Panele fotowoltaiczne - budowa ogniwa


Schemat ogniwa fotowoltaicznego

Budowa paneli fotowoltaicznych jest ściśle związana z ich elementarną częścią, czyli budową ogniwa fotowoltaicznego. W ostatnich latach wyraźnie wzrosło zainteresowanie zieloną energią. Natomiast panele fotowoltaiczne to jedno z najczęściej wykorzystywanych narzędzi do pozyskiwania odnawialnego źródła energii.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego – z czego składają się panele?

Ogniwa fotowoltaiczne to fundamentalne i jednostkowe części, które stanowią podstawę budowy panelu fotowoltaicznego. W zasadzie bez ogniw fotowoltaicznych nie byłaby możliwa przemiana energii, jaką dostarcza nam słońce, na energię, którą możemy wykorzystać na co dzień, chociażby do zasilania wielu urządzeń elektrycznych, którymi posługujemy się w domu czy w pracy. Ogniwo fotowoltaiczne to swego rodzaju półprzewodnik, dzięki któremu możliwe jest zajście zjawiska fotowoltaicznego (fotoemisji). Ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z płytek, do których produkcji wykorzystuje się konkretne pierwiastki chemiczne. Zdecydowanie najczęściej są to krzem, selen lub german. Na ich powierzchni montuje się natomiast dwa typy elektrod: zbierające i przenoszące. Odpowiednio o ładunku dodatnim i ujemnym.

Panele fotowoltaiczne – budowa i sposób działania

Jak już zostało wspomniane wcześniej, w budowie ogniwa fotowoltaicznego zawarte są konkretne pierwiastki chemiczne. To dzięki ich właściwościom fizycznym możliwe jest przetworzenie energii pochodzącej z padających promieni słonecznych na dobrze nam znany prąd elektryczny. Najpopularniejszym rodzajem wykorzystywanego tworzywa jest krzem. Ten pierwiastek chemiczny posiada aż cztery elektrony walencyjne. Zasada jest prosta: im więcej takich elektronów, tym szybciej zachodzi zjawisko fotoemisji. Na czym dokładnie polega to zjawisko? To proces przemieszczania się ładunków elektrycznych we wnętrzu ogniwa fotowoltaicznego. Za sprawą płytki, która posiada zarówno dodatni, jak i ujemny ładunek, możliwe jest wytworzenie pola elektrycznego. W momencie, gdy promienie słoneczne padają na ogniowe fotowoltaiczne, zostają wytworzone dodatkowe elektrony, które przemieszczając się, wyzwalają napięcie elektryczne. W ten sposób zostaje wytworzony prąd stały, który aby mógł zostać przez nas wykorzystany, przy pomocy falownika zostaje przekształcony w prąd przemienny. Ogniwa są częścią modułów fotowoltaicznych. Natomiast do prawidłowego działania całego układu fotowoltaicznego, potrzebny jest jeszcze falownik.

​Budowa panelu fotowoltaicznego – jakiego rodzaju ogniwa fotowoltaiczne mogą znajdować się w jego strukturze?

Wśród rodzajów ogniw fotowoltaicznych wyróżniamy trzy generacje, które z kolei dzielą się jeszcze na poszczególne podtypy:

  • ogniwa fotowoltaiczne pierwszej generacji (m.in. ogniwa monokrystaliczne, w których budowie dominuje krzem oraz ogniwa polikrystaliczne),
  • ogniwa fotowoltaiczne drugiej generacji (m.in. CIGS, CdTe oraz o budowie amorficznej),
  • ogniwa fotowoltaiczne trzeciej generacji.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego CIGS

To wysokosprawne ogniwa fotowoltaiczne, które niestety są też niezwykle drogie. Rzadko wykorzystywane w gospodarstwach domowych. W ich składzie znajdziemy miedź, gal czy selen.

Budowa paneli fotowoltaicznych pierwszej i drugiej generacji

Ogniwa pierwszej generacji to bardzo dobrej jakości półprzewodniki, zbudowane głównie z krzemu. Wytrzymałe, ale z niższą sprawnością systemu. To najpopularniejsze rodzaje ogniw fotowoltaicznych. W budowie paneli fotowoltaicznych drugiej generacji obecny jest natomiast krzem niewykrystalizowany (np. tellurek kadmu) oraz inne pierwiastki. Najpopularniejszym rodzajem ogniw fotowoltaicznych jest w tym wypadku podtyp amorficzny.

Budowa panelu fotowoltaicznego

Panele fotowoltaiczne – budowa modeli trzeciej generacji

Ogniwa fotowoltaiczne trzeciej generacji są stosunkowo tanie w produkcji i łatwo dostępne. Nie oznacza to jednak, że są gorszej jakości. Wręcz przeciwnie – są wytrzymałe, lekkie i niezwykle giętkie. Za sprawą zastosowania jakościowych materiałów, umożliwiają wyjątkowo efektywny pobór energii słonecznej.

Panel fotowoltaiczny – budowa a wydajność całego systemu. Co jeszcze ma wpływ na efektywność wytwarzania energii elektrycznej?

Idealna budowa paneli fotowoltaicznych i wykorzystanie najlepszych materiałów, nie dają 100% gwarancji tego, że pochodząca ze słońca energia za każdym razem zostanie przetworzona w energię elektryczną. Co zatem ma jeszcze na to wpływ? Główne czynniki ograniczające efektywność pracy paneli fotowoltaicznych, to:

  • zbyt wysoka temperatura – budowa ogniwa fotowoltaicznego umożliwia mu pracę nawet w temperaturze wynoszącej 85 stopni Celsjusza. Jednak stała ekspozycja paneli fotowoltaicznych na działanie zbyt wysokich temperatur, skutkuje szybką utratą efektywności urządzenia,
  • cień – korony drzew czy sąsiednie obiekty budowlane mogą niepotrzebnie ograniczać możliwości modułów fotowoltaicznych. W rezultacie napromieniowanie całego układu może być niewystarczające, by efektywnie dostarczać nam energię elektryczną,
  • wiek ogniw fotowoltaicznych - im starsze panele fotowoltaiczne, tym słabsza jest moc wytwarzania przez nie energii elektrycznej.

Zasadniczo budowa paneli fotowoltaicznych jest podobna w przypadku uwiększości stosowanych obecnie modeli. Niemniej jednak zachodzą pewne różnice, głównie jakościowe, które decydują o efektywności pracy systemu. Warto jednak mieć na uwadze, że o skuteczności wytwarzania energii z promieni słonecznych decydują również inne czynniki.