FOTOWOLTAIKA – JAKO ŹRÓDŁO ENERGII?

Darmowa i niewyczerpywalna energia

Co to właściwie jest fotowoltaika? Jest proces w którym produkowana jest energia elektryczna wykorzystując do tego promieniowanie słoneczne – czyli źródło, które jest darmowe i niewyczerpywalne. Słońce jest trzecim co do wielkości źródłem energii odnawialnej na świecie (po wodzie i wietrze). Nic dziwnego, że obecnie obserwuje się dynamiczny rozwój fotowoltaiki. Energię tą możemy wykorzystać do zasilania praktycznie każdego urządzenia w naszym gospodarstwie domowym a nawet do ładowania pojazdów elektrycznych. Instalację taką wykorzystała firma Wizard-Group w swojej inwestycji w Gnieźnie.

JAK DZIAŁA FOTOWOLTAIKA?

Należy zwrócić, że pozyskanie energii elektrycznej z słońca odbywa się etapami. Podstawowym elementem każdej instalacji są ogniwa fotowoltaiczne, które aby mogły wytwarzać większą ilość energii łączy się w moduły fotowoltaiczne. W ogniwach zachodzi zjawisko fotowoltaiczne, dzięki któremu energia ze słońca przekształcana jest prą stały. Ogniwa zbudowane są z materiału półprzewodnikowego (najczęściej krzemu), który przewodzi ładunek elektryczny w wyniku działania czynników zewnętrznych np. promieniowania słonecznego. Grupa modułów fotowoltaicznych, która zasila jeden falownik tworzy panel fotowoltaiczny. Panele te są zamontowane na konstrukcji wsporczej, która jednocześnie zapewnia stabilność układu.

Prąd, który powstał w modułach trafia do falownika, który jest odpowiedzialny za przekształcenie go na prąd zmienny, który odpowiada parametrom zgodnym z tymi co prąd płynący w domowych gniazdkach. Dodatkowo falownik dokonuje kontroli pracy instalacji fotowoltaicznej dopasowując parametry generowanego prądu do parametrów domowej sieci, a także ulega wyłączeniu w momencie wykrycia awarii.

W obwodzie systemu znajduje się również licznik dwukierunkowy, który dokonuje pomiarów przepływu prądu. Zlicza on energię wyprodukowaną przez instalację fotowoltaiczną oraz tą pobraną z sieci energetycznej. W przypadku nadmiaru wyprodukowanej przez nas energii jest ona przekazywana do sieci elektrycznej. Gdy natomiast nie uda nam się pokryć całkowicie naszego zapotrzebowania na energię z instalacji fotowoltaicznej – różnica jest wyrównywa energią pobraną z sieci.

Rodzaje ogniw fotowoltaicznych

• Ogniwa monokrystaliczne zbudowane są z krzemu o uporządkowanej strukturze pozbawionej licznych defektów. Charakteryzują się najwyższą efektywnością przetwarzania energii słonecznej w energię elektryczną – czyli tzw. sprawność. Sprawność tych modułów plasuje się na poziomie 17-20%. Co w praktyce oznacza, iż energia promieniowania słonecznego padająca na 1m² zostaje w 17% przekształcona na energię elektryczną.
• Ogniwa polikrystaliczne charakteryzują się mniej uporządkowaną strukturą krzemu oraz większą ilością skaz. Fakt ten przekłada się na sprawność modułów fotowoltaicznych sięgających 14-18%.
• Ogniwa amorficzne, w których krzem nie ma postaci kryształu, co powoduje wysoce chaotyczną strukturę z bardzo dużą liczbą wad. Przekłada się to na niską sprawność modułów, która wynosi zaledwie 9-14%.

W związku na wysoką sprawność, monokrystaliczne i polikrystaliczne panele są wykorzystywane w instalacjach budowanych na dachach domów lub w ogródkach. Pamiętać trzeba, że moduły monokrystaliczne są bardziej skomplikowane, a przez to droższe niż moduły zbudowane z polikryształów.

Mimo wyższej ceny monokrystalicznych paneli fotowoltaicznych mają przewagę pod kątem wydajności. W trudnych warunkach pogodowych takich jak słabsze nasłonecznienie czy wysokich temperaturach moduły monokrystaliczne poradzą sobie lepiej niż polikrystaliczne. Dodatkowo są odporne na mikropęknięcia i wyglądają estetyczniej z uwagi na swoją budowę.

BUDOWA PANELI FOTOWOLTAICZNYCH

Pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne osiąga małą moc. Z tego względu, aby wytworzyć więcej energii, ogniwa łączy się w moduły. Ogniwa tworzące moduł laminuje się foliami EVA i PET, umieszcza pod szkłem hartowanym i osadza w ramce aluminiowej. Zapewnia to trwałość konstrukcji oraz ochronę przed uszkodzeniami. Kolejnym elementem tworzącym moduł jest puszka przyłączeniowa z kablami, które umożliwiają połączenie ze sobą kilku modułów. Tak złączone moduły tworzą panel fotowoltaiczny. Warunki pracy i montaż wszystkich paneli są określone przez konkretne parametry mechaniczne i elektryczne.

BUDOWA OGNIWA FOTOWOLTAICZNEGO

Ogniwo składa się z dwóch warstw półprzewodnika. Jedna z nich zbudowana jest z atomów posiadających większą liczbę elektronów na ostatniej z powłok i charakteryzuje się ładunkiem ujemnym (warstwa typu n). Druga złożona jest z atomów posiadających puste miejsca po elektronach tzw. dziury (warstwa typu p) i charakteryzuje się dodatnim ładunkiem elektrycznym. Na granicy tych dwóch warstw atomy z warstwy n oddają swoje dodatkowe elektrony atomom z warstwy typu p zapełniając ich dziury. W ten sposób powstaje złącze p-n składające się z atomów o obojętnym ładunku elektrycznym.