ขณะนี้โลกทั้งโลกกำลังเผชิญกับปัญหาพลังงาน การค่อยๆ หมดสิ้นของพลังงานแบบดั้งเดิม ควบคู่ไปกับมลภาวะของพลังงานแบบดั้งเดิมต่อสิ่งแวดล้อม การพัฒนาพลังงานใหม่ได้กลายเป็นเรื่องเร่งด่วน การคุ้มครองสิ่งแวดล้อมของพลังงานใหม่ให้ความสนใจมากขึ้น พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานใหม่ที่ไม่สิ้นสุด แต่ยังเป็นพลังงานป้องกันสิ่งแวดล้อมชนิดหนึ่ง มลพิษเกือบเป็นศูนย์ ขณะนี้มีการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในหลายๆ แห่ง ซีรีส์เล็กๆ ต่อไปนี้จะแนะนำหลักการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์
การแนะนำแผงโซลาร์เซลล์
แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานรังสีของดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงหรือโดยอ้อมผ่านเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกหรือเอฟเฟกต์โฟโตเคมีคอลโดยการดูดซับแสงแดด ส่วนใหญ่เป็นประเภทแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยปกติแล้ววัสดุการผลิตหลักของแผงโซลาร์เซลล์คือซิลิคอน แต่เนื่องจากต้นทุนการผลิตสูงเกินไป จึงยังไม่สามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่อื่นๆ แผงโซลาร์เซลล์ประหยัดพลังงานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า และผมเชื่อว่าแผงโซลาร์เซลล์จะได้รับความนิยมในอนาคต
หลักการของแผงโซลาร์เซลล์
แผงโซลาร์เซลล์เป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งตอบสนองต่อแสงและสามารถแปลงพลังงานแสงเป็นไฟฟ้าได้ มีวัสดุหลายประเภทที่สามารถสร้างเอฟเฟกต์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ได้ เช่น ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์, โพลีซิลิคอน, ซิลิคอนอสัณฐาน, แกลเลียมอาร์เซไนด์, อินเดียมคอปเปอร์เซเลไนด์ เป็นต้น หลักการสร้างพลังงานของวัสดุต่าง ๆ นั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกัน ที่นี่ ใช้ผลึกซิลิคอนเป็น ตัวอย่าง อธิบายกระบวนการหลักของแผงโซลาร์เซลล์ ซิลิคอนผลึกชนิด P ถูกเจือด้วยฟอสฟอรัสเพื่อให้ได้ซิลิคอนชนิด N และก่อตัวเป็นรอยต่อ PN
เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิวพื้นฐานของแผงโซลาร์เซลล์ โฟตอนบางส่วนจะถูกดูดซับโดยวัสดุซิลิกอน พลังงานของโฟตอนถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมของซิลิคอน เพื่อให้อิเล็กตรอนกลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระ และความต่างศักย์ถูกรวบรวมไว้ที่ทั้งสองด้านของจุดเชื่อมต่อ PN เมื่อต่อวงจรภายนอก ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้านี้ จะมีกระแสไหลผ่านวงจรภายนอก จึงทำให้เกิดกำลังเอาท์พุตที่แน่นอน สาระสำคัญของกระบวนการนี้คือการแปลงพลังงานโฟตอนเป็นพลังงานไฟฟ้า
แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นวิธีการสำคัญในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ของมนุษย์ การผลิตพลังงานมักจะมีสองวิธี วิธีหนึ่งคือโหมดการแปลงความร้อน-ไฟฟ้าแสง และอีกวิธีหนึ่งคือโหมดการแปลงโดยตรงของไฟฟ้าแสง-ไฟฟ้า ลองมาดูวิธีการผลิตไฟฟ้าทั้งสองวิธีนี้กัน
1 วิธีการแปลงแสง-ความร้อน-ไฟฟ้า: คือการใช้รังสีแสงอาทิตย์ที่เกิดจากความร้อนของกระบวนการผลิตพลังงาน โดยทั่วไปตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะดูดซับความร้อนลงในไอน้ำขนาดกลางที่ทำงาน จากนั้นจึงขับเคลื่อนพลังงานกังหัน รุ่น. กระบวนการแรกคือกระบวนการแปลงความร้อนแสง และกระบวนการหลังคือกระบวนการแปลงความร้อน-ไฟฟ้า ซึ่งเหมือนกับการผลิตพลังงานความร้อนธรรมดา
2 โหมดการแปลงไฟฟ้าแสงโดยตรง: การใช้เอฟเฟกต์ตาแมวเพื่อแปลงรังสีแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าโดยตรง อุปกรณ์พื้นฐานคือแผงโซลาร์เซลล์ แผงเซลล์แสงอาทิตย์คือการใช้เอฟเฟกต์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์พลังงานไฟฟ้าโดยตรง เป็นของโฟโตไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อดวงอาทิตย์ส่องแสงบนโฟโตไดโอด โฟโตไดโอดจะเปลี่ยนแสงจากแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้า เมื่อแผงโซลาร์เซลล์หลายแผงเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน แผงโซลาร์เซลล์อาจกลายเป็นอาร์เรย์โซลาร์เซลล์ที่มีกำลังไฟเอาท์พุตมากขึ้น
การผลิตพลังงานความร้อนจากแผงโซลาร์เซลล์มีข้อเสียคือมีประสิทธิภาพต่ำและมีต้นทุนสูง และคาดว่าการลงทุนจะมีราคาแพงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไปอย่างน้อย 5 ถึง 10 เท่า โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์ขนาด 1,000 เมกะวัตต์ต้องใช้เงินลงทุน 2 ถึง 2.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และการลงทุนโดยเฉลี่ย 1 กิโลวัตต์อยู่ที่ 2,000 ถึง 2,500 ดอลลาร์สหรัฐฯ ดังนั้นแผงโซลาร์เซลล์จึงเหมาะสำหรับโอกาสพิเศษขนาดเล็กเท่านั้น และการใช้งานขนาดใหญ่จึงไม่ประหยัดอย่างยิ่งจากมุมมองปัจจุบัน ดังนั้นจึงไม่สามารถแข่งขันกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนหรือนิวเคลียร์ธรรมดาได้
แม้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์จะเป็นพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่เซลล์แสงอาทิตย์ก็เป็นวิธีที่ดีในการประหยัดพลังงานเช่นกัน แต่ในแง่ของเทคโนโลยีในปัจจุบัน ต้นทุนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ยังค่อนข้างสูงจึงไม่ได้รับความนิยม อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้พลังงานสะอาดจะเป็นกระแสที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และพลังงานแสงอาทิตย์แทบไม่มีมลภาวะไม่ว่าจะจากมุมมองด้านพลังงานหรือจากมุมมองของการปกป้องสิ่งแวดล้อม การพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์จะเป็นเรื่องที่ต้องได้รับการพัฒนาอย่างจริงจัง ในอนาคต. บางทีในอนาคตอันใกล้นี้เราคงมีโซลาร์เซลล์ในบ้านเรา