แผงโซล่าเซลล์ หลักการผลิตพลังงาน

ดวงอาทิตย์ส่องแสงลงบนรอยต่อ PN ของสารกึ่งตัวนำ ทำให้เกิดคู่โฮล-อิเล็กตรอนคู่ใหม่ ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าของรอยต่อ PN โฮลจะไหลจากบริเวณ P ไปยังบริเวณ N และอิเล็กตรอนจะไหลจากบริเวณ N ไปยังบริเวณ P เมื่อเชื่อมต่อวงจรแล้ว กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้น นั่นคือวิธีการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์แบบโฟโตอิเล็กทริก

การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์มีสองประเภท คือ โหมดการแปลงแสง-ความร้อน-ไฟฟ้า และโหมดการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรง

(1) วิธีการแปลงแสง-ความร้อน-ไฟฟ้าใช้พลังงานความร้อนที่เกิดจากรังสีดวงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า โดยทั่วไป พลังงานความร้อนที่ดูดซับจะถูกแปลงเป็นไอน้ำของตัวกลางทำงานโดยตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ จากนั้นกังหันไอน้ำจะถูกขับเคลื่อนเพื่อผลิตไฟฟ้า กระบวนการแรกคือกระบวนการแปลงแสง-ความร้อน กระบวนการหลังคือกระบวนการแปลงความร้อน-ไฟฟ้า

(2) เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกใช้ในการแปลงพลังงานรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงเป็นพลังงานไฟฟ้า อุปกรณ์พื้นฐานของการแปลงโฟโตอิเล็กทริกคือเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเนื่องจากเอฟเฟกต์โวลต์ของโฟโตเจเนอเรชัน เป็นโฟโตไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อดวงอาทิตย์ส่องแสงบนโฟโตไดโอด โฟโตไดโอดจะเปลี่ยนพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟฟ้า เมื่อเชื่อมต่อเซลล์จำนวนมากแบบอนุกรมหรือขนานกัน ก็จะสามารถสร้างเซลล์แสงอาทิตย์แบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีกำลังส่งออกค่อนข้างมากได้

ในปัจจุบัน ซิลิคอนผลึก (รวมถึงซิลิคอนโพลีซิลิคอนและโมโนคริสตัลไลน์) เป็นวัสดุโฟโตวอลตาอิคส์ที่สำคัญที่สุด มีส่วนแบ่งการตลาดมากกว่า 90% และในอนาคตเป็นเวลานาน ซิลิคอนจะยังคงเป็นวัสดุหลักของเซลล์แสงอาทิตย์ต่อไป

เป็นเวลานานแล้วที่เทคโนโลยีการผลิตวัสดุโพลีซิลิคอนถูกควบคุมโดยโรงงาน 10 แห่งของบริษัท 7 แห่งใน 3 ประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และเยอรมนี ซึ่งก่อให้เกิดการปิดกั้นทางเทคโนโลยีและการผูกขาดทางการตลาด

ความต้องการโพลีซิลิคอนส่วนใหญ่มาจากเซมิคอนดักเตอร์และเซลล์แสงอาทิตย์ ตามความต้องการความบริสุทธิ์ที่แตกต่างกัน แบ่งออกเป็นระดับอิเล็กทรอนิกส์และระดับพลังงานแสงอาทิตย์ โดยโพลีซิลิคอนระดับอิเล็กทรอนิกส์คิดเป็นประมาณ 55% และโพลีซิลิคอนระดับพลังงานแสงอาทิตย์คิดเป็น 45%

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมโฟโตวอลตาอิค ความต้องการโพลีซิลิคอนในเซลล์แสงอาทิตย์จึงเติบโตเร็วกว่าการพัฒนาโพลีซิลิคอนของสารกึ่งตัวนำ และคาดว่าความต้องการโพลีซิลิคอนสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์จะเกินความต้องการโพลีซิลิคอนระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายในปี 2551

ในปี 1994 การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วโลกมีเพียง 69 เมกะวัตต์ แต่ในปี 2004 การผลิตเพิ่มขึ้นเกือบ 1,200 เมกะวัตต์ ซึ่งเพิ่มขึ้น 17 เท่าในเวลาเพียง 10 ปี ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าอุตสาหกรรมโฟโตวอลตาอิคพลังงานแสงอาทิตย์จะแซงหน้าพลังงานนิวเคลียร์และกลายเป็นแหล่งพลังงานพื้นฐานที่สำคัญที่สุดแห่งหนึ่งในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 21