עקרון ייצור החשמל של פאנלים סולאריים

השמש זורחת על צומת ה-PN של מוליך למחצה, ויוצרת זוג חור-אלקטרון חדש. תחת פעולת השדה החשמלי של צומת ה-PN, החור זורם מאזור P לאזור N, והאלקטרון זורם מאזור N לאזור P. כאשר המעגל מחובר, נוצר זרם. כך פועלים תאי שמש בעלי אפקט פוטואלקטרי.

ייצור אנרגיה סולארית ישנם שני סוגים של ייצור אנרגיה סולארית, האחד הוא מצב המרה של אור-חום-חשמל, והשני הוא מצב המרה ישיר של אור-חשמל.

(1) שיטת המרת אור-חום-חשמל משתמשת באנרגיה תרמית הנוצרת מקרינת השמש כדי לייצר חשמל. בדרך כלל, האנרגיה התרמית הנספגת מומרת לקיטור של תווך העבודה על ידי קולט השמש, ולאחר מכן טורבינת הקיטור מופעלת כדי לייצר חשמל. התהליך הראשון הוא תהליך המרת אור-חום; התהליך השני הוא תהליך המרת חום-חשמל.

(2) האפקט הפוטואלקטרי משמש להמרת אנרגיית קרינת השמש ישירות לאנרגיה חשמלית. ההתקן הבסיסי של ההמרה הפוטואלקטרית הוא תא סולארי. תא סולארי הוא התקן הממיר ישירות אנרגיית אור שמש לאנרגיה חשמלית עקב אפקט וולט פוטואלקטרי. זוהי פוטודיודה מוליך למחצה. כאשר השמש זורחת על הפוטודיודה, הפוטודיודה תהפוך את אנרגיית אור השמש לאנרגיה חשמלית ותייצר זרם. כאשר תאים רבים מחוברים בטור או במקביל, ניתן ליצור מערך מרובע של תאים סולאריים בעלי הספק יציאה גדול יחסית.

כיום, סיליקון גבישי (כולל פוליסיליקון וסיליקון חד-קריסטלי) הוא החומר הפוטו-וולטאי החשוב ביותר, נתח השוק שלו הוא יותר מ-90%, ובעתיד למשך תקופה ארוכה עדיין יהיה החומר המרכזי של תאים סולאריים.

במשך זמן רב, טכנולוגיית הייצור של חומרי פוליסיליקון נשלטה על ידי 10 מפעלים של 7 חברות ב-3 מדינות, כמו ארצות הברית, יפן וגרמניה, ויצרה מצור טכנולוגי ומונופול שוק.

הביקוש לפוליסיליקון מגיע בעיקר ממוליכים למחצה ותאים סולאריים. על פי דרישות הטוהר השונות, הן מחולקות לרמת אלקטרונית ולרמת סולארית. ביניהם, פוליסיליקון ברמה אלקטרונית מהווה כ-55%, ופוליסיליקון ברמה סולארית מהווה 45%.

עם ההתפתחות המהירה של תעשיית הפוטו-וולטאית, הביקוש לפוליסיליקון בתאים סולאריים גדל מהר יותר מפיתוח פוליסיליקון מוליך למחצה, וצפוי כי הביקוש לפוליסיליקון סולארי יעלה על זה של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית עד שנת 2008.

בשנת 1994, הייצור הכולל של תאים סולאריים בעולם עמד על 69 מגה-וואט בלבד, אך בשנת 2004 הוא עמד על קרוב ל-1200 מגה-וואט, עלייה פי 17 בתוך 10 שנים בלבד. מומחים צופים כי תעשיית הפוטו-וולטאית הסולארית תעקוף את האנרגיה הגרעינית כאחד ממקורות האנרגיה הבסיסיים החשובים ביותר במחצית הראשונה של המאה ה-21.