Päikesepatarei: kuidas see elektrit toodab?

Päikesepaistelistel päevadel suudab ränist päikesepatarei kasutada eriti palju päikeseenergiat ja muuta see elektriks.

Foto: reimax16 / Fotolia

Kristalliline päikesepatarei koosneb tavaliselt kahest ränikihist – kokku kahe kuni kolme kümnendiku millimeetri paksusest. Päikesepatarei päikesepoolsel küljel on räni sihilikult segatud fosfori aatomitega. Lihtsamalt öeldes on fosfori aatomitel üks negatiivne elektron liiga palju, seega on nad negatiivselt laetud. Boori aatomid asuvad raku teisel küljel. Nendes on üks elektron liiga vähe, seega on nad positiivselt laetud. Päikesepatareis puudutavad negatiivne ja positiivne kiht üksteist.

Kuidas päikesepatarei elektrit toodab?

Juba 1839. aastal tegi prantsuse füüsik Alexandre Edmond Becquerel sensatsioonilise avastuse: kui valgus (fotol) langeb teatud ainetele, tekib pinge (voltaic). Pärast seda avastust pidi mööduma 120 aastat, enne kui fotogalvaanika põhimõte toimis esimeste satelliitide ja kosmoselaevade energiaallikana. Vahepeal on päikesepatareidest saanud populaarne elektritarnija oma kodu energiasäästjatele. Kuidas aga päikesepatarei tegelikult töötab?
Kui valgus rakku tabab, panevad elektronid liikuma. Kui nad liikvele lähevad, hüppavad nad üle piiri negatiivsest positiivsesse kihti, kus on elektronide puudus - teised liiguvad üles. Elektronid rändavad tagasi oma vanasse kihti raku alumisel küljel metallvõre (kontaktsõrm), kaabli ja kandeplaadi (kontakt) kaudu. Kui ahel on suletud, voolab elektrivool.

Valgus vabastab piirkihis (rohelises) elektronid, mis voolavad tagasi lambipirni väliskülje ümber.

Fotod: DAS HAUS / Andreas Schiebel

Mida rohkem valguskiiri elektrone tabab, seda rohkem elektrit päikesepatarei toodab. Nii et kui päike paistab tugevamalt, toodavad päikesepatareid ka rohkem elektrit. Pideva kiiritamise korral sõltub võimsuse suurenemine ainult pinnast. Mida suurem on päikesepatareide pind, seda suurem on voolutugevus.
Näpunäide: Päikesesüsteem tasub end alati ära: isegi kui päikesesüsteemide puhul on suurus oluline, saate mini-fotogalvaaniliste süsteemidega säästvat elektrit toota.

Millist elektrit toodab päikesepatarei?

Päikesepatarei toodab alalisvoolu, mis salvestub ka akudesse. Toiteallika seade, mida nimetatakse ka inverteriks, muudab genereeritud alalisvoolu vahelduvvooluks (230 volti vahelduvpinge). Toodetud elekter suunatakse täielikult avalikku võrku. Seda tasustatakse vastavalt "taastuvate energiaallikate seadusele" (EEG).

Elekter voolab päikesepatareist laadimiskontrollerite ja inverterite kaudu akusse või elektrivõrku.

Fotod: DAS HAUS / Andreas Schiebel

Näpunäide: Päikesepatarei ise ei suuda elektrit salvestada, vaid lihtsalt varustab seda. Välja arvatud juhul, kui paigaldate fotogalvaanika jaoks ka toitesalvestussüsteemi. See võib olla ka hea alternatiiv elektrivõrgust saadavale rohelisele elektrile.

Kuidas päikesemoodulit ehitatakse?

Päikesepatarei ei saa ilma kaitseta väljas töötada. Päikesepatareid peavad olema katte all: päikesemoodul. Mitmed päikesepatareid on omavahel ühendatud, et moodustada moodulis üksus. Seetõttu on kristalsed rakud rivistatud ja üksteisega ühendatud. Üksikud kiud pakitakse plastkilesse ja asetatakse kahe klaasplaadi vahele. Siis toodab õhukese kile tehnoloogia klaasplaadi aurustamisel nii-öelda suure raku.
 

Hankige ekspertide pakkumisi siit:

Mis tüüpi päikesepatareid on olemas?

