Panel Suria dan Gambaran Keseluruhan Teknologi Penjanaan Kuasa Fotovoltaik（QUENENG）

1. Sejarah Pembangunan dan Status Semasa Penjanaan Kuasa Fotovoltaik

Sejak penciptaan sel fotovoltaik (PV) praktikal pertama pada tahun 1954, teknologi penjanaan kuasa fotovoltaik suria telah mencapai kemajuan yang ketara. Walau bagaimanapun, pembangunan tenaga suria adalah lebih perlahan berbanding dengan kemajuan pesat dalam bidang seperti komputer atau gentian optik. Ini sebahagiannya kerana permintaan untuk maklumat sangat kuat, dan sumber tenaga konvensional telah mencukupi untuk memenuhi keperluan manusia. Krisis minyak 1973 dan isu pencemaran alam sekitar pada 1990-an telah mempercepatkan pembangunan kuasa fotovoltaik suria. Berikut adalah peristiwa penting dalam sejarah teknologi fotovoltaik solar:

• 1893: Saintis Perancis Becquerel menemui "kesan fotovoltaik".
• 1876: Adams dan lain-lain menemui kesan fotovoltaik keadaan pepejal pada logam dan selenium.
• 1883: "sel fotovoltaik selenium" pertama telah dibuat, digunakan sebagai peranti sensor.
• 1930: Schottky mencadangkan teori "kesan fotovoltaik" dalam halangan Cu2O.
• 1954: Bell Labs membangunkan sel solar silikon kristal tunggal praktikal pertama dengan kecekapan 6%.
• 1962: Kecekapan penukaran fotovoltaik sel solar galium arsenide mencapai 13%.
• 1978: AS membina stesen janakuasa fotovoltaik solar 100 kWp di atas tanah.
• 1990: Jerman melancarkan "Program Suria Atas Bumbung 2000".
• 1995: Sel solar galium arsenide pekat berkecekapan tinggi mencapai kecekapan 32%.
• 1997: AS mencadangkan "Program Jutaan Bumbung Suria", bertujuan untuk memasang sel solar di 1 juta rumah.

2. Pengenalan kepada Sel Suria

Sel suria, juga dikenali sebagai cip suria atau sel fotovoltaik, adalah filem nipis semikonduktor yang secara langsung menukar cahaya matahari kepada elektrik menggunakan kesan fotovoltan. Satu sel solar tidak boleh digunakan sebagai sumber kuasa; beberapa sel perlu disambung secara bersiri atau selari dan dimeterai bersama untuk membentuk panel solar. Panel solar adalah komponen teras sistem penjanaan kuasa solar dan bahagian yang paling kritikal.

Jenis-jenis Tenaga Suria

• Penggunaan Terma Suria: Sinaran suria ditukar kepada tenaga haba, yang boleh digunakan untuk penjanaan kuasa haba.
• Penjanaan Kuasa Fotovolta Suria: Sinaran suria ditukar kepada elektrik melalui peranti penukaran fotovoltan, terutamanya berdasarkan prinsip kesan fotovoltan.

3. Prinsip Kerja Sel Suria

Sel suria berfungsi berdasarkan prinsip kesan fotovoltaik. Apabila cahaya matahari mengenai bahan semikonduktor, foton dengan tenaga yang lebih besar daripada celah jalur merangsang elektron dan mencipta pasangan lubang elektron. Pembawa bukan keseimbangan ini dipisahkan oleh medan elektrik terbina dalam di persimpangan PN, dengan elektron bergerak ke arah kawasan jenis N dan lubang ke arah kawasan jenis P. Ini mewujudkan potensi elektrik merentasi simpang PN. Apabila plumbum logam dilekatkan pada lapisan jenis P dan jenis N dan disambungkan kepada beban luaran, arus mengalir melalui litar luaran, menjana kuasa elektrik.

4. Ciri-ciri Sel Suria

Ciri-ciri utama sel solar termasuk:

• Voltan Keluaran Ternilai: Di bawah keadaan cahaya standard (sinar 1000 W/m², suhu 25°C), voltan keluaran adalah kira-kira 0.48V.
• Pekali Suhu Negatif: Untuk setiap kenaikan suhu 1°C, voltan turun lebih kurang 2mV.
• Output Kuasa: Kuasa keluaran sel suria berbeza-beza mengikut keamatan cahaya matahari, keadaan iklim, masa dan lokasi. Pada hari yang cerah sekitar tengah hari, output kuasa hampir dengan nilai undian.

5. Pemilihan Sel Suria

Apabila memilih sel solar, kuasa keluaran adalah faktor utama. Syarat ujian standard ialah:

• Penyinaran: 1000 W/m²
• Jisim Udara: AM1.5
• Suhu Sel: 25°C

Keadaan ini secara kasar menyerupai cahaya matahari pada waktu tengah hari pada hari yang cerah. Pada hakikatnya, kuasa keluaran sel suria akan turun naik disebabkan oleh variasi dalam keadaan cahaya dan faktor persekitaran.

6. Kesan Photovoltaic

Kesan fotovoltaik merujuk kepada fenomena di mana cahaya menyebabkan perbezaan potensi antara bahagian berlainan semikonduktor atau gabungan semikonduktor-logam. Dalam sel suria, kesan ini digunakan untuk menukar tenaga suria kepada elektrik. Prinsip teras sel suria bergantung pada persimpangan PN, yang mewujudkan medan elektrik yang memisahkan elektron dan lubang, menjana voltan dan dengan itu arus.

7. Sistem Penjanaan Kuasa Suria

Sistem tenaga suria boleh dibahagikan kepadaluar griddanbersambung gridsistem. Komponen sistem ini sedikit berbeza:

Sistem Penjanaan Tenaga Suria Luar Grid

Sistem ini digunakan di kawasan tanpa akses kepada grid dan secara amnya termasuk komponen berikut:

• Tatasusunan Sel Suria: Berbilang modul panel solar disusun dan disambungkan dalam corak tertentu.
• Bateri Penyimpanan Tenaga: Digunakan untuk menyimpan elektrik untuk kegunaan ketika matahari tidak bersinar.
• Pengawal: Mengawal proses pengecasan bateri simpanan tenaga dan termasuk pelbagai fungsi perlindungan untuk memastikan operasi yang selamat dan stabil.
• Penyongsang: Menukarkan elektrik DC yang disimpan kepada elektrik AC.
• Kotak Agihan dan Wayar Penyambung: Digunakan untuk menyambung dan mengurus komponen sistem dan output kuasa.

Sistem Penjanaan Kuasa Suria Bersambung Grid

Sistem ini digunakan di kawasan yang mempunyai akses grid, dan ia boleh menyalurkan lebihan elektrik kembali ke grid. Komponen utama termasuk:

• Tatasusunan Sel Suria: Berbilang modul panel solar disambungkan bersama.
• Bateri Penyimpanan Tenaga: Digunakan untuk menyimpan elektrik.
• Penyongsang Berikat Grid: Menukarkan elektrik DC daripada storan kepada elektrik AC yang sesuai untuk grid.
• Kotak Agihan dan Wayar Penyambung: Digunakan untuk menyambung dan mengurus komponen sistem dan output kuasa.