再生能源滿足ESG供電需求 太陽能系統配置五花八門
太陽的大量級熱能使其成為一種非常具有吸引力的能量來源，可以直接轉化為直流電和熱能。太陽能是地球上乾淨、豐富且取之不盡的可再生能源。太陽能電池板或使用面板(SPV面板)的太陽能光伏系統布置在屋頂或太陽能農場中，使太陽輻射落在太陽能板上，以推動將太陽光輻射轉化為電能的反應。
太陽能可為單個建築物供電，也可用於工業規模。小規模使用時，額外的電力可以儲存在電池中或饋入電網。太陽能使用範圍無邊界，可用於微型太陽能光伏板功率計算機、玩具和電話亭，唯一的限制是如何以符合成本效益的方式將其轉化為電力。
太陽能光伏系統定義
太陽能光伏系統將太陽能轉化為電能，就像電池將化學能轉化為電能、汽車發動機將化學能轉化為機械能，或是電動車的電動馬達將電能轉化為機械能一樣。SPV電池(Cell)將太陽能轉化為電能。太陽能電池並非利用太陽的熱量產生電能，而是透過入射光與半導體材料相互作用產生電能。
電可以定義為電子的流動。太陽能光伏系統提供能量使電子遠離原子核，以此創造電流。價電子在仍與母原子結合的電子中，具有最高能級。從原子中完全除去電子需要額外的能量，因此，自由電子比價電子具有更高的能級。
圖1為能帶圖，其中顯示兩個能級：價帶和導帶。價電子位於價帶中，自由電子位於較高導帶中。在半導體中，價帶和導帶之間存在間隙，因此，必須為價電子提供能量以進入導帶。
圖1 能帶圖
太陽能光伏系統簡介
運作原理
當純矽處於0K的溫度時，外層電子殼的所有位置皆占滿。因此，價帶完全充滿，導帶完全淨空。價電子具有最高的能量，從原子中除去所需的能量(游離能)最少。以鉛原子為例，第一個電子(氣態原子)的游離能為716kJ/mol，第二個電子則為1450kJ/mol。矽的對應值為786和1577kJ/mol。
每個移動到導帶的電子在價鍵中留下一個電洞，矽晶體中的電洞可以像自由電子一樣在晶體周圍移動。電洞移動的方式如下：電洞附近鍵結的電子跳入電洞，留下不完整的鍵結，形成新的電洞。來自附近鍵結的電子將隨著電洞而變化，在整個固體中隨機且不穩定地發送電洞；材料的溫度越高，電子和電洞的攪動幅度就越大，運動越多。
光產生電子和電洞是整個光伏效應的核心過程，但它本身並不產生電流。如果太陽能電池中沒有其他機制，光產生的電子和電洞會在晶體中隨機遊蕩一段時間，並在返回價位時經由熱失去能量。為了利用電子和電洞產生電力和電流，需要另一種機制：內置的位能障壁。光伏電池具有兩個夾在一起的薄矽晶圓，並連接至金屬線。
光伏電池包含一個障壁層，由分界線兩側彼此相對的相反電荷建立。這種位能障壁選擇性地將光產生的電子和電洞分開，避免電子和電洞重新連接並失去電能。這種電荷分離在電池的兩端之間建立了電壓差，可用於驅動外部電路中的電流。
光伏電池暴露在陽光下時，光子的光能束可以透過在P-N結處設置的電場將底部P層中的一些電子敲進N層。N層得到超額的電子後，發展出過量電子流，將額外的電子推開。這些多餘的電子被推入金屬線中，回到底部已經失去一些電子的P層。
節能效率
如今的太陽能光伏系統電池僅將約10~14%的輻射能轉化為電能。另一方面，化石燃料工廠將其燃料化學能的30~40%轉化為電能，而電化學電源轉換效率則要高得多，達90~95%。
使用太陽能光伏系統，設備效率約為15%，代表若每100W/m2入射輻射的電池表面為1m2，只有15W將傳遞到電路中。
太陽能電池製造
原材料使用石英，主要由二氧化矽(SiO2)組成，含有少量雜質，如鋰、鈉、鉀和鈦。使用矽晶圓製造太陽能電池的過程涉及三類產業，即使用石英生產太陽能電池的產業、從石英生產矽晶圓的產業，以及利用矽晶圓生產太陽能電池的產業。
光伏產業目前使用兩種主要途徑將原始多晶矽原料轉化為成品矽晶圓：直拉法(Cz法)的單晶途徑和方向性凝固(DS)的多晶途徑。這兩種方法的主要區別在於多晶矽如何熔化形成錠、錠的大小以及如何將錠塑造成磚塊以進行晶圓切片。
・直拉法
直拉法產生圓柱形錠，接著進行帶鋸和線鋸的多個步驟以生產晶圓。對於裝有初始裝料重量約為180kg的典型24英寸坩堝，需要大約35小時才能熔化裏頭的多晶矽。最終產物是一個圓柱形Cz錠，質量為150~200kg。為了留下金屬和其他污染物，有必要在坩堝中留下2~4kg的廢料。
・方向性凝固
多晶DS晶圓由更短但更寬、更重的錠製成，約800kg。當多晶矽在石英坩堝內熔化時，呈立方體狀。多晶矽熔化後，透過產生溫度梯度來誘導DS過程，其中坩堝的底面以一定的速率冷卻。與Cz錠類似，DS錠的一部分可以重熔，供以後使用。然而，就DS鑄錠而言，由於雜質濃度高，最頂部的部分通常不會回收再利用。
由於該過程從立方體形狀的熔煉坩堝開始，因此DS鑄錠和晶圓自然呈方形，可組成基於多晶的電池，這些電池基本上可以占據模組中的全部區域。生產典型的DS矽錠約需76個小時，從6×6的切口鋸成36塊磚，典型的成品磚全方形橫截面為156.75mm×156.75mm(表面積246cm2)，高為286mm，當晶圓厚度為180μm時，每塊成品可產生1,040個晶圓，每個晶圓有95μm的切割損失。因此，每個DS鑄錠可生產35,000~40,000片晶圓。
太陽能光伏系統配置方式
隨著全球排放標準越加嚴格，對太陽能、風力發電和儲能解決方案等可再生能源的需求將繼續上升。太陽能電池透過光伏效應儲存從太陽輻射或光能轉換為電能的能量，使用太陽能(PV)電池(也稱為太陽能光伏電池或光伏電池)，並不涉及電池中的化學反應。PV電池由半導體材料組成，結合部分金屬及絕緣體的性質，能夠將光轉化為電能。當光被半導體吸收時，光子可以將其能量傳遞給電子，進而產生電子流，並從半導體流至輸出引線。這些引線經由電子電路和逆變器連接到電池或電網，以控制和產生交流電。以下介紹不同的太陽能光伏系統電源使用方法。
獨立(或離網)SPV系統
此系統中，太陽能用於單個家庭、工業單位或小型社區。太陽能板產生的電力透過控制器傳送至電池儲存，電池的直流電轉為交流電；電負載(Electrical...
2022 年 11 月 24 日