Päikesepatareid on erinevat tüüpi, mida me teile allpool tutvustame.
 

Kristalliline päikesepatarei

Kristallilised rakud ei kaota peaaegu oma efektiivsust isegi aastakümnete jooksul. Rakud moodustavad umbes 80 protsenti ülemaailmsest toodangust. Rakke on kahte tüüpi.

  • Monokristalliline päikesepatarei: Lähtematerjaliks on kallis kõrge puhtusastmega räni, mis ekstraheeritakse ränisulamist aeganõudva ja kuluka protsessiga, pressitakse kangideks ja lõigatakse kuni 12-sentimeetrise läbimõõduga viiludeks. Monokristallis on kõik aatomid joondatud samal viisil. Sinised kuni mustad lahtrid, mida saab soovi korral ka erinevat värvi värvida, on 20–22 protsendi vahel.
     
  • Multikristalliline päikesepatarei: Tööstuslikult toodetud polüräni on odavam kui monokristallide tootmine. Sinakate rakkude efektiivsus on 15–20 protsenti.
Loe rohkem huvitavaid artikleid siit.Näited majapidamises Päikeseenergia duššide võrdlemine: oma otstarbeks parima valimine Energia- ja kliimaekraan Päikesekollektor: hea alternatiiv fotogalvaanikale? Esitatud Energy & Climate Mini fotogalvaanilised süsteemid: igaüks saab päikest korjata

Amorfne päikesepatarei

Odavamad amorfsed rakud sobivad aias veeobjektidele, kodukaaludele ja ka suurtele fassaadidele. Kui suure päikesesüsteemi jaoks on ruum piiratud, töötavad kristalsed rakud tõhusamalt.
Amorfne rakk ehitatakse üles järgmiselt: Elektrit tootv kiht aurustatakse klaasplaadile. Aatomeid ei säilitata enam kristallstruktuuris, vaid korrastatult (amorfselt). See protsess nõuab suhteliselt vähe räni, mis langetab päikesepatarei hinda. Võrreldes 0,2–0,3 millimeetri paksuste kristalsete rakkudega, on õhukese kilega elemendid vaid 0,01–0,05 millimeetrit. Rakud on pruunid või antratsiit ja nende efektiivsus on umbes kaheksa protsenti. Amorfsete elementide efektiivsus väheneb aastatega: 20 aasta pärast on see umbes 70 protsenti päikesepatarei esialgsest toodangust. Süngetel päevadel toodavad amorfsed elemendid rohkem elektrit kui teised päikesepatareid.

Fotogalvaanika töötab ka siis, kui ruumi on vähe: kaasaegseid päikesemooduleid saab diskreetselt paigaldada terrassi katusele või auto varjualusele.

Foto: epr / solarcarporte.de

Millised päikesepatareid on kõige suurema efektiivsusega?

Nagu eespool selgitatud, saavutab kõrgeima efektiivsuse monokristalliline päikesepatarei, millele järgnevad polükristallilised päikesepatareid. Kuid monokristalliliste moodulite eelised kompenseerivad ränikristallide kasvatamise suur energiakulu ja kulud. Uuemal arendusel võib siin olla suur potentsiaal: kvaasimonokristallilised moodulid. Need on polükristallilised moodulid, millel on tänu spetsiaalsele juhtimissüsteemile kristallide kasvatamise ajal sarnased omadused monokristalliliste moodulitega.
Aine efektiivsust ei saa soovi korral edasi arendada ja sellel on loomulikud piirid – kuna materjal suudab töödelda vaid teatud valguse lainepikkusi. Monokristalliliste ränimoodulite puhul on teoreetiliselt kõrgeim saavutatav efektiivsus umbes 29–33 protsenti. Sest uued tehnoloogiad loovad ka uusi võimalusi. Näiteks nn tandempäikesepatareid saab tõhusust tõsta lihtsa põhimõtte abil: kui virnastada erinevaid materjale valgusspektri erinevate osade jaoks üksteise peale, suureneb ka efektiivsus. Sel viisil on saavutatud juba üle 40 protsendi, tulevikuks on mõeldav üle 80 protsendi.

Jäta Oma Kommentaar

Please enter your comment!
Please enter your name here