikeseenergiat kasutatava elektrienergia tootmiseks. Kõrgel tasemel neelavad päikesepatareid sissetulevat päikesevalgust, et genereerida elektrivoolu läbi nn fotogalvaanilise efekti. See elektrivool püütakse kinni plaatide ja juhtmetega ning muudetakse kasutatavaks energiavooluks, mis saadetakse teie koju ja seadmetesse. Selles artiklis kirjeldame täpselt, kuidas päikesepaneelid teie kodu jaoks taastuvenergiat toodavad.

Päikesepaneelid ja fotogalvaaniline efekt

Lühidalt võib öelda, et päikesepaneel toodab elektrit, kui päikesevalguse osakesed ehk footonid vabastavad elektronid aatomitest, pannes need liikuma. See elektronide voog on elekter ja päikesepaneelid on loodud selle voolu püüdmiseks, muutes selle kasutatavaks elektrivooluks. Seda protsessi nimetatakse fotogalvaaniliseks efektiks ja see on põhiline keemiline ja füüsikaline protsess enamiku päikeseenergia tehnoloogiate taga.

Fotogalvaaniline efekt – kuidas see toimib?

Päikesepaneelidega elektri tootmise teadus taandub fotogalvaanilisele efektile. Esmakordselt avastas 1839. aastal Edmond Becquerel, et fotogalvaanilist efekti võib üldiselt pidada teatud materjalide (tuntud kui pooljuhid) omaduseks, mis võimaldab neil päikesevalguse käes elektrivoolu tekitada.

Fotogalvaaniline efekt toimib järgmiste lihtsustatud sammude kaudu:

  1. päikesevalgus tabab päikesepatareid, andes paneelides olevatele elektronidele energiat ja pannes need liikuma;
  2. elektronid voolavad paneelikihtide vahelisest ühendusest välja, tekitades elektrivoolu;
  3. metallplaadid ja juhtmed püüavad kinni elektronide voolu ja toodavad elektrit.

Päikeseelektri tootmise protsess algab päikesepatareidest, üksikutest osadest, mis moodustavad suurema päikesepaneeli. Päikesepatareid valmistatakse tavaliselt ränielemendist. Räni on mittemetallist pooljuht, mis suudab neelata ja muuta päikesevalgust elektriks – me kasutame räni ka peaaegu kõigis planeedi arvutites. Päikesepatareides kasutatakse tavaliselt mõnda erinevat tüüpi pooljuhte ja räni on ülekaalukalt kõige levinum, mida kasutatakse 95% tänapäeval toodetavatest päikesepatareidest. Kaadmium-telluriid ja vask-indium-galliumdiseleniid on kaks peamist pooljuhtmaterjali, mida kasutatakse õhukese kilega päikesepaneelide tootmisel.

Fotogalvaanilistes elementides kasutatakse kahte ränikihti ja igaüks neist on spetsiaalselt töödeldud ehk “leegitud”, et tekitada kihtide ristmikul elektriväli. See elektriväli sunnib lahtised elektronid voolama läbi päikesepatarei ja räniühendusest välja, tekitades elektrivoolu. Fosforit ja boori kasutatakse tavaliselt positiivsete ja negatiivsete dopinguainetena, et luua fotogalvaanilise elemendi positiivseid ja negatiivseid pooli.

Iga päikesepatarei külgedel asuvad metallplaadid koguvad kokku elektrivälja poolt välja surutud elektronid ja kannavad need ühendusjuhtmetesse. Sel hetkel voolavad elektronid elektrina läbi juhtmestiku päikeseenergia inverterisse ja seejärel läbi kogu teie kodu.

Kuidas päikesepaneelid elektrit toodavad? Samm-sammult selgitus

Elektrivoolu genereerimine on päikesepaneeli töö esimene samm, kuid protsess ei lõpe sellega. Järgnevalt selgitame, kuidas päikesepaneelid loovad hoone jaoks kasutatava elektrisüsteemi:

  1. Fotogalvaanilised elemendid neelavad päikeseenergiat ja muudavad selle alalisvooluks
    Nagu ülalpool selgitatud, teevad iga päikesepaneeli moodustavad päikesepatareid elektrienergia tootmisel suurema töö ära. Fotogalvaanilise efekti kaudu toodavad päikesepaneelid elektrivoolu.
  2. Päikeseenergia inverterid muudavad päikesemoodulitest tuleva alalisvoolu vahelduvvooluks, mida kasutab enamik kodumasinaid.
    Alalisvoolutoide muundatakse vahelduvvooluks, kui see läbib päikeseenergia inverterit (või inverterit, kui kasutusel on mikroinverteri süsteem). Inverterid võivad olla varustatud ka trafodega, mis reguleerivad alalis- ja vahelduvvoolu pinget.
  3. Elekter voolab läbi hoone, andes toite elektroonikaseadmetele
    Päikeseenergia inverterid edastavad muundatud vahelduvvooluenergia hoone elektripaneelile. Sealt jaotatakse elekter läbi maja kõikidesse pistikupesadesse, nii et kui seadmed on tarvis ühendada, on saadaval kasutatav elektrivool.
  4. Päikesepaneelide poolt toodetud üleliigne elekter suunatakse elektrivõrku
    Kui teil on võrguga seotud päikeseenergiasüsteem, võib elekter voolata nii elektrivõrku kui ka võrgust ning teie paneelide toodetud liigne energia võib teile raha teenida. Netoarvestusena tuntud süsteemi kaudu saate elektrivõrgust krediiti, kui saadate elektri võrku tagasi, mis muudab teie elektrienergia kogumaksumuse veelgi odavamaks.