Fotowoltaika (PV) jest procesem wytwarzania energii elektrycznej z promieniowania słonecznego. Zawdzięczamy to efektowi fotowoltaicznemu. Pod wpływem promieniowania słonecznego absorbowanego przez półprzewodnik z barierą potencjału następuje generacja ujemnego i dodatniego ładunku. Ładunki te są rozdzielane i zbierane na elektrodach.
System fotowoltaiczny zbudowany jest z modułów składających się z ogniw wykonanych z półprzewodników. Większość ogniw opiera się na złączu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p. W efekcie powstaje różnica potencjałów, czyli napięcie elektryczne.
Jeśli spotykamy skrót kWp oznacza to moc systemu fotowoltaicznego. kWp określa moc prądu stałego (DC), który musi zostać wyprodukowany przez dany system w optymalnej temperaturze i nasłonecznieniu. Prąd przed dostarczeniem do urządzeń lub do sieci elektroenergetycznej jest zamieniany w inwerterze na prąd zmienny (AC).
Do najważniejszych elementów systemu fotowoltaicznego zaliczamy panele fotowoltaiczne, inwerter oraz system montażowy (dobrany wg potrzeb).
Rodzaje ogniw fotowoltaicznych:
I generacja
Ogniwa oparte na złączach p-n
- Ogniwa monokrystaliczne –– ogniwa w tych panelach wyprodukowane są z jednego dużego monokryształu krzemu. Zazwyczaj mają barwę ciemnoniebieską do czarnej. Często mają zaokrąglone lub ścięte rogi ze względu na fakt, że monokryształ krzemu w przekroju jest kołem. Charakteryzują się wysoką sprawnością ok. 18-22% oraz wysoką ceną.
- Ogniwa polikrystaliczne – mają niższą sprawność energetyczną od 14 do 18%, wykonane są z wykrystalizowanego krzemu. Posiadają niebieski kolor i wyraźnie zarysowane kryształy krzemu.
- Moduły słoneczne z ogniw quasi-monokrystalicznych – w tym typie zastosowano hybrydowe ogniwa, w których centralna część jest monokryształem, a na obrzeżach znajduje się krzem polikrystaliczny. Zaletą tych paneli jest wysoka sprawność zbliżona do paneli monokrystalicznych przy zachowaniu niższej ceny. Baterie te ukazały się powszechnie na rynku na przełomie lat 2011/2012.
- Ogniwa amorficzne – należą do najtańszych, charakteryzują się niską sprawnością w przedziale od 6-10%. Wykonane są z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu.
II generacja
Zbudowane z telluryku kadmu (CdTe), mieszaniny miedzi, indu, galu, selenu (CIGS). Od ogniw I generacji różnią się znacznie cieńszą warstwą półprzewodnika absorbującego światło, która wynosi od 1-3 mikrometrów. Są tańsze w produkcji, jednak posiadają też niższą sprawność, która wynosi od 7 do 15 %.
- moduły słoneczne CIGS/CIS – materiałem półprzewodnikowym w tym typie jest mieszanina miedzi, indu, galu i selenu (CIGS) lub miedzi, indu i selenu (CIS). Nie obserwuje się wyróżniających się ogniw, materiał półprzewodnikowy przybiera barwę czarną. Ten typ modułu słonecznego cechuje relatywnie niska cena oraz umiarkowana sprawność.
- moduły słoneczne CdTe – materiałem półprzewodnikowym jest tellurek kadmu CdTe przybierający barwę czarną. Nie wyróżnia się tu ogniw, tworzą one jednolitą formację. Moduły tego typu mają niską cenę i umiarkowaną sprawność.
III generacja
Pozbawione są złącza p-n niezbędnego przy produkcji ogniw fotowoltaicznych z wykorzystaniem tradycyjnych półprzewodników. Obecnie najbardziej popularne to:
- ogniwa DSSC (Dye Sensitized Solar Cells) – ogniwa barwnikowe, oparte na zasadzie sztucznej fotosyntezy. Działają z dwóch stron, również w warunkach niskiego nasłonecznienia w świetle rozporoszonym i świetle odbitym. Można je stosować na fasadach, szklanych elementach budynków, a nawet na elektronice użytkowej.
- Ogniwa organiczne z wykorzystaniem polimerów
Ogniwa III generacji charakteryzują się prostą oraz tanią produkcją. Obecnie trwają prace nad poprawą ich sprawności, która osiąga wartość kilku procent.
Zalety fotowoltaiki:
- bezpośrednie wytwarzanie energii elektrycznej
- sprawność przetwarzania energii jest taka sama niezależnie od skali produkcji
- w czasie produkcji energii nie powstają szkodliwe dla zdrowia i życia gazy
- konserwacja i obsługa nie wymagają dużych nakładów
- moc jest wytwarzana pomimo pochmurnych dni (wykorzystywanie światła rozproszonego)
Więcej informacji na temat fotowoltaiki znajdą Państwo na stronie gsfotowoltaika.pl oraz w zakładce Fotowoltaika.
Źródło: Szymański B., 2013. Małe instalacje fotowoltaiczne, Kraków; zielonaenergia.eco.pl, gsfotowoltaika.pl
