Budowa, oraz zasada działania ogniwa słonecznego.
Każdy z nas widział, jak wyglądają panele fotowoltaiczne. Każdy z nas wie, że energia słoneczna pobierana ze słońca przekształcana jest w energię elektryczną. Jednak czy każdy potrafi opowiedzieć, jak dokładnie wygląda proces tej przemiany, oraz dlaczego tak istotne są ogniwa słoneczne?
Do podstawowych, a zarazem najmniejszych elementów paneli słonecznych należy ogniowo słoneczne. Znane jest także pod nazwą fotoogniwa oraz ogniowa elektrycznego.
Są to półprzewodniki które, przetwarzają energie pobraną z promieni słonecznych w energię elektryczną o odpowiednim napięciu, częstotliwości i natężeniu. Wykorzystują do tego swoje właściwości fizyczne. W momencie gdy promienie słoneczne padają na fotoogniwo, zachodzi tzn., zjawisko fotowoltaiczne.
Warto zatem dokładniej przyjrzeć się ich budowie.
Zbudowane są z takich pierwiastków jak krzem, selen i german, ponieważ te materiały są półprzewodnikami. Za użyciem krzemu
w panelach fotowoltaicznych przemawia fakt, że jest to pierwiastek, który posiada cztery elektrony walencyjne na ostatniej powłoce. Samo zjawisko fotoemisji najszybciej zachodzi w atomach. Posiadają one największą ilość elektronów walencyjnych. Fakt ten sprawia, że krzem łączy się z innymi występującymi pierwiastkami, które używa się do budowy paneli. Bez wątpienia tym samym uzyskuje się większą liczbę elektronów walencyjnych.
Ogniwa łączy się w połączeniu szeregowym, czyli szeregu, w rezultacie powstają baterie słoneczne.
Najprościej mówiąc, ogniwo składa się z dwóch warstw półprzewodnika.
Pierwszą warstwę tworzy tzw., powłoka ,,n”. Jest ona przeźroczysta i cienka. Nad nią umieszcza się elektrodę ujemną i powłokę antyrefleksyjną. Na jej spodzie umiejscowiona jest elektroda dodatnia.
Druga warstwa w porównaniu do pierwszej jest grubsza i nazywa się typ ,,p”.
Warstwy oddzielają się od siebie odpowiednią barierą potencjałów. Opierają się o złącza typu p-n, czyli tzw. półprzewodników niesamoistnych. Taka konstrukcja jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania całego systemu paneli fotowoltaicznych.
Czasami do ogniwa fotowoltaicznego dodaje się dodatkową warstwę PERC. Od zwykłych paneli różnią się tym, że w dolnej warstwie posiadają dodatkową warstwę dielektryka. Warstwa ta jest izolatorem elektrycznym działającym jak reflektor. Promienie słońca, które docierają do dolnej warstwy płytki, a które nie wytworzyły elektronu, odbijają się od paneli. W ten zyskują dodatkową szansę na ponowne wytworzenie energii.
Na Polskim rynku stosuje się panele fotowoltaiczne pierwszej generacji, tzw. monokrystaliczne. Rozpoznać je można po kolorze czarnym. Są one najbardziej wydajne, z kolei ich budowa jest prostsza, co przyczynia się do lepszego recyclingu. O tym jak wygląda, recycling paneli pisaliśmy tutaj.
Znając budowę ogniwa słonecznego, dobrze znać zasadę jego działania.
Złącza typu ,,p”, zderzają się z elektronami, które przekazują całą swoją energię.
W momencie, gdy wartość energii jest wystarczająca, dochodzi do wybicia elektronów z orbit atomowych, inaczej mówiąc do zjawiska fotoemisji. Wskutek fotoemisji dochodzi do utraty elektronów, tym samym uzyskując ładunek +. Dlatego miejsce, w którym elektronu już nie ma, nazywane jest dziurą, czyli typ ,,n” zaś, przemieszczenie ładunków w ten sposób powoduje różnicę potencjałów, inaczej mówiąc napięcia elektrycznego.
Bez wątpienia tym jednak nie kończy się proces uzyskania energii elektrycznej, ponieważ nadal nie mamy potrzebnego prądu. Na poziomie ogniw wytwarza się prąd stały, a prąd, którego używany w naszych domach, jest prądem zmiennym. Fakt ten powoduje, że cała energia transferuje do inwertera. W rezultacie on przekształca ją w prąd zmienny. Inwerter dopasowuje parametry prądu do parametrów sieci domowych, oraz kontroluje pracę paneli fotowoltaicznych.