Ogniwo słoneczne to podstawowy element instalacji fotowoltaicznej, które nie występują samodzielnie, ponieważ szereguje się je w panele fotowoltaiczne. Pojedyncze fotoogniwo ma postać czarnej lub granatowej płytki, która wykonana jest z cienkiej warstwy krystalicznych półprzewodników. Najczęściej jest to krzem (Si), ale część ogniw zbudowana jest z germanu (Ge) lub selenu (Se). Za użyciem krzemu do budowy ogniw fotowoltaicznych przemawia fakt, że ten pierwiastek posiada na ostatniej powłoce aż cztery elektrony walencyjne. A należy tutaj zaznaczyć, że zjawisko fotoemisji zachodzi najszybciej w atomach posiadających ich największą ilość. Z tego też powodu krzem łączy się z innymi pierwiastkami jak selen, aby uzyskać większą liczbę elektronów walencyjnych.
Przeczytaj także:
Ogniwo słoneczne – zasada działania ogniwa fotowoltaicznego
Ogniwa fotowoltaiczne w panelach słonecznych zbudowane jest z dwóch warstw półprzewodnika. Pierwszą z nich jest warstwa N, która jest cienka i przezroczysta, umiejscowiona na górze. Nad nią umieszcza się elektrodę ujemną i powłokę antyrefleksyjną. Na spodzie natomiast znajduje się elektroda dodatnia. Druga warstwa znajduje się na dole. Jest grubsza i oznaczana jako typ P. Obie te warstwy oddzielone są barierą potencjałów stworzoną przez złącza P-N. Ogniwa słoneczne działają dzięki zjawisku fotowoltaicznemu, znanemu fizyce już od XIXw. Pod wpływem promieniowania słonecznego w ciele stałym pojawia się siła elektromagnetyczna, a ta dzięki specjalnej konstrukcji i materiałom zamienia się w napięcie elektryczne. Wysokość napięcia reguluje się za pomocą połączenia szeregowego ich większej ilości (połączenie w panele o określonej mocy), a w dalszych etapach za pomocą sterowania elektronicznego.
Rodzaje ogniw słonecznych
Ogniwa słoneczne dzielimy ze względu na generację oraz rodzaj użytych kryształów:
- Ogniwa I generacji
- ogniwa monokrystaliczne (czarne)
- ogniwa polikrystaliczne (niebieskie)
- Ogniwa II generacji (cienkowarstwowe)
- ogniwa cienkowarstwowe
- ogniwa elastyczne
- Ogniwa III generacji (w trakcie badań)
- ogniwa barwnikowe
- ogniwa polimerowe
Ogniwa PV – co się dzieje w ich środku?
W pierwszej kolejności fotony (typ P) zderzają się z elektronami, do których przekazują całą swoją energię. Jeśli jest jej wystarczająco dużo, dochodzi wtedy do zjawiska fotoemisji, a więc do wybicia elektronów z orbit atomowych. Każda z nich uzyskuje przez to ładunek +E, natomiast w miejscu elektronu, którego już nie ma powstaje dziura (typ N). Właśnie to przemieszczenie się ładunków powoduje, że powstaje różnica potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
Ogniwa cięte na pół
Standardowe ogniwa mają wymiary 156×156 mm, jednak w modułach fotowoltaicznych half cut mają one wymiary 156×78 mm. Dzięki temu z 60 ogniw w tradycyjnym module otrzymuje się ich 120. Cechują się one wysoką wydajnością i lepszą pracą przy częściowo zacienionym module. Ze względu na ich wysoką wydajność i mniejsze straty wynikające z ewentualnego zacienienia panele half cut są wybierane przez osoby, które chcą produkować prąd elektryczny przy pomocy ogniw słonecznych. Takie ogniwa połówkowe to mniejsze straty i większa moc, a dzięki ich zastosowaniu można zmniejszyć straty na linii ogniw PV – panele PV nawet do czterech razy.
Ogniwa fotowoltaiczne z warstwą PERC
Ogniwa do produkcji energii elektrycznej z warstwą PERC w spodniej warstwie posiadają dodatkową warstwę dielektryka. Pełni on funkcję izolatora elektrycznego, który działa na zasadzie reflektora. Promienie słoneczne, które docierają do dolnej warstwy płytki, ale nie wygenerowały elektronu, odbijają się i dzięki temu mają dodatkową szansę na wytworzenie energii słonecznej.
Ogniwa perowskitowe – co to jest?
Technologia ogniw perowskitowych to innowacyjna alternatywa dla ogniw krzemowych. Wykonane z perowskitu są lekkie, bardzo cienkie i elastyczne, co pozwala je zintegrować z fasadami budynków, czy też pokryciami dachów. Pozwala to uzyskiwać energię ze znacznie większej powierzchni. Moduły perowskitowe mogą być transparentne, dlatego instalacje z nich zbudowane znajdują z powodzeniem zastosowanie w nowoczesnym budownictwie. Dzięki tej technologii zamienione promieniowanie słoneczne w energię elektryczną można wykorzystywać w każdym domu, biurowcu, czy też bloku mieszkalnym. Moduły perowskitowe zachowują wysoką wydajność produkcji energii elektrycznej, są ekologiczne i można nimi pokryć praktycznie każdą powierzchnię.
Zastosowania ogniw słonecznych
Ogniwa słoneczne dzięki swojej trwałości i rozmiarom można znaleźć niemal wszędzie, od kalkulatora, przez elektrownie i nowoczesne auta po stacje kosmiczne. Bazują one na procesie przemiany promieniowania słonecznego na energię elektryczną i są swojego rodzaju elektrowniami wykorzystującymi odnawialne źródła energii (OZE). Poza zasilaniem w energię gospodarstw domowych czy zakładów przemysłowych są również elementami dużych farm słonecznych, których zadaniem jest produkcja prądu elektrycznego na wielką skalę. Ponadto są one używane punktowo w infrastrukturze miejskiej i np. zasilają światła drogowe czy parkomaty. Mają one zastosowanie również w technologiach kosmicznych ze względu na bezobsługowość i długą żywotność.
Panele fotowoltaiczne a kolektory słoneczne – różnica
Instalacje fotowoltaiczne i kolektory słoneczne różnią się od siebie głównie przeznaczeniem tych urządzeń. Kolektory odpowiadają za przetwarzanie promieniowania słonecznego w energię cieplną, co pozwala podgrzewać wodę. Natomiast z ogniw fotowoltaicznych umieszczonych w panelach powstaje prąd. Pozyskana energia elektryczna może być wszechstronnie wykorzystywana – do zasilania urządzeń elektrycznych, oświetlenia budynku, a także zasilania pompy ciepła.