Kas yra fotovotaika?

Aukščiau pateikta diagrama iliustruoja pagrindinio fotovoltinės elemento, dar vadinamo saulės elementu, veikimą. Saulės elementai yra pagaminti iš tų pačių puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip silicis, naudojamos mikroelektronikos pramonėje. Saulės elementams plona puslaidininkinė plokštelė yra specialiai apdorota, kad susidarytų elektrinis laukas, teigiamas vienoje pusėje ir neigiamas kitoje. Kai šviesos energija patenka į saulės elementą, puslaidininkinėje medžiagoje nuo atomų atsiskiria elektronai. Jei elektros laidininkai yra prijungti prie teigiamų ir neigiamų pusių, sudarydami elektros grandinę, elektronus galima užfiksuoti elektros srovės, ty elektros, pavidalu. Tada ši elektra gali būti naudojama kroviniui, pavyzdžiui, šviesai ar įrankiui, maitinti.

Daugybė saulės elementų, elektra sujungtų vienas su kitu ir sumontuoti atraminėje konstrukcijoje arba rėme, vadinami fotovoltiniu moduliu. Moduliai skirti tiekti elektrą esant tam tikrai įtampai, pavyzdžiui, įprasta 12 voltų sistema. Pagaminta srovė tiesiogiai priklauso nuo to, kiek šviesos patenka į modulį.

Šiandien dažniausiai naudojami PV įrenginiai naudoja vieną jungtį arba sąsają, kad sukurtų elektrinį lauką puslaidininkyje, pavyzdžiui, PV elemente. Vienos jungties PV elemente tik fotonai, kurių energija yra lygi arba didesnė už ląstelės medžiagos juostos tarpą, gali atlaisvinti elektroną elektros grandinei. Kitaip tariant, vienos jungties elementų fotovoltinė reakcija apsiriboja ta saulės spektro dalimi, kurios energija viršija sugeriančios medžiagos juostos tarpą, o mažesnės energijos fotonai nenaudojami.

Vienas iš būdų apeiti šį apribojimą yra naudoti dvi (ar daugiau) skirtingų elementų, turinčių daugiau nei vieną juostos tarpą ir daugiau nei vieną sankryžą, kad būtų sukurta įtampa. Jie vadinami „daugiajungimo“ ląstelėmis (taip pat vadinamomis „kaskadinėmis“ arba „tandemo“ ląstelėmis). Daugiajunginiai įrenginiai gali pasiekti didesnį bendrą konversijos efektyvumą, nes jie gali paversti daugiau šviesos energijos spektro į elektros energiją.

Kaip parodyta toliau, kelių jungčių įrenginys yra atskirų vienos jungties elementų krūva juostos tarpo mažėjimo tvarka (pvz.,). Viršutinė ląstelė užfiksuoja didelės energijos fotonus ir perduoda likusius fotonus, kad juos sugertų apatinės juostos tarpo ląstelės.