Fotowoltaika – jak działa

Fotowoltaika – jak działa

Podstawy technologii fotowoltaicznej słonecznej

Ogniwa słoneczne, zwane również ogniwami fotowoltaicznymi, przekształcają światło słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną.
Układ fotowoltaiczny w Centrum Turystycznym i Badawczym Mesa Verde w hrabstwie Montezuma w stanie Kolorado. W połączeniu z mikrosystemem wodnym i słonecznym podgrzewaniem wody, lokalne systemy energii odnawialnej są w stanie zaspokoić 95% zapotrzebowania budynku na energię. Zdjęcie: Dennis Schroeder, NREL

panele fotowoltaika

Fotowoltaika (często skracana jako PV) bierze swoją nazwę od procesu konwersji światła (fotonów) na energię elektryczną (napięcie), co nazywa się efektem fotowoltaicznym. Zjawisko to zostało po raz pierwszy wykorzystane w 1954 roku przez naukowców z Bell Laboratories, którzy stworzyli działające ogniwo słoneczne wykonane z krzemu, które generowało prąd elektryczny pod wpływem światła słonecznego. Ogniwa słoneczne były wkrótce wykorzystywane do zasilania satelitów kosmicznych i mniejszych przedmiotów, takich jak kalkulatory i zegarki. Obecnie energia elektryczna z ogniw słonecznych stała się konkurencyjna cenowo w wielu regionach, a systemy fotowoltaiczne są wdrażane na dużą skalę w celu zasilania sieci elektrycznej.

Krzemowe ogniwa słoneczne

Zdecydowana większość dzisiejszych ogniw słonecznych jest wykonana z krzemu i oferuje zarówno rozsądne ceny, jak i dobrą wydajność (szybkość, z jaką ogniwo słoneczne zamienia światło słoneczne na energię elektryczną). Ogniwa te są zwykle montowane w większe moduły, które można instalować na dachach budynków mieszkalnych lub komercyjnych lub umieszczać na stojakach naziemnych, tworząc ogromne systemy o skali użytkowej.

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne

Inna powszechnie stosowana technologia fotowoltaiczna jest znana jako cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, ponieważ są one wykonane z bardzo cienkich warstw materiału półprzewodnikowego, takiego jak tellurek kadmu lub diselenek miedziowo-indowo-galowy. Grubość tych warstw komórek wynosi tylko kilka mikrometrów, czyli kilka milionowych części metra.

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne mogą być elastyczne i lekkie, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań przenośnych — takich jak plecak żołnierza — lub do stosowania w innych produktach, takich jak okna, które wytwarzają energię elektryczną ze słońca. Niektóre rodzaje cienkowarstwowych ogniw słonecznych również korzystają z technik produkcyjnych, które wymagają mniej energii i są łatwiejsze do skalowania niż techniki produkcyjne wymagane w przypadku krzemowych ogniw słonecznych.
Ogniwa słoneczne III-V

Trzeci rodzaj technologii fotowoltaicznej nosi nazwę elementów, które je tworzą. Ogniwa słoneczne III-V są zbudowane głównie z pierwiastków z grupy III — np. galu i indu — oraz grupy V — np. arsenu i antymonu — układu okresowego. Te ogniwa słoneczne są na ogół znacznie droższe w produkcji niż inne technologie. Ale zamieniają światło słoneczne w energię elektryczną z dużo większą wydajnością. Z tego powodu te ogniwa słoneczne są często używane w satelitach, bezzałogowych statkach powietrznych i innych zastosowaniach wymagających wysokiego stosunku mocy do masy.

Ogniwa słoneczne nowej generacji

Naukowcy zajmujący się ogniwami słonecznymi w NREL i innych miejscach również prowadzą wiele nowych technologii fotowoltaicznych, takich jak ogniwa słoneczne wykonane z materiałów organicznych, kropek kwantowych i hybrydowych materiałów organiczno-nieorganicznych (znanych również jako perowskity). Te technologie nowej generacji mogą oferować niższe koszty, większą łatwość produkcji lub inne korzyści. Dalsze badania pokażą, czy te obietnice mogą zostać zrealizowane.
Badania niezawodności i integracji sieci

Badania fotowoltaiczne to coś więcej niż wytworzenie wysokowydajnego, taniego ogniwa słonecznego. Właściciele domów i firmy muszą mieć pewność, że instalowane przez nich panele słoneczne nie zmniejszą się pod względem wydajności i będą niezawodnie wytwarzać energię elektryczną przez wiele lat. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i regulatorzy rządowi chcą wiedzieć, jak dodać systemy fotowoltaiczne do sieci elektrycznej bez destabilizacji starannego równoważenia podaży i popytu na energię elektryczną.

Naukowcy zajmujący się materiałami, analitycy ekonomiczni, inżynierowie elektrycy i wiele innych osób w NREL pracują nad rozwiązaniem tych problemów i zapewnieniem, że fotowoltaika słoneczna jest czystym i niezawodnym źródłem energii.

Dodaj komentarz