หลักการผลิตไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่ตอบสนองต่อแสงและเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า มีวัสดุหลายประเภทที่สามารถสร้างเอฟเฟกต์เซลล์แสงอาทิตย์ได้ เช่น โมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน โพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน อะมอร์ฟัสซิลิคอน แกลเลียมอาร์เซไนด์ ซีลีเนียม อินเดียม ทองแดง และอื่นๆ หลักการของการผลิตกระแสไฟฟ้านั้นเหมือนกันโดยพื้นฐานแล้ว และกระบวนการของการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้อธิบายไว้โดยใช้ผลึกซิลิคอนเป็นตัวอย่าง ซิลิคอนที่เป็นผลึกชนิด P สามารถเจือด้วยฟอสฟอรัสเพื่อให้ได้ซิลิกอนชนิด N ซึ่งสร้างจุดเชื่อมต่อ PN
เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิวของเซลล์แสงอาทิตย์ โฟตอนส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับโดยวัสดุซิลิกอน พลังงานของโฟตอนถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมของซิลิคอน ทำให้อิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนแปลงกลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระที่รวมตัวกันทั้งสองด้านของรอยต่อ PN และก่อให้เกิดความต่างศักย์ เมื่อเปิดวงจรภายนอก ภายใต้การทำงานของแรงดันนี้ กระแสจะไหลผ่านวงจรภายนอกเพื่อสร้างกำลังไฟฟ้าเอาต์พุตที่แน่นอน สาระสำคัญของกระบวนการนี้คือกระบวนการแปลงพลังงานโฟตอนเป็นพลังงานไฟฟ้า
1, มีสองวิธีในการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์: วิธีหนึ่งคือวิธีการแปลงไฟฟ้าความร้อนแสงและอีกวิธีหนึ่งคือวิธีการแปลงไฟฟ้าโดยตรงด้วยแสง
(1) วิธีการแปลงไฟฟ้าด้วยความร้อนแสงใช้พลังงานความร้อนที่เกิดจากรังสีดวงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไป ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะเปลี่ยนพลังงานความร้อนที่ดูดซับไว้เป็นไอน้ำขนาดกลางที่ใช้งานได้ จากนั้นจึงขับเคลื่อนกังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า กระบวนการเดิมคือกระบวนการเปลี่ยนความร้อนด้วยแสง กระบวนการหลังเป็นกระบวนการแปลงไฟฟ้าความร้อน คล้ายกับการผลิตไฟฟ้าความร้อนทั่วไป โรงไฟฟ้าพลังความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบโซลาร์เซลล์มีประสิทธิภาพสูง แต่เนื่องจากระยะเริ่มต้นของการพัฒนาอุตสาหกรรม การลงทุนจึงอยู่ในระดับสูง โรงไฟฟ้าพลังความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 1,000 เมกะวัตต์ต้องการเงินลงทุน 2 ถึง 2.5 พันล้านดอลลาร์ โดยมีการลงทุนเฉลี่ย 2,000 ถึง 2,500 ดอลลาร์ต่อ 1 กิโลวัตต์ ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับโอกาสขนาดเล็กและโอกาสพิเศษ ในขณะที่การใช้งานขนาดใหญ่นั้นไม่ประหยัดทางเศรษฐกิจและไม่สามารถแข่งขันกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนหรือพลังงานนิวเคลียร์ทั่วไปได้
(2) วิธีการแปลงโดยตรงด้วยโฟโตอิเล็กทริก วิธีนี้ใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกเพื่อแปลงพลังงานรังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง อุปกรณ์พื้นฐานสำหรับการแปลงโฟโตอิเล็กทริกคือเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเนื่องจากผลกระทบจากเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นโฟโตไดโอดสารกึ่งตัวนำ เมื่อแสงแดดตกกระทบโฟโตไดโอด โฟโตไดโอดจะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เมื่อแบตเตอรี่หลายก้อนถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน พวกมันจะกลายเป็นอาร์เรย์เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีกำลังขับค่อนข้างมาก เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานประเภทใหม่ที่มีข้อได้เปรียบหลักสามประการ ได้แก่ ความคงทนถาวร ความสะอาด และความยืดหยุ่น เซลล์แสงอาทิตย์มีอายุการใช้งานยาวนาน และตราบเท่าที่มีดวงอาทิตย์อยู่ เซลล์เหล่านี้สามารถลงทุนครั้งเดียวและใช้งานได้ยาวนาน เมื่อเทียบกับการผลิตไฟฟ้าด้วยความร้อนและการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์แล้ว เซลล์แสงอาทิตย์ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม เซลล์แสงอาทิตย์อาจมีขนาดใหญ่ ขนาดเล็ก และขนาดกลาง ตั้งแต่โรงไฟฟ้าขนาดกลางที่มีกำลังการผลิตหนึ่งล้านกิโลวัตต์ไปจนถึงชุดเซลล์แสงอาทิตย์ที่ให้บริการเพียงครัวเรือนเดียว ซึ่งไม่มีแหล่งพลังงานอื่นเทียบได้