Czym jest ogniwo fotowoltaiczne?
To element półprzewodnikowy, w którym następuje konwersja energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Dzieje się tak na skutek zjawiska fotowoltaicznego. Proces ten zachodzi przy wykorzystaniu złącza półprzewodnikowego typu p-n. W nim pod wpływem fotonów elektrony przemieszczają się na obszar n, a dziury elektronowe na obszar p. Dzięki temu zachodzi różnica potencjałów, czyli napięcie elektryczne.
Chociaż efekt fotowoltaiczny zaobserwowano już w 1839 roku, dopiero w ostatnich latach fotowoltaika zaczęła się bardzo szybko rozwijać i znalazła wiele zastosowań. Warto zaznaczyć, że ogniwo fotowoltaiczne najczęściej produkowane jest z materiałów półprzewodnikowych w postaci krzemu, germanu i selenu. Ponadto szeregowe połączenie ogniw pozwala na otrzymywanie baterii słonecznych.
Rodzaje ogniw fotowoltaicznych
Ogniwa fotowoltaiczne pierwszej generacji to konstrukcje grubowarstwowe. Należą do nich ogniwa monokrystaliczne, które charakteryzują się relatywnie wysoką wydajnością i wytwarzane są z monokryształu krzemu. Ich atutem jest wysoka sprawność i długa żywotność. Są jednak dosyć drogie z uwagi na długotrwały proces produkcji. Do tańszych rozwiązań należą ogniwa polikrystaliczne, które wytwarza się z płytek krzemowych, a ich struktura krystaliczna jest nieregularna. Takie ogniwo fotowoltaiczne charakteryzuje się sprawnością na poziomie 15-18%.
Ogniwa drugiej generacji są cienkowarstwowe i wykonywane z tellurku kadmu, krzemu amorficznego, a także mieszanki miedzi, galu, indu i selenu. Są tańsze od ogniw z krystalicznego krzemu, a ich półprzewodniki nakłada się przez napylanie, naparowywanie czy epitaksję. Te ogniwa są bardzo elastyczne, więc sprawdzają się jako elementy budowlane.
Ogniwa trzeciej generacji obecnie są w fazie badań i bazują na wielu technologiach. Obecnie charakteryzują się niską sprawnością i żywotnością, lecz wiele wskazuje na to, że w finalnej wersji będą stosunkowo tanie. Wykonywane są przy pomocy technologii barwnikowej oraz polimerowej.
Zastosowanie ogniw polimerowych
Przede wszystkim ogniwo fotowoltaiczne to trwałe i niezawodne źródło energii w elektrowniach słonecznych, elementach elektroniki użytkowej, sztucznych satelitach, samochodach z napędem hybrydowym czy automatyce. Na tym nie koniec, gdyż ogniwa zasilają nawet elektronikę w sondach i promach kosmicznych czy stacjach orbitalnych.
Ponadto doskonale sprawdzają się przy doładowywaniu akumulatorów i wykorzystywaniu energii na kempingach, jachtach i oczywiście w domach jednorodzinnych. Kolejne zastosowanie to zasilanie układów telemetrycznych w stacjach pomiarowo-rozliczeniowych gazu ziemnego, energii elektrycznej oraz ropy naftowej. Ogniwa można również spotkać przy zasilaniu automatyki przemysłowej i pomiarowej.
