Budowa ogniwa fotowoltaicznego – zasada działania

Ogniwa fotowoltaiczne stanowią kamień milowy w dziedzinie odnawialnych źródeł energii i odegrały kluczową rolę w przekształceniu naszych koncepcji dotyczących produkcji i zużycia energii.

W dalszej części artykułu pokażemy, jak dokładnie działają ogniwa fotowoltaiczne oraz bliżej przyjrzymy się ich budowie.

OGNIWO FOTOWOLTAICZNE – CZYM JEST?

Ogniwo fotowoltaiczne to urządzenie, które zamienia światło słoneczne w energię elektryczną. Działa na zasadzie zjawiska fotowoltaicznego, gdzie światło słoneczne wybija elektrony z materiału półprzewodnikowego, co generuje prąd elektryczny.

BUDOWA OGNIWA FOTOWOLTAICZNEGO

Na pierwszy rzut oka ogniwo fotowoltaiczne może wydawać się dość prostym urządzeniem. Zwykle jest płaską, cienką płytą lub panelem, na którym znajdują się ciemne lub niebieskie paski. Jednak pod powierzchnią tego pozornie prostego panelu kryje się zaawansowana technologia.

Poniżej przedstawiamy główne elementy budowy ogniwa fotowoltaicznego.

Warstwa krzemionki (półprzewodnik)

To serce ogniwa fotowoltaicznego. Warstwa krzemionki jest zazwyczaj wykonana z bardzo czystego krzemu i została starannie domieszkowana, aby stworzyć odpowiednie warunki do produkcji energii elektrycznej. W zależności od zastosowanych domieszek, krzemionka może mieć dwie warstwy: n-type (negatywną) i p-type (pozytywną). Te dwie warstwy sąsiadują ze sobą i tworzą tzw. przejście p-n.

Elektrody

Ogniwo fotowoltaiczne ma dwie elektrody, zazwyczaj wykonane z metalu. Jedna z elektrod znajduje się na górnej powierzchni panelu, a druga na dolnej. Ich głównym zadaniem jest zbieranie elektronów wyemitowanych w wyniku interakcji światła z krzemionką.

Warstwa antyrefleksyjna

Na zewnętrznej stronie ogniwa umieszcza się warstwę antyrefleksyjną, która pomaga zwiększyć absorpcję światła przez krzemionkę i zmniejszyć ilość światła odbijającego się od powierzchni ogniwa. Dzięki temu można efektywniej wykorzystać energię słoneczną.

Warstwa ochronna

Na szczycie ogniwa znajduje się warstwa ochronna, często wykonana z hartowanego szkła. Ma ona za zadanie chronić wrażliwe elementy ogniwa przed uszkodzeniami mechanicznymi, wpływem warunków atmosferycznych i innymi czynnikami zewnętrznymi.

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA FOTOWOLTAICZNEGO

Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego opiera się na efekcie fotowoltaicznym, który został odkryty w 1839 roku przez Alexandra Edmonda Becquerela. To zjawisko polega na tym, że materiały półprzewodnikowe, takie jak krzemionka, są w stanie przekształcać energię świetlną (fotonów) w energię elektryczną.

Poniżej prezentujemy schemat działa krok po kroku:

1. Absorpcja światła – kiedy promienie słoneczne padają na ogniwo fotowoltaiczne, fotonami światła zostają wchłonięte przez krzemionkę. Każdy foton dostarcza energii wystarczającej, aby wybić z atomu krzemionki jeden elektron.
2. Ruch elektronów – uwolnione elektrony zaczynają poruszać się w obrębie warstwy krzemionki. Dzięki domieszkowanym warstwom n-type i p-type oraz obecności pola elektrycznego wewnątrz ogniwa, elektrony są zmuszane do przemieszczania się w określonym kierunku.
3. Zbieranie elektronów – elektrony przemieszczają się w kierunku elektrod znajdujących się na górnej i dolnej stronie ogniwa, gdzie są zbierane. To zbieranie elektronów generuje prąd elektryczny. Prąd wytworzony w ten sposób można użyć do zasilania różnych urządzeń, od oświetlenia po sprzęt gospodarstw domowych i przedsiębiorstw.

