Budowa ogniwa fotowoltaicznego i zasada działania
Budowa ogniwa fotowoltaicznego – podstawowego elementu modułów PV
Wytwarzanie energii z fotowoltaiki nie byłoby możliwe bez ogniw fotowoltaicznych. To elementy, które znajdują się w modułach fotowoltaicznych. Ogniwa są zbudowane z dwóch warstw półprzewodników – materiałów, które doskonale przewodzą prąd.
Pierwsza, półprzezroczysta warstwa (typu n – negative) jest skierowana w stronę światła słonecznego. Znajduje się w niej więcej elektronów niż protonów, przez co ma ładunek ujemny. Ten efekt osiąga się najczęściej poprzez zastosowanie domieszki fosforu.
Druga warstwa, typu p (positive), znajdują się atomy bez elektronów – w ich miejsce powstają tzw. dziury. Ten element ma ładunek dodatni dzięki domieszce boru.
Pomiędzy warstwami n i p znajduje się złącze p-n. Ten element jest szczególnie ważny, ponieważ to właśnie tam wytwarza się pole elektryczne, niezbędne podczas fotoemisji.
Taka jest budowa ogniwa fotowoltaicznego w podstawowej wersji. Obecnie produkuje się także bardziej zaawansowane rodzaje ogniw, np. II generacji – ze związkami miedzi, galu, indu, III generacji – bez złącz półprzewodnikowych p-n czy ogniwa PERC, z dodatkową warstwą półprzewodnika na spodzie.
Rodzaje ogniw fotowoltaicznych
Moduły fotowoltaiczne dzieli się na monokrystaliczne i polikrystaliczne. Ten podział uwzględnia rodzaj ogniw fotowoltaicznych, jakie znajdują się w ich wnętrzu:
- ogniwa monokrystaliczne – wykonane z jednolitego krzemu wycinanego z monokryształów;
- ogniwa polikrystaliczne – wykonane ze stopionych ze sobą kryształów krzemu.
To, jakie ogniwa fotowoltaiczne znajdują się w modułach, wpływa na efektywność całej instalacji. Gdy zależy Ci na jak największej mocy i sprawności, postaw na moduły monokrystaliczne. W przypadku modułów polikrystalicznych sprawność jest niższa z uwagi na przerwy pomiędzy poszczególnymi kryształami. Ich zaletą jest z kolei niższa cena i wysoka estetyka – idealnie gładka, czarna lub granatowa powierzchnia.
Warto wspomnieć o jeszcze jednym rodzaju ogniw, amorficznych. Takie ogniwa zawierają krzem w nieskrystalizowanej postaci. Obecnie moduły amorficzne stosuje się dość rzadko, z uwagi na ich niską sprawność (wynoszącą ok. 10%).
Jak działa ogniwo fotowoltaiczne? Czym jest efekt fotowoltaiczny?
Proces przetwarzania energii słonecznej w energię elektryczną jest możliwy dzięki tzw. efektowi fotowoltaicznemu (inna nazwa: zjawisko fotowoltaiczne). Budowa ogniwa fotowoltaicznego pozwala na to, by takie zjawisko zachodziło zawsze, gdy docierają do niego promienie słoneczne.
Gdy foton (cząsteczka światła) trafia do pierwszej warstwy ogniwa, „wybija” elektron z atomu krzemu i wymusza jego ruch. Dochodzi wówczas do sytuacji, gdy elektrony trafiają do warstwy n, a „dziura” powstała po ich wybiciu do warstwy p. To powoduje, że na złączu powstaje napięcie elektryczne (różnica potencjałów) i w ten sposób generowana jest energia elektryczna.
Działanie ogniwa fotowoltaicznego jest stosunkowo proste – warto jednak pamiętać, że tylko prawidłowo działające, nieuszkodzone ogniwo jest w stanie efektywnie przetwarzać energię słoneczną na elektryczną.
Jak zapobiegać uszkodzeniom? Przede wszystkim dzięki regularnym przeglądom i pracom konserwacyjnym, a także odpowiedniemu dbaniu o moduły fotowoltaiczne na co dzień. Dowiedz się więcej tutaj: Dobre nawyki przy korzystaniu z instalacji fotowoltaicznej.
Co dzieje się z energią wytworzoną w ogniwie fotowoltaicznym?
Moc jednego ogniwa wynosi ok. 4-5 watów. To zdecydowanie za mało, by odpowiadać na zapotrzebowanie energetyczne jakiejkolwiek instalacji, domowej czy przemysłowej. Aby działanie ogniw fotowoltaicznych było efektywne, łączy się je ze sobą równolegle w modułach fotowoltaicznych. Im więcej ogniw i modułów, tym większa moc instalacji i ilość wytwarzanej energii. Sprawdź także, Ile energii produkuje panel fotowoltaiczny.
Ogniwa zamieniają energię słoneczną w energię prądu stałego (DC). Tymczasem urządzenia elektryczne działające w gospodarstwie domowym czy firmie potrzebują innego rodzaju energii – prądu przemiennego. Właśnie dlatego elementem każdej instalacji fotowoltaicznej jest falownik (więcej na temat elementów instalacji PV znajdziesz tutaj: Z czego składa się system fotowoltaiki?).
To urządzenie, w którym dochodzi do zmiany energii prądu stałego w energię prądu przemiennego. Dopiero dzięki takiemu procesowi energię z fotowoltaiki można wykorzystać na bieżąco do własnych potrzeb, przechowywać w magazynie lub przekazać jej nadwyżkę do sieci.
To właśnie działanie ogniwa fotowoltaicznego pozwala na korzystanie z odnawialnych źródeł energii. Warto pamiętać o tym na co dzień – wybór wysokiej jakości modułów i dbanie o ich dobry stan techniczny oraz utrzymanie w czystości sprawi, że ogniwa będą przetwarzały energię słoneczną z pełną wydajnością.
