მზის პანელების ენერგიის გამომუშავების პრინციპი

მზე ანათებს ნახევარგამტარული PN შეერთების ხაზს და წარმოქმნის ახალ ხვრელ-ელექტრონულ წყვილს. PN შეერთების ელექტრული ველის მოქმედებით, ხვრელი P რეგიონიდან N რეგიონში გადადის, ხოლო ელექტრონი N რეგიონიდან P რეგიონში. წრედის შეერთებისას წარმოიქმნება დენი. ასე მუშაობს ფოტოელექტრული ეფექტის მქონე მზის უჯრედები.

მზის ენერგიის გენერაცია მზის ენერგიის გენერაციის ორი ტიპი არსებობს: ერთი არის სინათლე-სითბო-ელექტროენერგიაში გარდაქმნის რეჟიმი, ხოლო მეორე არის პირდაპირი სინათლე-ელექტროენერგიაში გარდაქმნის რეჟიმი.

(1) სინათლე-სითბო-ელექტროენერგიაზე გადაყვანის მეთოდი იყენებს მზის რადიაციის მიერ გენერირებულ თერმულ ენერგიას ელექტროენერგიის გენერირებისთვის. როგორც წესი, შთანთქმული თერმული ენერგია მზის კოლექტორის მიერ გარდაიქმნება სამუშაო გარემოს ორთქლად, შემდეგ კი ორთქლის ტურბინა მოძრაობს ელექტროენერგიის გენერირებისთვის. პირველი პროცესი არის სინათლე-სითბოზე გადაყვანის პროცესი; მეორე პროცესი კი სითბო-ელექტროენერგიაზე გადაყვანის პროცესია.

(2) ფოტოელექტრული ეფექტი გამოიყენება მზის რადიაციის ენერგიის პირდაპირ ელექტროენერგიად გარდასაქმნელად. ფოტოელექტრული გარდაქმნის ძირითადი მოწყობილობაა მზის ელემენტი. მზის ელემენტი არის მოწყობილობა, რომელიც პირდაპირ გარდაქმნის მზის სინათლის ენერგიას ელექტროენერგიად ფოტოგენერაციის ვოლტ ეფექტის გამო. ეს არის ნახევარგამტარული ფოტოდიოდი. როდესაც მზე ანათებს ფოტოდიოდს, ფოტოდიოდი მზის სინათლის ენერგიას ელექტროენერგიად გარდაქმნის და დენს გამოიმუშავებს. როდესაც მრავალი ელემენტი დაკავშირებულია მიმდევრობით ან პარალელურად, შეიძლება ჩამოყალიბდეს მზის უჯრედების კვადრატული მასივი შედარებით დიდი გამომავალი სიმძლავრით.

ამჟამად, კრისტალური სილიციუმი (პოლისილიციუმის და მონოკრისტალური სილიციუმის ჩათვლით) ყველაზე მნიშვნელოვანი ფოტოელექტრული მასალაა, მისი საბაზრო წილი 90%-ზე მეტია და მომავალშიც დიდი ხნის განმავლობაში ის მზის უჯრედების ძირითად მასალად დარჩება.

დიდი ხნის განმავლობაში, პოლისილიციუმის მასალების წარმოების ტექნოლოგიას აკონტროლებდა 7 კომპანიის 10 ქარხანა 3 ქვეყანაში, როგორიცაა შეერთებული შტატები, იაპონია და გერმანია, რაც ქმნიდა ტექნოლოგიურ ბლოკადას და ბაზრის მონოპოლიას.

პოლისილიციუმის მოთხოვნა ძირითადად ნახევარგამტარებსა და მზის ელემენტებზე მოდის. სხვადასხვა სისუფთავის მოთხოვნების მიხედვით, ისინი იყოფა ელექტრონულ დონედ და მზის დონედ. მათ შორის, ელექტრონული ხარისხის პოლისილიციუმი დაახლოებით 55%-ს შეადგენს, ხოლო მზის დონის პოლისილიციუმი - 45%-ს.

ფოტოელექტრული ინდუსტრიის სწრაფი განვითარების გამო, მზის უჯრედებში პოლისილიციუმის მოთხოვნა უფრო სწრაფად იზრდება, ვიდრე ნახევარგამტარული პოლისილიციუმის განვითარება და მოსალოდნელია, რომ 2008 წლისთვის მზის პოლისილიციუმის მოთხოვნა ელექტრონული ხარისხის პოლისილიციუმის მოთხოვნას გადააჭარბებს.

1994 წელს მსოფლიოში მზის უჯრედების მთლიანი წარმოება მხოლოდ 69 მეგავატი იყო, მაგრამ 2004 წელს ის თითქმის 1200 მეგავატს მიაღწია, რაც სულ რაღაც 10 წელიწადში 17-ჯერ მეტია. ექსპერტები ვარაუდობენ, რომ XXI საუკუნის პირველ ნახევარში მზის ფოტოელექტრული ენერგიის ინდუსტრია ატომურ ენერგიას გადააჭარბებს, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ძირითადი ენერგიის წყარო.