Das Hauptprinzip der photovoltaischen Stromerzeugung beruht auf dem photoelektrischen Effekt von Halbleitern. Wenn Photonen eine Metalloberfläche bestrahlen, kann ihre Energie vollständig von einem bestimmten Elektron im Metall absorbiert werden. Wenn die vom Elektron absorbierte Energie ausreicht, um die innere Gravitationsarbeit des Metalls zu überwinden, entweicht das Elektron von der Metalloberfläche und wird zu einem Photoelektron.
Ein Siliziumatom hat 4 Valenzelektronen. Wenn reines Silizium mit Atomen dotiert wird, die 5 Valenzelektronen haben (wie Phosphoratome), wird es zu einem N-Typ-Halbleiter; wenn reines Silizium mit Atomen dotiert wird, die 3 Valenzelektronen haben (wie Boratome), wird ein P-Typ-Halbleiter gebildet. Wenn die P-Typ- und N-Typ-Halbleiter kombiniert werden, entsteht an der Kontaktfläche eine Potentialdifferenz, die als Grundlage einer Solarzelle dient. Wenn Sonnenlicht den P-N-Übergang bestrahlt, wandern Löcher vom P-Bereich in den N-Bereich, während Elektronen vom N-Bereich in den P-Bereich wandern, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird.
Der photoelektrische Effekt bezieht sich auf das Phänomen, bei dem Lichtbestrahlung eine Potentialdifferenz zwischen verschiedenen Teilen eines ungleichmäßigen Halbleiters oder zwischen einem Halbleiter und einem Metall verursacht. Er umfasst zwei Hauptprozesse: erstens die Umwandlung von Photonen (Lichtwellen) in Elektronen, d. h. die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie; zweitens die Bildung einer Spannung.
Polykristallines Silizium durchläuft Prozesse wie Ingussgießen, Ingussbrechen und Schneiden, um Siliziumwafer herzustellen, die verarbeitet werden sollen. Diese Siliziumwafer werden dann mit Spuren von Bor, Phosphor und anderen Elementen dotiert und diffundiert, um P-N-Übergänge zu bilden. Als Nächstes wird Siebdruck verwendet, um eine präzise vorbereitete Silberpaste auf die Siliziumwafer aufzutragen, um Gitterlinien zu erzeugen. Nach dem Sintern werden gleichzeitig Rückelektroden hergestellt und eine Antireflexbeschichtung auf die Oberfläche mit den Gitterlinien aufgetragen — wodurch die Herstellung von Solarzellen abgeschlossen wird.
Solarzellen werden angeordnet und zu Solarzellenmodulen kombiniert, die große Leiterplatten bilden. Typischerweise ist der Umfang jedes Moduls in einem Aluminiumrahmen eingeschlossen, die Vorderseite ist mit Glas bedeckt und auf der Rückseite sind Elektroden installiert. Ein komplettes photovoltaisches Stromerzeugungssystem kann durch die Integration dieser Zellmodule mit anderen Hilfsgeräten aufgebaut werden. Um Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, muss ein Wechselrichter installiert werden. Der erzeugte Strom kann entweder in Batterien gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
In Bezug auf die Kostenstruktur eines photovoltaischen Stromerzeugungssystems machen Solarzellenmodule etwa 50 % aus, während die restlichen 50 % von Wechselrichtern, Installationsgebühren, anderen Hilfskomponenten und Nebenkosten stammen.
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