Mi az a fotovotaika?

A fenti diagram egy alapvető fotovoltaikus elem, más néven napelem működését szemlélteti. A napelemek ugyanolyan típusú félvezető anyagokból, például szilíciumból készülnek, amelyeket a mikroelektronikai iparban használnak. A napelemeknél egy vékony félvezető lapkát speciálisan kezelnek, hogy elektromos mezőt alkossanak, egyik oldalon pozitív, a másikon negatív. Amikor fényenergia éri a napelemet, az elektronok kiszakadnak a félvezető anyagában lévő atomokból. Ha a pozitív és negatív oldalakhoz elektromos vezetőket erősítenek, amelyek elektromos áramkört alkotnak, az elektronok elektromos áram - azaz elektromosság - formájában befoghatók. Ezt az elektromosságot ezután egy terhelés, például lámpa vagy szerszám táplálására lehet használni.

Számos, egymással elektromosan összekapcsolt és tartószerkezetbe vagy keretbe szerelt napelemet fotovoltaikus modulnak nevezünk. A modulokat úgy tervezték, hogy bizonyos feszültségű áramot lássanak el, például egy általános 12 voltos rendszerben. A termelt áram közvetlenül függ attól, hogy mennyi fény éri a modult.

Napjaink legelterjedtebb PV-eszközei egyetlen csomópontot vagy interfészt használnak elektromos mező létrehozására egy félvezetőben, például egy PV-cellában. Egy egypontos PV cellában csak azok a fotonok szabadíthatnak fel elektront egy elektromos áramkör számára, amelyek energiája egyenlő vagy nagyobb, mint a cella anyagának sávköze. Más szavakkal, az egycsatlakozású cellák fotovoltaikus válasza a nap spektrumának arra a részére korlátozódik, amelynek energiája meghaladja az elnyelő anyag sávközét, és nem használnak alacsonyabb energiájú fotonokat.

Ennek a korlátozásnak a megkerülésének egyik módja az, hogy két (vagy több) különböző cellát használnak, amelyek egynél több sávréssel és egynél több csomóponttal rendelkeznek, hogy feszültséget állítsanak elő. Ezeket "multijunction" sejteknek (más néven "kaszkád" vagy "tandem" sejteknek) nevezik. A többcsatlakozásos eszközök nagyobb teljes konverziós hatásfokot érhetnek el, mivel a fény energiaspektrumának nagyobb részét képesek elektromos árammá alakítani.

Amint az alábbiakban látható, a többcsatlakozós eszköz egyedi, egycsatlakozású cellák halmaza a sávköz (pl.) csökkenő sorrendjében. A felső cella felfogja a nagy energiájú fotonokat, és a többi fotont továbbadja, hogy az alsó sávú cellák elnyeljék.