แผงโซล่าเซลล์ หลักการผลิตพลังงาน

ดวงอาทิตย์ส่องแสงลงบนรอยต่อ PN ของสารกึ่งตัวนำ ก่อให้เกิดคู่โฮล-อิเล็กตรอนคู่ใหม่ ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของรอยต่อ PN โฮลจะไหลจากบริเวณ P ไปยังบริเวณ N และอิเล็กตรอนจะไหลจากบริเวณ N ไปยังบริเวณ P เมื่อเชื่อมต่อวงจรแล้ว กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น นี่คือวิธีการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์แบบโฟโตอิเล็กทริก

การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ มีการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ 2 ประเภท คือ โหมดการแปลงแสง-ความร้อนเป็นไฟฟ้า และโหมดการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรง

(1) วิธีการแปลงแสง-ความร้อน-ไฟฟ้า ใช้พลังงานความร้อนที่เกิดจากรังสีดวงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว พลังงานความร้อนที่ดูดซับจะถูกแปลงเป็นไอน้ำของตัวกลางทำงานโดยตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ จากนั้นกังหันไอน้ำจะถูกขับเคลื่อนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า กระบวนการแรกคือกระบวนการแปลงแสงเป็นความร้อน และกระบวนการหลังคือกระบวนการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า

(2) ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกใช้เพื่อแปลงพลังงานรังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง อุปกรณ์พื้นฐานของการแปลงโฟโตอิเล็กทริกคือเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเนื่องจากปรากฏการณ์โฟโตเจเนอเรชันโวลต์ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นโฟโตไดโอดสารกึ่งตัวนำ เมื่อแสงอาทิตย์ส่องลงบนโฟโตไดโอด โฟโตไดโอดจะเปลี่ยนพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟฟ้า เมื่อเชื่อมต่อเซลล์จำนวนมากแบบอนุกรมหรือขนานกัน จะสามารถสร้างเซลล์แสงอาทิตย์แบบแถวสี่เหลี่ยมที่มีกำลังเอาต์พุตค่อนข้างสูงได้

ในปัจจุบัน ซิลิคอนผลึก (รวมทั้งโพลีซิลิคอนและโมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน) ถือเป็นวัสดุโฟโตวอลตาอิกส์ที่สำคัญที่สุด โดยมีส่วนแบ่งการตลาดมากกว่า 90% และในอนาคตอันยาวนาน ซิลิคอนผลึกจะยังคงเป็นวัสดุหลักของเซลล์แสงอาทิตย์ต่อไป

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

ความต้องการโพลีซิลิคอนส่วนใหญ่มาจากสารกึ่งตัวนำและเซลล์แสงอาทิตย์ ความต้องการความบริสุทธิ์ของโพลีซิลิคอนแบ่งออกเป็นระดับอิเล็กทรอนิกส์และระดับพลังงานแสงอาทิตย์ โดยโพลีซิลิคอนระดับอิเล็กทรอนิกส์มีสัดส่วนประมาณ 55% และโพลีซิลิคอนระดับพลังงานแสงอาทิตย์มีสัดส่วน 45%

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมโฟโตโวลตาอิก ความต้องการโพลีซิลิคอนในเซลล์แสงอาทิตย์จึงเติบโตเร็วกว่าการพัฒนาโพลีซิลิคอนของสารกึ่งตัวนำ และคาดว่าความต้องการโพลีซิลิคอนสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์จะเกินโพลีซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ภายในปี 2551

ในปี พ.ศ. 2537 ปริมาณการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วโลกอยู่ที่เพียง 69 เมกะวัตต์ แต่ในปี พ.ศ. 2547 ปริมาณการผลิตเพิ่มขึ้นเกือบ 1,200 เมกะวัตต์ ซึ่งเพิ่มขึ้นถึง 17 เท่าภายในเวลาเพียง 10 ปี ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าอุตสาหกรรมโฟโตวอลตาอิกพลังงานแสงอาทิตย์จะแซงหน้าพลังงานนิวเคลียร์ และกลายเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานพื้นฐานที่สำคัญที่สุดในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 21