Ogniwa fotowoltaiczne. Budowa i działanie

Ciemne, mocowane zazwyczaj na dachach domów panele, to najbardziej charakterystyczny rozpoznawalny element każdej instalacji fotowoltaicznej. Każdy z nich składa się z setek małych, połączonych ze sobą ogniw, które odpowiadają za produkcję energii elektrycznej z promieniowania słonecznego. Dowiedz się w jaki sposób skonstruowane są ogniwa i na jakiej zasadzie działają.

Czym jest ogniwo fotowoltaiczne i jak jest zbudowane?

Ogniwa fotowoltaiczne to podstawowy element konstrukcji każdego panelu fotowoltaicznego – w pojedynczym panelu znajduje się kilkaset małych ogniw, których zadaniem jest pochłanianie energii promieniowania słonecznego i przekształcanie jej w energię elektryczną.

Pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne składają się z dwóch warstw materiału półprzewodnikowego – najczęściej w tej roli występuje krzem, stosowany jest również german lub selen. Pierwszą, zewnętrzną warstwę stanowi cienka i przezroczysta warstwa n, nad którą umieszczona jest elektroda ujemna i powłoka antyrefleksyjna, zapobiegająca odbijaniu światła słonecznego. Po warstwą n umieszczana jest warstwa p, charakteryzująca się większą grubością – po nią umieszcza się elektrodę dodatnią. Pomiędzy warstwami krzemu umieszczane jest złącze p-n, nazywane też warstwą graniczną

Obecnie coraz większą popularnością cieszą się panele z ogniwa monokrystalicznymi – ich warstwy wykonywane są z pojedynczych kryształów krzemu co przekłada się na wyższą wydajność. Jest to jednak rozwiązanie droższe od ogniw polikrystalicznych, zbudowanych z kilku kryształów. Ogniwa można na pierwszy rzut oka rozpoznać po kolorze. Ogniwa monokrystaliczne są czarne, z kolei polikrystaliczne – niebieskie.

Wysokie jakości systemu do montażu paneli można znaleźć w ofercie firmy Remor.

Jak to działa?

Zasada działania ogniwa jest dość prosta. Obie warstwy ogniwa posiadają inną ilość elektronów – na warstwie n występuje ich nadmiar, podczas gdy na warstwie p niedobów. W momencie kiedy na ogniwo pada promieniowanie słoneczne dochodzi do uwolnienia nadmiarowych elektronów z warstwy n – przemieszczają się one ku warstwie p, co powoduje powstanie różnicy potencjałów elektrycznych, a więc napięcia elektrycznego. W wyniku zamknięta obwodu odbiornikiem umieszczonym między warstwami n i p, zaczyna w nim płynąć prąd.  Moc pojedynczego ogniwa to około 4-5 W przy napięciu około 5 V. Ważne jest to, że prąd wytwarzany w ogniwie jest prądem stałym – aby dało się go użyć, musi zostać przekształcony przez falownika na prąd zmienny.