Die wichtigsten Prinzipien und Vorteile der photovoltaischen Stromerzeugung

Die photovoltaische Stromerzeugung ist eine Technologie, die Lichtenergie mithilfe des photovoltaischen Effekts an der Halbleiterschnittstelle direkt in Elektrizität umwandelt. Es besteht hauptsächlich aus drei Teilen: Solarmodulen, Controllern und Wechselrichtern. Die Hauptkomponenten sind elektronische Komponenten. Nachdem die Solarzellen in Reihe geschaltet wurden, können sie zu großflächigen Solarzellenmodulen verpackt und geschützt werden, die dann mit Leistungsreglern und anderen Komponenten zu photovoltaischen Stromerzeugungsgeräten kombiniert werden können.

Das Hauptprinzip der photovoltaischen Stromerzeugung ist der photoelektrische Effekt von Halbleitern. Wenn Photonen ein Metall bestrahlen, kann ihre Energie vollständig von den Elektronen im Metall absorbiert werden. Die von Elektronen absorbierte Energie ist groß genug, um die Coulomb-Kraft im Inneren von Metallatomen zu überwinden, Arbeit zu verrichten und von der Metalloberfläche zu entweichen und zu Photoelektronen zu werden. Siliziumatome haben vier Außenelektronen. Wenn reines Silizium mit Atomen mit fünf Außenelektronen, beispielsweise Phosphoratomen, dotiert wird, wird es zu einem Halbleiter vom N-Typ. Wird reines Silizium mit Atomen mit drei Außenelektronen, beispielsweise Boratomen, dotiert, bildet es einen Halbleiter vom P-Typ. Wenn P-Typ und N-Typ miteinander kombiniert werden, bildet die Kontaktfläche eine Potentialdifferenz und wird zu einer Solarzelle. Wenn Sonnenlicht auf den pn-Übergang fällt, fließt der Strom von der P-Typ-Seite zur N-Typ-Seite und bildet einen Strom.

Der photoelektrische Effekt ist ein wichtiges und magisches Phänomen der Physik. Unter der Einstrahlung elektromagnetischer Wellen oberhalb einer bestimmten Frequenz (sogenannte Grenzfrequenz) absorbieren Elektronen in bestimmten Substanzen Energie und entweichen, um einen elektrischen Strom zu bilden, der als photoelektrisch bezeichnet wird. Das schematische Diagramm der photovoltaischen Stromerzeugung zeigt, dass polykristallines Silizium durch Prozesse wie Barrengießen, Barrenbrechen und Schneiden zu Siliziumwafern verarbeitet wird. Dotierung und Diffusion von Spurenmengen von Bor, Phosphor usw. Auf dem Siliziumwafer wird ein pn-Übergang gebildet. Anschließend wird die fein vorbereitete Silberpaste im Siebdruckverfahren auf den Siliziumwafer gedruckt, um Gitterlinien zu bilden. Nach dem Sintern wird es auch zu einer Rückelektrode verarbeitet und die Oberfläche wird mit einer Antireflexbeschichtung und Gitterlinien versehen, um Batteriezellen herzustellen. Die Batterie wird zu einem Batteriemodul angeordnet und zusammengefasst, sodass eine große Leiterplatte entsteht. Typischerweise sind die Komponenten von einem Aluminiumrahmen umgeben, mit einer Glasabdeckung auf der Vorderseite und Elektroden auf der Rückseite. Mit Batteriekomponenten und anderen Hilfsgeräten kann ein Stromerzeugungssystem gebildet werden. Um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, ist die Installation eines Wechselrichters erforderlich. Nach der Stromerzeugung kann es in Batterien gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Bei Stromerzeugungssystemen machen Batteriekomponenten etwa 50 % aus, während Stromwandler, Installationskosten, andere Hilfskomponenten und sonstige Kosten weitere 50 % ausmachen.