Ogniwa fotowoltaiczne

Ogniwa fotowoltaiczne są podstawowymi elementami systemów PV, w których następuje bezpośrednia konwersja energii słonecznej na energię elektryczną. Odbywa się to dzięki wykorzystaniu efektu fotowoltaicznego.

Ogniwa fotowoltaiczne są urządzeniami półprzewodnikowymi typu p-n. Półprzewodnik bombardowany jest fotonami promieniowania słonecznego, co powoduje przemieszczanie się elektronów i dziur elektronowych pomiędzy obszarami n i p półprzewodnika. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Ogniwa słoneczne łączy się ze sobą w układy zwane modułami fotowoltaicznymi, a te z kolei służą do budowy systemów fotowoltaicznych. Systemy fotowoltaiczne można podzielić na kilka rodzajów.

Systemy dołączone do sieci mają formę elektrowni z dużą liczbą paneli fotowoltaicznych przekazujących energię do sieci elektroenergetycznej. W takich układach nie ma potrzeby stosowania akumulatorów, gdyż sieć jest w stanie przyjąć całą energię wyprodukowaną przez system fotowoltaiczny.

Systemy autonomiczne zasilające bezpośrednio urządzenia prądu stałego oraz wykorzystujące okresowe magazynowanie energii w akumulatorach.

Systemy hybrydowe będące kombinacją panelu fotowoltaicznego i innego systemu wytwarzania energii takiego, takiego jak generator spalinowy, gazowy lub wiatrowy.

Wydajność ogniw fotowoltaicznych zależy od kilku czynników:

rodzaju ogniwa,
kąta padania promieni słonecznych,
temperatury otoczenia,
czystości powierzchni baterii fotowoltaicznej.

Najpopularniejszym materiałem używanym do produkcji ogniw jest krzem. Ogniwa PV wytwarzane są z krzemu monokrystalicznego, polikrystalicznego lub amorficznego.

Monokrystaliczne ogniwa fotowoltaiczne wykazują najwyższe sprawności konwersji ze wszystkich ogniw krzemowych, ale jednocześnie ich produkcja jest najdroższa. W warunkach laboratoryjnych pojedyncze ogniwa osiągają sprawności rzędu 24%. Ogniwa produkowane na skalę masową mają sprawności około 17%.

Polikrystaliczne ogniwa krzemowe są nieco mniej wydajne od monokrystalicznych, ale jednocześnie tańsze.

Najnowsza generacja ogniw fotowoltaicznych to ogniwa cienkowarstwowe z krzemu amorficznego. Ogniwa z krzemu amorficznego wykonywane są w komorach próżniowych, gdzie w wyniku rozkładu gazów w wyładowaniu jarzeniowym następuje osadzanie cienkiej warstwy krzemu amorficznego na podłożu, którym może być szkło, ceramika lub folia plastikowa. Choć ogniwa cienkowarstwowe są mniej sprawne od najlepszych ogniw z krzemu krystalicznego, są jednak znacznie tańsze.

Żywotność paneli fotowoltaicznych zależy od rodzaju zastosowanej technologii. Wśród dostępnych na rynku najbardziej trwałe są ogniwa z krzemu monokrystalicznego, których czas pracy określono na 25 lat. Najmniej trwałe są ogniwa wykonane z krzemu amorficznego – ich trwałość określa się na 8 do 10 lat. Rzeczywista wydajność urządzeń uzależniona jest w znacznym stopniu od szerokości geograficznej i kąta padania promieni słonecznych.

W tabeli przedstawiono moc instalacji ogniw fotowoltaicznych w krajach Unii Europejskiej.