08/03/2021
Ogniwo fotowoltaiczne. Co to jest i jak jest zrobione?
Ogniwo fotowoltaiczne. Co to jest i jak jest zrobione?

Ogniwo fotowoltaiczne (fotoogniwo, ogniwo słoneczne, ogniwo fotoelektryczne) to element (płytka) o właściwościach półprzewodnikowych, dlatego do jego produkcji najczęściej wykorzystuje się takie pierwiastki jak krzem (Si), german (Ge) i selen (Se). Od dołu i od góry ogniwa fotowoltaiczne laminuje się przezroczystą folią, dzięki czemu pozostają one w próżni. Następnie umieszcza się je za szybą z hartowanego szkła, które zmniejsza ilość odbitego promieniowania słonecznego i przyczynia się do ograniczenia strat energii.

Budowa ogniwa PV

Fotogniwo zbudowane jest z dwóch warstw półprzewodnika. Pierwsza, znajdująca się na górze, to cienka i przezroczysta warstwą typu n. Nad nią umieszczona jest elektroda ujemna i powłoka antyrefleksyjna. Na spodzie znajduje się elektroda dodatnia. Druga, grubsza warstwa umiejscowiona na dole to warstwa typu p. Obie warstwy oddzielone są barierą potencjałów, którą tworzą złącza p-n.

Efekt fotowoltaiczny

W ogniwie słonecznym zachodzi zjawisko fotoelektryczne, które przebiega następująco:

  • fotony światła padają na krzemową płytkę mono-, poli- lub multikrystaliczną a następnie są pochłaniana przez krzem
  • skutkuje to wybijaniem elektronów ze swojej pozycji i zmuszaniem ich do ruchu – ten ruch to właśnie przepływ prądu elektrycznego
  • dzięki zastosowaniu złącza półprzewodnikowego typu p-n możliwe jest połączenie tego procesu z obiegiem elektronów w istniejącej już sieci energetycznej i w ten sposób energia świetlna (energia promieniowania słonecznego) zostaje przekształcona w energię elektryczną

Francuski fizyk Alexandre-Edmun Becquerel jako pierwszy skonstruował prototyp ogniwa słonecznego w 1839 roku. Badania, przeprowadzone przez 3 pokolenia rodziny Becquerel zakończyły się uzyskaniem nagrody Nobla przez Henry’ego Bequerel’a w 1903 i stały się impulsem do dalszej analizy efektu fotowoltaicznego.

Ogniwa jednostronne (monfacial) i dwustronne (bifacial) 

Tradycyjne ogniwa fotowoltaiczne zarówno polikrystaliczne, jak i monokrystaliczne pochłaniają światło tylko z jednej strony, dlatego nazywa się je jednostronnymi  (monofacial). Nadają się one do montowania na dachu. Ogniwa dwustronne  (bifacial), które mogą pochłaniać światło zarówno z przodu, jak i z tyłu, mają wyższe wskaźniki produkcji energii i wyższą wydajność niż ogniwa jednostronne.

Ogniwa mono- i polikrystaliczne oraz amorficzne i perowskitowe

Ogniwa fotowoltaiczne dzielimy na:

  • Monokrystaliczne: zbudowane są z monolitycznego kryształu krzemu, który w procesie „hodowli” przyjmuje kształt walca o średnicy ok. 30cm. Aby uzyskać ogniwa, kryształ tnie się na płytki o grubości 2-3mm. Mają one pierwotnie kształt kolisty. Aby wyeliminować znaczne straty materiału, nie wycina się z nich kwadratów, a ośmiokąty – stąd pochodzi ich charakterystyczny kształt. Ich sprawność waha się od 15 do 20%.
  • Polikrystaliczne: ogniwa wytwarzane z wielu kryształów krzemu. Jako, że najlepszym kształtem dla ogniw jest kwadrat, pozwalający na szczelne pokrycie panelu materiałem półprzewodnikowym, ogniwa polikrystaliczne krystalizują w prostopadłościennej kadzi po czym również tnie się je na cienkie płytki. Ich sprawność waha się od 14 do 18%.
  • Amorficzne: należą one do grupy ogniw cienkowarstwowych (nazwa wiąże się z bardzo niewielką grubością półprzewodników, która może wynosić zaledwie kilka mikronów), składają się z cienkich ogniw zbudowanych z krzemu amorficznego, czyli takiego, który nie jest wykrystalizowany, w związku z czym nie ma postaci kryształu. Najczęściej wykorzystuje się je w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budownictwem, czyli np. specjalnych fasadach pozyskujących promieniowanie świetlne i pozwalających na produkcję prądu. Ich sprawność waha się od 6 do 10%.
  • Perowskitowe - modyfikowane perowskity (minerały) są alternatywą dla krzemu. Ogniwa perowskitowe, w przeciwieństwie do krzemowych, mogą być elastyczne, częściowo transparentne i bardzo lekkie. Dzięki tym właściwościom można dostosować kształt, kolor i wymiary modułów PV do konkretnego zapotrzebowania i zainstalować je na każdej dostępnej powierzchni budynku. Są też tańsze w produkcji. Ich sprawność przekracza 25%.

Ogniwa połówkowe, czyli HCC (ang. Half Cut Cels)?

Ogniwa połówkowe mają wymiary 156×78 mm (standardowe ogniwo - 156×156 mm). HCC mają lepszy współczynnik wypełnienia modułu PV i wyższą sprawność modułu o około 1,5-3%. Charakteryzują się lepszą pracą przy częściowo zacienionym module. Ogniwa połówkowe to mniejsze straty i większa moc.  Dzięki ich zastosowaniu można zmniejszyć straty mocny na linii ogniwa PV – panele PV nawet czterokrotnie.

Co dzieje się z prądem stałym wyprodukowanym w ogniwach fotowoltaicznych? 

Trafia do inwertera (falownika, przetwornicy) i jest konwertowany na prąd zmienny – czyli taki, jaki pobieramy z naszych domowych gniazdek do zasilania wszelkich urządzeń domowych. Trzeba wykazać się sporą wiedzą techniczną, żeby dobrać falownik do instalacji fotowoltaicznej, dlatego decyzję co do doboru odpowiedniego urządzenia powinno się zostawić projektantowi instalacji.

W przypadku instalacji On-Grid falownik nawiązuje połączenie z siecią energetyczną, przekazuje do niej nadwyżki produkowanej energii oraz dostosowuje napięcie instalacji fotowoltaicznej do napięcia sieciowego. W przypadku instalacji Off-Grid inwerter nie ma możliwości oddawania do sieci nadwyżki wyprodukowanego prądu, jest za to w stanie zasilać domowe urządzenia oraz ładować akumulatory.



« Wróć



Skontaktuj się z nami i poznaj moc korzyści
z darmowej energii ze słońca!

Korzystając z formularza wyrażasz zgodę na przechowywanie i wykorzystywanie swoich danych osobowych w celu umożliwienia kontaktu oraz przedstawienia oferty przez PV Poland Sp. z o.o. Więcej informacji w Polityka Prywatności.
Zaufali nam
formularz kontaktowy