Budowa ogniwa fotowoltaicznego i zasady jego działania

Ogniwo fotowoltaiczne to jeden z podstawowych elementów, które składają się na instalację fotowoltaiczną. To tutaj zachodzi zjawisko wyłapywania energii pochodzącej ze Słońca, by potem mogła ona zostać zamieniona w energię elektryczną o odpowiednim napięciu, natężeniu i częstotliwości. Z czego jest zbudowane, jak działa i jakie zjawisko konkretnie w nim zachodzi?

Ogniwo fotowoltaiczne – budowa

Ogniwo fotowoltaiczne występuje pod różnymi nazwami: fotoogniwo, ogniwo słoneczne lub ogniwo fotoelektryczne. Bez względu na nazwę, jedno jest pewne – to elementarne części paneli fotowoltaicznych. Aby mógł zajść w nich odpowiedni proces przemiany energii słonecznej w energię elektryczną, muszą być zbudowane z materiałów półprzewodzących. Zwykle są to krzem, selen lub german. Ogniwa łączy się w szereg (połączenie szeregowe) i w ten sposób otrzymujemy baterie słoneczne.

W dużym uproszczeniu, ogniwo fotowoltaiczne składa się z dwóch warstw półprzewodnika. Znajdująca się na górze pierwsza z nich stanowi cienką i przezroczystą powłokę. Nad nią umiejscawia się elektrodę ujemną i powłokę antyrefleksyjną. Spód stanowi elektroda dodatnia. Druga, dolna warstwa jest grubsza. Obie warstwy oddzielone są odpowiednią barierą potencjałów, opartą o złącza p-n, czyli półprzewodników niesamoistnych. Taka konstrukcja jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania systemu.

Obecnie najbardziej zaawansowaną opcję stanowią ogniwa monokrystaliczne. Rozpoznamy je po czarnym kolorze. Charakteryzują się one największą efektywnością. Wybierając właśnie te panele możemy liczyć na najbardziej wydajną produkcję energii elektrycznej przy wykorzyst04aniu jak mniejszej powierzchni. Ich sprawność to około 15% – 19%.

Kolor niebieski ogniw to prawie na pewno panele polikrystaliczne. „Prawie na pewno”, gdyż można je pomylić z kolektorami solarnymi o takiej samej barwie. Choć jeszcze nie tak dawno to właśnie panele polikrystaliczne były najbardziej popularne, obecnie ogniwa monokrystaliczne zaczynają je zastępować. Choć osoby dysponujące większą powierzchnią wybierają bardziej przystępną cenowo opcje, w praktyce jest ona jednak mniej efektywna. Jej sprawność to około 14%-16%.

Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego

Zadaniem ogniw fotowoltaicznych jest zamiana energii słonecznej w energię elektryczną. Jak to się dzieje? Do ogniwa dociera światło, które jak wiemy, w swojej najmniejszej skali składa się z fotonów. Krzem w ogniwie pochłania foton i wybija elektron z jego pozycji, w ten sposób zmuszając go do ruchu, a jak wiemy z lekcji fizyki, ruch elektronów to przepływ prądu elektrycznego.

Czy to wszystko?

Samo uzyskanie energii elektrycznej w wyżej opisanym procesie to nie wszystko. Na poziomie ogniw wytwarza się bowiem prąd stały, a w naszych domowych gniazdkach posiadamy prąd zmienny. Dlatego do prawidłowego funkcjonowania instalacji potrzebny jest falownik zwany również inwerterem. Jest to bardzo ważna część całego systemu, bo to jego zadaniem jest zamiana prądu stałego na prąd zmienny. Ostatnio, w najbardziej nowoczesnych i zaawansowanych instalacjach stosuje się mikroinwertery, wpinane bezpośrednio w każde ogniwo. W ten sposób podnosi się wydajność działania fotowoltaiki do optymalnego poziomu.

5 rzeczy o ogniwach, które warto wiedzieć

1. Najbardziej wydajnym rodzajem ogniw fotowoltaicznych są ogniwa monokrystaliczne, czyli te które rozpoznamy po czarnym kolorze. Stilo Energy używa w swoich instalacjach właśnie tego rodzaju ogniw. Wydajność względem paneli polikrystalicznych jest nieporównywalna. Poza tym liczy się także oszczędność miejsca, co w kontekście ergonomii ma ogromne znaczenie.
2. Ogniw słonecznych używa się również w zasilaniu elektroniki użytej na promach kosmicznych i sondach, sztucznych satelitach ziemi. Wszak skądś energię trzeba czerpać, wszędzie tam gdzie nie da się użyć klasycznych metod paliwowych. Dlatego fotowoltaika stanowi inspirację dla wielu posiadaczy niezależnych gospodarstw, umiejscowionych na terenach, do których nie dociera elektryfikacja.
3. Pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne ma niewielką moc (ok. 0,4,-0,5W), dlatego właśnie łączy się je szeregowo bądź równolegle, by uzyskać pożądaną wartość, która odpowiada użytkownikowi.
4. Fotowoltaika jest najłatwiej osiągalną i najbardziej wydajną z opcji. Dlatego, że światło z naszej najbliższej gwiazdy dociera niemal wszędzie w takim samym stopniu.
5. Fotowoltaika jest nie tylko sposobem na oszczędność konkretnych środków finansowych. Jest również znakomitym sposobem na walkę z zanieczyszczeniami powietrza. W dobie wszechobecnego smogu, stanowi remedium względem zanieczyszczonego powietrza, którym wszyscy jesteśmy zmuszeni oddychać. Warto jednak zaznaczyć, że w przeciwieństwie do środków powierzchownych i działających raczej na poziomie zwalczania objawów, energia ze Słońca to likwidowanie przyczyn.

Jeśli zainteresował Cię temat fotowoltaiki lub chciałbyś uzyskać pomoc przy pozyskaniu dofinansowania do instalacji zachęcamy do kontaktu za pośrednictwem formularza kontaktowego.