SŁOŃCE: Jak działa fotowoltaika

Zainteresowanie wykorzystaniem systemów fotowoltaicznych w naszym kraju rośnie, ze względu na to, że przetwarzają one energię promieniowania słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną, która ma znacznie więcej możliwości zagospodarowania. Swoją popularność zawdzięczają również łatwemu montażowi w porównaniu do tradycyjnych kolektorów słonecznych do podgrzewu wody. Instalacja fotowoltaiczna staje się również alternatywą zasilania awaryjnego i daje znaczną niezależność od sieci energetycznej. Warto zatem dowiedzieć się nieco więcej na temat źródła energii, którego popularność w ciągu jednego roku wzrosła niemal dwukrotnie.

 

 

Jak to działa?


Wytłumaczenie zasady działania fotoogniwa w przystępny sposób nie należy do rzeczy najłatwiejszych ze względu na proces zachodzący w ogniwie. Aby wytłumaczyć, w jaki sposób fotoogniwo generuje prąd, warto dowiedzieć się nieco, jak jest zbudowane. Składa się ono z dwóch rodzajów półprzewodników krystalicznych (np. krzemu), ułożonego naprzemiennie w postaci płytek, który pod wpływem działanie energii słonecznej staje się przewodnikiem przemieszczając ładunki elektryczne w sieci krystalicznej. Płytki oddzielone są od siebie tzw. przerwą energetyczną i posiadają przeciwne ładunki. Wskutek działania energii słonecznej z płytki o ładunku ujemnym uwalnia się elektron wędrując na płytkę dodatnią natomiast ładunek dodatni przeskakuje na płytkę ujemną. Takie przemieszczenie się ładunków powoduje powstanie napięcia elektrycznego. Zjawisko to zależy głównie od mocy (egzytancji) promieniowania słonecznego.

 

Podział fotoogniw i ich sprawność

  • Krzemowe
    • Monokrystaliczne – 15%
    • Polikrystaliczne <15%
  • Cienkowarstwowe – 13%
  • Amorficzne – 5 – 8%
  • Wielozłączowe – 20 – 30% – nie stosowane komercyjnie
  • Organiczne – 5%

Warto pamiętać, że technologia produkcji fotoogniw stale się rozwija, przez co ich sprawności stale rosną.

 

Krzemowe monokrystaliczne


 

Fotoogniwa monokrystaliczne wytwarzane są z jednorodnego kryształu krzemu o uporządkowanej budowie wewnętrznej. Każdy panel składa się z fotowoltaiczny składa się z modułów, moduły natomiast z ogniw. Napięcie panelu może wynosić ok.800V i są najbardziej efektywne oraz mają największą żywotność.

 

 

 

 

Polikrystaliczne


 

Moduły polikrystaliczne produkowane są z oszlifowanych płytek krzemowych ułożony nieregularnie względem ich struktury krystalicznej. Ich koszt produkcji jest znacznie mniejszy i mniej energochłonny, dzięki czemu są tańsze od monokrystalicznych jednak posiadają mniejszą sprawność. Posiadają niebieski kolor oraz wyraźnie zarysowane kryształy krzemu przypominające szron. Ze względu na niską cenę obecnie są najczęściej stosowanymi fotoogniwami na rynku.

 

 

Cienkowarstwowe

Dzięki bardzo dynamicznemu rozwojowi technologii produkcji fotoogniw obecnie ogniwa polikrystaliczne produkowane są z warstwy krzemu ok.100 cieńszej niż w przypadku wymienionych wcześniej. Pozwala to na znaczną oszczędność materiału skutkiem czego posiadają korzystny stosunek ceny do mocy.

 

Amorficzne


 

Produkowane są z krzemu amorficznego (bezkształtnego), który nakładany jest cieniutką warstwą na szkło stal lub tworzywo sztuczne. Warstwa ma grubość zaledwie ok. 2 mikronów, dzięki czemu oszczędzany jest materiał. Również proces produkcji jest łatwy i mało energochłonny. Ogniwa często spotykamy w przedmiotach, z którymi często mamy kontakt jak kalkulatory ale również w systemach zasilających np. domy. Sprawność ogniw amorficznych jest niewielka,bo około 5-8% i występuje u nich stopniowe zmniejszenie początkowej sprawności w wyniku działania promieni słonecznych. Występują również w systemach dwu i trójzłączowych gdzie absorbery podzielone są pod względem długości fal światła i ułożone warstwowo.

 

 

Osprzęt dodatkowy

Niestety sam panel fotowoltaiczny to jeszcze za mało, aby cieszyć się darmową energią elektryczną. Aby cały układ produkował prąd oraz mógł go zmagazynować, potrzebujemy jeszcze trzech elementów:

 

Regulator ładowania


 

Jest to urządzenie łączące panel z akumulatorem, które odcina prąd chroniąc akumulator przed przeładowaniem jak i nie dopuszcza do całkowitego rozładowania. Zabezpiecza on również akumulator przed zbędnym pobieraniem energii przez panel w przypadku braku światła. Regulatory różnią się między sobą parametrami pracy jednak zazwyczaj pracują na napięciu 12 – 24 V. Realizują również inne zadania jak analiza pracy panelu.

 

 

Przetwornice

 


 

Inaczej zwane falownikami lub przemiennikami częstotliwości służą do zmiany napięcia stałego produkowanego przez panel na zmienne, z którego korzystają odbiorniki. Warto również pamiętać, że falowniki generują również stratę mocy na poziomie 10%.

 

 

 

 

Akumulator


Jest urządzeniem, które w pewnym stopniu uniezależnia od aktualnych warunków nasłonecznienia, warto zatem dobrać akumulator z dużą pojemnością. Przy wyborze akumulatora trzeba też zwrócić uwagę na jego możliwości wielokrotnego ładowania i rozładowywania.

Projekt „Centrum Technologii Energetycznych Powiązania Kooperacyjnego Dolnośląskiego Klastra Energii Odnawialnej” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego zgodnie z zasadami działania 5.1 Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013