עקרונות ייצור חשמל של פאנלים סולאריים

תאים סולאריים הם מכשירים המגיבים לאור וממירים אנרגיית אור לחשמל. ישנם סוגים רבים של חומרים שיכולים לייצר אפקטים פוטו-וולטאיים, כגון סיליקון חד גבישי, סיליקון רב גבישי, סיליקון אמורפי, גליום ארסניד, סלניום, אינדיום, נחושת וכן הלאה. העיקרון של ייצור החשמל שלהם זהה בעצם, ותהליך ייצור החשמל הפוטו-וולטאי מתואר באמצעות סיליקון גבישי כדוגמה. סיליקון גבישי מסוג P יכול להיות מסומם בזרחן כדי להשיג סיליקון מסוג N, ויוצר צומת PN.
כאשר האור פוגע במשטח התא השמש, חלק מהפוטונים נספג בחומר הסיליקון; האנרגיה של פוטונים מועברת לאטום הסיליקון, מה שגורם לאלקטרונים לעבור מעבר, ולהפוך לאלקטרונים חופשיים המתאספים משני צידי צומת ה-PN ויוצרים הפרש פוטנציאלים. כאשר המעגל החיצוני מופעל, תחת פעולת המתח הזה, יזרום זרם דרך המעגל החיצוני כדי ליצור הספק פלט מסוים. המהות של תהליך זה היא תהליך המרת אנרגיית הפוטון לאנרגיה חשמלית.
1, ישנן שתי דרכים לייצור חשמל סולארי: האחת היא שיטת המרת חשמל בחום קל, והשנייה היא שיטת ההמרה הישירה של חשמל קל.
(1) שיטת המרת חשמל בחום קל מנצלת את האנרגיה התרמית שנוצרת מקרינת השמש לייצור חשמל. בדרך כלל, קולטי שמש ממירים את האנרגיה התרמית הנספגת לקיטור בינוני עובד, ולאחר מכן מניעים טורבינות קיטור לייצור חשמל. התהליך הקודם הוא תהליך המרת חום קל; התהליך האחרון הוא תהליך המרת חשמל בחום, בדומה לייצור חשמל תרמי רגיל. לתחנות כוח תרמיות סולאריות פוטו-וולטאיות יעילות גבוהה, אך בשל שלב התיעוש הראשוני שלהן, ההשקעה כיום גבוהה. תחנת כוח תרמית סולארית בהספק של 1000 MW דורשת השקעה של 2 עד 2.5 מיליארד דולר, עם השקעה ממוצעת של 2000 עד 2500 דולר ל-1 קילוואט. לכן הוא מתאים לאירועים בקנה מידה קטן ומיוחד, בעוד ניצול בקנה מידה גדול אינו חסכוני מבחינה כלכלית ואינו יכול להתחרות בתחנות כוח תרמיות או גרעיניות רגילות.
(2) שיטת המרה ישירה פוטו-אלקטרית שיטה זו משתמשת באפקט הפוטואלקטרי כדי להמיר ישירות אנרגיית קרינת שמש לאנרגיה חשמלית. המכשיר הבסיסי להמרה פוטו-אלקטרית הוא תאים סולאריים. תא סולארי הוא מכשיר הממיר ישירות אנרגיית שמש לאנרגיה חשמלית בשל האפקט הפוטו-וולטאי. זוהי פוטודיודה מוליכים למחצה. כאשר אור השמש פוגע בפוטודיודה, הפוטודיודה ממירה את אנרגיית השמש לאנרגיה חשמלית, ויוצרת זרם חשמלי. כאשר סוללות רבות מחוברות בסדרה או במקביל, הן יכולות להפוך למערך תאים סולאריים עם הספק מוצא גדול יחסית. תאים סולאריים הם סוג חדש ומבטיח של מקור חשמל עם שלושה יתרונות עיקריים: קביעות, ניקיון וגמישות. לתאים סולאריים אורך חיים ארוך, וכל עוד השמש קיימת, ניתן להשקיע בהם פעם אחת ולהשתמש בהם לאורך זמן; בהשוואה לייצור חשמל תרמי וייצור חשמל גרעיני, תאים סולאריים אינם גורמים לזיהום סביבתי; תאים סולאריים יכולים להיות גדולים, קטנים ובינוניים, החל מתחנות כוח בינוניות בהספק של מיליון קילוואט ועד מארזי תאים סולאריים המשרתים רק משק בית אחד, שאין כמותם במקורות כוח אחרים.