Oferta

Ogniwa fotowoltaiczne – budowa

Ogniwa to najmniejszy element paneli fotowoltaicznych. Dowiedz, czym są i jak są zbudowane. Poznaj zasadę ich działania, dobierz ogniwa dopasowane do potrzeb swojej inwestycji i ciesz się zieloną energią słoneczną oraz oszczędnościami generowanymi przez jej samodzielną produkcję.

Czym są ogniwa fotowoltaiczne?

Ogniwo fotowoltaiczne (fotoogniwo, ogniwo słoneczne) to element półprzewodnikowy, w którym dochodzi do konwersji energii cielnej, pochodzącej z promieni słonecznych, na energię elektryczną (prąd stały). Przemiana następuje w wyniku zjawiska fotowoltaicznego. W półprzewodnikowym złączu typu p-n fotony (posiadające mniejszą energię niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika) powodują przemieszczanie się elektronów. Efektem jest pojawienie się napięcia elektrycznego (różnicy potencjałów).

Jak zbudowane są ogniwa fotowoltaiczne?

Ogniwa powstają z płytki materiału, który jest półprzewodnikiem. Najczęściej wykorzystuje się krzem, rzadziej tellurek kadmu lub mieszankę miedzi, galu, indu i selenu. Klasyczne ogniwo zbudowane jest z dwóch warstw półprzewodnika. Górna część to cieniutka, przezroczysta siatka – występują tutaj elektrody zbierające (ujemne). Dolna część to metalowa płytka z elektrodami przenoszącymi (dodatnimi). Wierzchnia warstwa określana jest jako „n” (od negative), a spodnia jako „p” (od positive). Powierzchnia ujemna od dodatniej jest oddzielona półprzewodnikowym złączem „p-n”.

Na rynku dostępne są także ogniwa fotowoltaiczne z warstwą PERC. W swojej spodniej części posiadają dodatkową warstwę pełniącą funkcję izolatora elektrycznego. Działa ona jako reflektor odbijający promienie słoneczne, które nie wytworzyły elektronu. Takie rozwiązanie zwiększa wydajność, ponieważ promienie mają jeszcze jedną szansę na wytworzenie energii.

Ogniwa mają różne wielkości (od 4x4 cm do nawet 15x15 cm) – te najmniejsze generują moc o mocy 1 W, a największe nawet o 7 W. Pojedyncze ogniwa łączy się równolegle i szeregowo w panele fotowoltaiczne.

Rodzaje ogniw fotowoltaicznych

1. Ogniwa I generacji (grubowarstwowe)

  • monokrystaliczne – mają czarny kolor (w słonecznych dzień mogą wydawać się granatowe). Są zbudowane z monokryształu krzemu o średnicy około 30 cm. Monolit krzemu kroi się na płytki o grubości około 2-3 mm. Z nich wycina się ośmiokąty, co pozwala zniwelować straty materiału. Wyróżnikiem ogniw monokrystalicznych jest wysoka wydajność (sprawność sięga nawet ponad 19%) oraz żywotność 25-30 lat (dopiero po tym czasie ich moc spada o około 20%),
  • polikrystaliczne – mają kolor niebieski. Są zbudowane z kwadratowych płytek krzemowych o nieregularnej strukturze (widoczna jest na nich struktura kryształków krzemu podobna do szronu). Są mniej wydajne niż ogniwa monokrystaliczne (mają sprawność około 15-18%).

2. Ogniwa II generacji (cienkowarstwowe)

Produkuje się je z krzemu amorficznego, tellurku kadmu lub mieszanki miedzi, galu, indu i selenu. Bardzo cienką warstwę półprzewodnika (około 0,001 – 0,80 mm) nakłada się tutaj za pomocą napylania, naparowywania oraz epitaksji. Są tańsze od ogniw fotowoltaicznych I generacji.

Dużą popularnością cieszą się ogniwa fotowoltaiczne z krzemu amorficznego. Mają brunatny lub bordowy odcień, są matowe. Ich sprawność jest niższa niż ogniw polikrystalicznych i monokrystalicznych (wynosi około 6-8%).

Jak działają ogniwa fotowoltaiczne?

Poszczególne ogniwa fotowoltaiczne różnią się kształtami i materiałami, z których są wykonane. Ich ogólna zasada działania jest jednak taka sama. Każde fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika. Górna warstwa krzemu jest domieszkowana ujemnie fosforem, a dolna dodatnio domieszką atomów boru. Obie warstwy łączy strefa neutralna. Pomiędzy nimi powstaje złącze p-n (positive – negative, plus – minus) – tworzy się tutaj pole elektryczne.

Na złącze pada światło emitowane przez promienie słoneczne. Energia fotonu (najmniejszej jednostki światła) uwalnia elektrony i powoduje ich przemieszczanie się. Padające fotony mają energię większą od przerwy elektrycznej półprzewodnika. W ten sposób powstają pary elektron-dziura. Pole magnetyczne wewnątrz półprzewodnika powoduje przesuwanie się nośników w różne strony – elektrony do obszaru „n”, dziury do obszaru „p”. W złączu powstaje zewnętrzne napięcie elektryczne. Obwód jest zamykany odbiornikiem energii. W obwodzie (pomiędzy górną, a dolną płytką) płynie prąd stały. W instalacjach fotowoltaicznych wykorzystuje się inwerter (falownik), który zmienia go na prąd zmienny, który może zostać wykorzystany do zasilania sprzętu elektrycznego.

Jakie ogniwa fotowoltaiczne wybrać?

Ogniwa fotowoltaiczne polikrystaliczne zapewniają najwyższą sprawność i żywotność paneli. Dobrze sprawdzą się do budowy mikroinstalacji fotowoltaicznej na niewielkim dachu. Mniejsza ilość takich paneli pozwala wyprodukować taką samą ilość prądu, co większa powierzchnia paneli polikrystalicznych.

Ogniwa polikrystaliczne są tańsze, dlatego często sięgają po nie osoby, którym zależy na niższych kosztach inwestycji. Ich niższa sprawność sprawia, że lepiej sprawdzą się na dużych dachach lub na gruncie.

Ogniwa cienkowarstwowe (m.in. wykonane z krzemu amorficznego) są elastyczne, dlatego częstą poleca się je do budowy instalacji fotowoltaicznych na fasadach budynków.

Poszukujesz niezawodnych i trwałych paneli fotowoltaicznych? Zastanawiasz się, jak do idealne ogniwa do swojej inwestycji?

Zapraszamy do kontaktu – eksperci PowerOn objaśnią Ci dokładną budowę oraz zasady działania ogniw fotowoltaicznych i pomogą dobrać wydajne panele dopasowane do potrzeb Twojego gospodarstwa domowego lub firmy.

Zadzwoń na numer +48 515 792 391
lub wyślij maila na kontakt@e-poweron.pl