Na czym polega zjawisko fotowoltaiczne?

Instalacje fotowoltaiczne pozwalają generować prąd ze słońca. Chociaż w Polsce największą popularnością cieszą się dopiero od kilku lat zasada działania została odkryta przez francuskiego fizyka Edmonda Becquerela już w 1839 roku. Jednym z najważniejszych elementów instalacji są ogniwa, w których zachodzi zjawisko fotowoltaiczne.

Jak działa zjawisko fotowoltaiczne?

Zjawisko fotowoltaiczne, znane również jako efekt fotowoltaiczny, polega na przekształcaniu światła bezpośrednio w energię elektryczną za pomocą materiałów o właściwościach fotowoltaicznych. Głównym elementem w tym procesie są fotokomórki lub ogniwa fotowoltaiczne, które są wykonane z materiałów półprzewodnikowych, takich jak krzem (Si) lub tellur (Te).

Zasada działania fotowoltaiki opiera się na efekcie fotoelektrycznym, wyjaśniony przez Alberta Einsteina w 1905 roku, ale za odkrywcę uznaje się Aleksandra Edmunda Becquerela. Światło padające na powierzchnię fotokomórki oddziałuje z materiałem półprzewodnikowym, a energia fotonu jest absorbowana przez elektrony w materiale, co powoduje uwolnienie elektronu związanego z atomem. Uwolniony elektron może się swobodnie poruszać w materiale, tworząc prąd elektryczny.

W celu zwiększenia wydajności przekształcania światła na energię elektryczną, fotokomórki są często złożone z warstw o różnych właściwościach. Typowa fotokomórka składa się z dwóch warstw - warstwy półprzewodnika typu p i typu n. Warstwa p zawiera nadmiar dziur, a warstwa n zawiera nadmiar elektronów. Powstaje obszar zwanym złączem p-n.

Pod wpływem padającego światła fotony dostarczają energii elektronom w obszarze p-n, powodując przepływ elektronów z warstwy n do warstwy p, generując prąd elektryczny. Pprąd może być następnie odebrany przez zewnętrzny obwód elektryczny i używany do zasilania różnych urządzeń elektrycznych lub do ładowania akumulatorów.

Zjawisko fotowoltaiczne jest podstawą dla technologii solarnych i umożliwia konwersję energii słonecznej na energię elektryczną w czysty i trwały sposób. Fotowoltaika ma wiele zastosowań, takich jak produkcja energii elektrycznej w panelach słonecznych na dachach budynków, elektrownie słoneczne oraz zasilanie pojazdów elektrycznych.

Panele fotowoltaiczne - jak działają?

W instalacji zjawisko fotowoltaiczne zachodzi w ogniwach. Najczęściej na rynku występują trzy rodzaje. Pierwszą grupę tworzą ogniwa monokrystaliczne składające się z krzemu o silnie uporządkowanej strukturze i wysokiej wydajności nawet od 15 do 20 proc. Zachowują również odporność na działanie czynników atmosferycznych. Do drugiej grupy należą

ogniwa polikrystaliczne zawierające krzem o mniej uporządkowanej strukturze. Wyróżniają się również mniejszą efektywnością i większą skłonnością do ulegania uszkodzeniom pod wpływem np. czynników atmosferycznych. Trzecia grupa to ogniwa amorficzne, które produkuje się z nie wykrystalizowanego krzemu - najtańsze, ale równocześnie najmniej wydajne. Istnieją jednak również inne rodzaje ogniw, takie jak ogniwa ogniw azotkowych, tellurkowych, organicznych itp.

Ogniwa fotowoltaiczne łączy się w moduły, a to pozwala generować większą ilość energii. Natomiast panel fotowoltaiczny tworzy kilka modułów zasilających falownik.

Zarówno w przypadku domowej instalacji, jak i większej farmy nie warto oszczędzać na materiałach. Wysokiej jakości elementy będą droższe, jednak zapewnią wysoką wydajność, trwałość i bezawaryjność przez lata. Odpowiednie ułożenie paneli zapewnia optymalne naświetlenie słoneczne i zwiększa wydajność systemu.

W modułach powstaje prąd, który następnie trafia do falownika (inwertera). Rolą urządzenia jest przekształcenie energii w prąd zmienny wykorzystywanych w domach i przedsiębiorstwach. Dodatkowo falownik dba o to, żeby prąd posiadał odpowiednie parametry zapewniając bezpieczeństwo użytkowania. Na bieżąco kontroluje i dopasowuje parametry do wymagań sieci.