Jednym z kluczowych aspektów związanych z efektem fotowoltaicznym jest to, że nie jest on związany z żadnymi procesami chemicznymi ani zużyciem szkodliwych materiałów. Z tego względu zjawisko to jest wysoce trwałe i nie generuje emisji szkodliwych substancji do atmosfery.

EWOLUCJA TECHNOLOGII FOTOWOLTAICZNEJ

Ogniwa fotowoltaiczne to dziedzina, która dynamicznie ewoluuje. Innowacje w dziedzinie materiałów półprzewodnikowych, technik produkcji i projektowania paneli słonecznych pozwalają na zwiększanie ich wydajności i obniżanie kosztów. Coraz popularniejsze stają się także rozwiązania zintegrowane z architekturą budynków, co pozwala wykorzystywać powierzchnie budynków do produkcji energii. Ponadto, badania nad nowymi technologiami, takimi jak ogniwa perowskitowe czy ogniwa organiczne, otwierają przed nami perspektywy jeszcze bardziej efektywnych i niedrogich rozwiązań fotowoltaicznych.

W związku z tym, można przewidywać, że w przyszłości ogniwa fotowoltaiczne staną się jeszcze bardziej powszechne, dostępne i efektywne. Będą odgrywać kluczową rolę w transformacji naszego systemu energetycznego, pomagając nam ograniczyć zależność od paliw kopalnych.

PRZYSZŁOŚĆ ENERGII SŁONECZNEJ

Ogniwa fotowoltaiczne są już powszechnie stosowane na całym świecie, a ich technologia jest stale udoskonalana. Innowacje w produkcji paneli słonecznych obejmują bardziej efektywne materiały półprzewodnikowe, bardziej wydajne procesy produkcyjne i bardziej dostępne ceny. W miarę jak te technologiczne postępy będą się rozwijać, panele słoneczne staną się jeszcze bardziej konkurencyjne w porównaniu z tradycyjnymi źródłami energii, przyczyniając się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i ograniczenia wpływu zmian klimatycznych.

DLACZEGO FOTOWOLTAIKA TO DOBRY WYBÓR

Fotowoltaika to korzystny wybór z kilku kluczowych powodów. Po pierwsze, jest to źródło czystej energii, nie emitujące szkodliwych substancji, co pomaga w walce ze zmianami klimatycznymi.

Po drugie, inwestycja w panele słoneczne przekłada się na znaczące oszczędności na rachunkach za prąd, co więcej może przynosić nawet dodatkowy dochód poprzez sprzedaż nadwyżek energii do sieci.

Kolejna korzyść to trwałość i długowieczność paneli, co czyni inwestycję opłacalną na długą metę, pozwalając generować własną energię przez nawet 30 lat.

Warto również podkreślić dostępność programów rządowych i podatkowych zachęt w Polsce, które wspierają inwestycje w fotowoltaikę. Wśród nich znajduje się przede wszystkim Mój Prąd, Czyste Powietrze, czy Ulga Termomodernizacyjna.

W przypadku programu Mój Prąd – uruchomiona została już 5 edycja. Chcesz dowiedzieć się więcej na ten temat? Ile i na jakie inwestycje możesz uzyskać dofinansowanie? Zapraszamy do lektury artykułu Pomożemy Ci zdobyć dofinansowanie z programu Mój Prąd 5.0.

PODSUMOWANIE

Podsumowując, ogniwa fotowoltaiczne to złożone urządzenia, które wykorzystują efekt fotowoltaiczny w celu przekształcenia energii słonecznej w energię elektryczną.

Dzięki ciągłemu rozwojowi technologii i wzrostowi świadomości ekologicznej, panele słoneczne odgrywają coraz ważniejszą rolę w produkcji czystej energii i mają potencjał do zmieniania naszego sposobu życia i myślenia o zasobach energetycznych. Ogniwa fotowoltaiczne stanowią nadzieję na przyszłość, w której czysta energia ze Słońca będzie dostępna dla wszystkich.

Jeżeli zastanawiasz się nad własną fotowoltaiką – skorzystaj z naszego doświadczenia i wiedzy w dziedzinie OZE. Zadzwoń, napisz lub odwiedź naszą stronę internetową, aby dowiedzieć się więcej o możliwościach, jakie oferuje energia słoneczna!