Co to jest fotowoltaika? Droga do ekologicznej energii

Fotowoltaika to proces przekształcania promieniowania słonecznego w energię elektryczną:

1. Aby rozpocząć, promienie słoneczne muszą być skupione i skoncentrowane na materiale półprzewodnikowym (zwanym również płytką), takim jak krzem, który jest domieszkowany fosforem i borem, aby uczynić go dodatnio naładowanym z jednej strony i ujemnie naładowanym z drugiej.

2. Ciepło pochodzące z tego procesu tworzy dodatnio naładowane dziury elektronowe – gdzie elektron został wytrącony ze swojej normalnej pozycji w atomie przez energię słoneczną – które są wypychane w kierunku przeciwległych końców każdego ogniwa.

3. Elektrony przepływają z jednego końca ogniwa na drugi, wytwarzając prąd elektryczny stały o natężeniu elektryczność.

4. Grupa połączonych ze sobą ogniw to panel słoneczny, który może być połączony w celu naładowania baterii lub bezpośredniego zasilania urządzenia.

Etapy 1 i 2 nazywane są „efektem fotowoltaicznym”, natomiast etapy 3 i 4 tworzą prąd elektryczny, gdy dwa różne typy półprzewodników w każdym ogniwie wchodzą w interakcję, tworząc tak zwaną „studnię potencjału”

Ile energii elektrycznej jest wytwarzane z jednego fotonu? 

Teoretycznie wszystko – ale nie w praktyce. Fotony niosą ze sobą różne ilości energii, które odpowiadają różnym długościom fali związanym ze światłem. Energia każdego fotonu jest kwantowana na dyskretne jednostki, co powoduje powstanie dyskretnych pakietów energii w przepływie elektronów. Jeden elektronowolt (eV)definiuje się jako energię uzyskaną przez elektron, gdy wpada on przez różnicę potencjałów elektrycznych równą jednemu woltowi. Dlatego pojedynczy foton może dostarczyć od zera do kilku elektronowoltów użytecznej energii w zależności od długości fali związanej z jego falą.

Ile fotonów potrzeba, aby wyprodukować energię elektryczną? 

W fotowoltaice więcej fotonów jest lepszym rozwiązaniem, ponieważ pozwala nam na wykorzystanie fotonów o wyższej energii przy jednoczesnej możliwości uzyskania wystarczającego prądu. W praktyce jednak, tylko światło o bardzo niskiej intensywności padające na dużą powierzchnię jest w stanie to zrobić – to właśnie sprawia, że oszczędzanie pieniędzy jest tak trudne! Chociaż całe padające światło zawiera potencjalnie cenną energię, większość z niego nie jest wykorzystywana.

Jeśli zbyt dużo światła słonecznego zostanie zaabsorbowane przez ogniwo słoneczne, czy to uszkodzi ogniwo? 

Nie. Światło słoneczne nie jest szkodliwe dla ogniw słonecznych, ale zawsze należy chronić je przed przegrzaniem. Podobnie jak inne urządzenia elektroniczne, muszą być chronione przed ekstremalnymi temperaturami. Można to osiągnąć poprzez używanie ich razem z baterią lub innym urządzeniem pochłaniającym nadmiar ciepła.

Jakie są rodzaje ogniw fotowoltaicznych? 

Ogromna większość paneli słonecznych stosowanych w domach i małych budynkach jest wykonana z krzemu krystalicznego. Inny proces, zwany krzemem mikrokrystalicznym (μC-Si), jest tańszy w produkcji niż standardowy wafel, ale ma gorsze parametry. Inne rodzaje ogniw produkowane w innej technologii – cienkowarstwowy krzem amorficzny (a-Si) i CdTe (tellurek kadmu). Pierwsze z nich stosowane są w niektórych kalkulatorach czy zegarkach, drugie – w niektórych przenośnych telefonach. Należy zauważyć, że obecnie prawie wszystkie te ogniwa składają się z dwóch oddzielnych warstw: jedna warstwa pochłania światło słoneczne; druga warstwa, zwana „p-warstwą”, umożliwiająca przepuszczanie jonów dodatnich i elektronów.

Jakie są inne rodzaje ogniw? 

Oprócz głównych typów wymienionych powyżej, istnieje duża liczba mniej popularnych typów PV, a mianowicie: uwodorniony krzem amorficzny (a-Si:H), organiczne ogniwa słoneczne (OSC lub OPV), powłoka antyrefleksyjna na każdej powierzchni ogniwa (każda strona) i inne. W tym artykule nie będziemy ich szczegółowo rozpatrywać, ponieważ mają one słabą wydajność w porównaniu z technologiami krzemu krystalicznego i cienkiej warstwy. Podobnie jak wszystkie technologie, te alternatywne metody mają zarówno zalety, jak i wady, które pozwalają im być używane tylko w wąskim zakresie zastosowań, gdzie trzeba przenośne źródło energii lub mały obszar do wytwarzania energii.

Innym rodzajem jest ogniwo wielofunkcyjne, które jest stosem do pięciu oddzielnych warstw cienkiej folii.

Jak długa jest żywotność ogniw fotowoltaicznych? 

Chociaż zależy to od różnych czynników, takich jak jakość produkcji i użytych materiałów, większość paneli słonecznych działa obecnie przez co najmniej 25 lat. Niektórzy producenci oferują 25-letnią gwarancję, jeśli ich produkty spełniają określone standardy. Niektóre typy mogą mieć nawet ponad 100 lat! Ogniwa słoneczne wykonane z krzemu są najpowszechniej stosowanym obecnie typem; stanowią one ponad 90% światowej produkcji i pozostaną dominujące przez wiele lat. Technologie alternatywne (cienkowarstwowe i organiczne) również szybko się rozwijają, ale tylko w zastosowaniach niszowych – głównie tam, gdzie waga lub rozmiar są krytyczne.

Mikrokrystaliczny silikonowe panele słoneczne mają żywotność około 15 lat do czasu, gdy osiągną tylko 10% swojej początkowej wydajności, więc wiele firm nie oferuje nawet żadnej gwarancji na nie.

Jednak panele słoneczne mogą być ekonomicznie opłacalnym wyborem dla właścicieli domów, którzy wymieniają dachy co około 20 lat, co zazwyczaj wystarcza, aby odzyskać pieniądze. Przeciętny dom ma żywotność ponad 30 lat, co czyni go jedną z najlepszych długoterminowych inwestycji, jakie można poczynić w swoim domu

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *