Systemy fotowoltaiczne – wykorzystanie energii słonecznej staje się coraz bardziej popularne. Fotowoltaika to proces przekształcania światła słonecznego bezpośrednio w energię elektryczną. Efekt fotowoltaiczny (PV) został po raz pierwszy zaobserwowany w 1839 roku. Jednak dopiero w 1954 roku naukowcom udało się dokładnie odkryć, jak to działa.

Jak przebiega proces fotowoltaiczny?

Systemy fotowoltaiczne wykorzystują panele słoneczne do wychwytywania fotonów słońca. Te panele słoneczne mają wiele ogniw słonecznych składających się z warstw różnych materiałów. Powłoka antyrefleksyjna na wierzchu pomaga komórkom uchwycić jak najwięcej światła. Półprzewodnik (zwykle silikon) jest umieszczony pomiędzy przewodem ujemnym na górze a przewodem dodatnim na dole. Gdy fotony zostaną przechwycone przez ogniwo słoneczne, zaczynają uwalniać elektrony z zewnętrznych powłok atomów w półprzewodniku. Przewody ujemne i dodatnie tworzą ścieżkę dla elektronów i wytwarzają prąd. Prąd ten jest przesyłany do przewodu, który przechwytuje prąd stały. Przewody te prowadzą do falownika słonecznego, który następnie przekształca go w prąd zmienny dla domu. Im więcej zainstalowanych ogniw słonecznych, tym więcej energii elektrycznej zostanie wyprodukowane.

Jak instaluje się panele słoneczne?

Systemy fotowoltaiczne
Systemy fotowoltaiczne

Panel słoneczny składa się z wielu ogniw słonecznych. Liczba i rodzaj zastosowanych ogniw słonecznych zależy od napięcia wymaganego przez panel słoneczny. Panele montuje się w taki sposób, aby pochłaniały jak najwięcej światła słonecznego. Najpierw wybierz typ panelu do zainstalowania. Tradycyjne panele fotowoltaiczne są najbardziej wydajne. Są jednak większe i cięższe niż pozostałe dwa typy. Cienkowarstwowe panele słoneczne są lżejsze i tańsze niż inne panele, ale zwykle są mniej wydajne. Zwykle instalowane na budynkach mieszkalnych. Po wybraniu rodzaju panelu fotowoltaicznego należy określić najlepszą lokalizację. Instalator przeanalizuje drogę słońca, aby wybrać właściwą lokalizację. Panele najlepiej skierować na południe i poza cień. Wtedy pochłaniają najwięcej światła słonecznego w ciągu dnia.

Krzem krystaliczny

Prawie 90 procent światowej produkcji energii fotowoltaicznej opiera się na pewnej odmianie krzemu. W fotowoltaice stosuje się wiele form. Główną różnicą jest czystość krzemu. Im lepiej dopasowane są cząsteczki krzemu, tym lepiej ogniwo słoneczne może przekształcić energię słoneczną (światło słoneczne) w energię elektryczną. Wydajność paneli fotowoltaicznych jest ściśle związana z czystością. Jednak procesy stosowane w celu zwiększenia czystości krzemu są drogie. Wydajność nie powinna być twoim głównym zmartwieniem. W rzeczywistości decydującymi czynnikami są koszty i oszczędność miejsca.

Panel słoneczny z krzemu monokrystalicznego

Ogniwa słoneczne są wykonane z pojedynczego kryształu krzemu, zwanego także monokrystalicznym. Można je łatwo rozpoznać po ich zewnętrznym jednolitym kolorze i jednolitym wyglądzie. Wskazuje to na wysoką czystość krzemu. Wykonane są z cylindrycznych wlewków krzemowych. Optymalizacja wydajności i redukcja kosztów ogniw fotowoltaicznych z krzemu monokrystalicznego. Cztery boki są wycinane z cylindrycznego wlewka w celu wykonania płytek krzemowych. Dlatego monokrystaliczne panele słoneczne mają charakterystyczny wygląd. Dobrym sposobem na rozróżnienie monokrystalicznych i polikrystalicznych paneli słonecznych jest to, że polikrystaliczne ogniwa słoneczne są idealnymi prostokątami bez zaokrąglonych krawędzi.

Polikrystaliczne panele słoneczne

Pierwsze panele na bazie polikrzemu pojawiły się na rynku w 1981 roku. Surowy krzem topi się i wlewa do kwadratowych foremek, a następnie schładza i kroi na idealnie kwadratowe kawałki.

Cienkowarstwowy panel słoneczny

Osadzanie jednej lub więcej cienkich warstw materiałów fotowoltaicznych na podłożu jest podstawową metodą produkcji cienkowarstwowych ogniw słonecznych. W zależności od technologii, prototypy modułów cienkowarstwowych osiągnęły wydajność na poziomie 7-13%, przy modułach produkcyjnych około 9%. Oczekuje się, że w przyszłości wzrośnie do 10-16%.

Amorficzny krzemowy panel słoneczny

Wydajność energetyczna jest niska, więc amorficzne krzemowe ogniwa słoneczne były tradycyjnie stosowane na małą skalę, na przykład w małych kalkulatorach. Ostatnio jednak zaczęły zdobywać popularność także na większą skalę. Dzięki technice produkcyjnej zwanej układaniem w stosy można łączyć wiele warstw amorficznych krzemowych ogniw słonecznych, co skutkuje wyższą wydajnością (zwykle 6-8%).

Kadmowe panele słoneczne

Jest to jedyna technologia cienkowarstwowa oparta na panelach słonecznych, która jest bardziej opłacalna niż panele z krzemu krystalicznego. Sprawność paneli wynosi typowo 9-11%.

Miedziane panele słoneczne

Wykazują one największy potencjał wydajnościowy w porównaniu z innymi technologiami cienkowarstwowymi. Zawierają niewielkie ilości toksycznej substancji kadmu występującej w tych komórkach. Komercyjna produkcja blach miedzianych rozpoczęła się w Niemczech w 2011 roku.