Opublikowany: pon, Gru 17th, 2018

Ogniwo fotowoltaiczne – podział, budowa, schemat instalacji

10548316_846196132080777_5318955529935552436_o

Działanie systemu fotowoltaicznego opiera się na kilku kluczowych elementach. Dzięki kooperacji określonych komponentów możliwe jest pozyskanie i przekształcenie energii słonecznej w energię elektryczną. W dzisiejszym artykule przedstawimy podział, budowę i schemat instalacji ogniwa fotowoltaicznego.

Czym jest ogniwo fotowoltaiczne?

Fotoogniwo jest elementem półprzewodnikowym, w którym dochodzi do zamiany energii promieniowania świetlnego w energię elektryczną. Dzieje się to w efekcie zjawiska fotowoltaicznego. Ogniwa znajdują zastosowanie w branży solarnej, możemy je także znaleźć w kalkulatorach, zegarkach, sztucznych satelitach, pojazdach z napędem elektrycznym, w automatyce przemysłowej i pomiarowej. Moduły fotowoltaiczne to nic innego, jak ogniwa połączone ze sobą szeregowo.

Podział ogniw

Aktualnie możemy podzielić ogniwa fotowoltaiczne na 3 generacje:

  1. Generacja

a) Ogniwa z krzemu monokrystalicznego – ten rodzaj ogniw o pojedynczym złączu p-n został wyprodukowany z jednego kryształu krzemu o uporządkowanej strukturze. Są najczęściej wykorzystywane przy tworzeniu modułu fotowoltaicznego.

b) Ogniwa z krzemu polikrystalicznego – ten rodzaj ogniwa o pojedynczym złączu p-n powstał ze szlifowanych płytek krzemowych o nieregularnej strukturze.

c) Ogniwa z krzemu amorficznego – ten rodzaj ogniw o pojedynczym złączu p-n powstał z amorficznego, bezpostaciowego krzemu dyfundowanego wodorem.

  1. 2. Generacja

a) Ogniwa z tellurku kadmu CdTe

b) Ogniwa Grätzel’a DSSC

c) Ogniwa z krzemu amorficznego i mikrokrystalicznego

d) Ogniwa z mieszaniny miedzi, indu, galu, selenu w skrócie CIGS

  1. 3. Generacja

a) Ogniwa barwnikowe (DSC lub DSSC) – ten rodzaj ogniw używa odwracalnego procesu fotochemicznego.

b) Ogniwa organiczne – wyprodukowane ze związków organicznych, co oznacza, że w swoim składzie mają atomy węgla. Do budowy zostają wykorzystane polimery oraz organiczne molekuły.

Budowa ogniwa

Ogniwo fotowoltaiczne jest zbudowane z materiałów półprzewodnikowych – krzemu, germanu, selenu. Poszczególne ogniwo składa się z:

  1. Elektrody – w ogniwie mamy do czynienia z dwiema elektrodami. Ujemna jest umieszczona na górze powierzchni płytki. Jest odpowiedzialna za zbieranie elektronów w postaci siatki. Druga, dodatnia, przyjmująca postać metaliczną, jest umieszczona u dołu.
  2. Półprzewodnika typu N (ang. negative) – ten typ półprzewodników powstaje w efekcie dodania domieszki, która wprowadza niedobór elektronów. Wprowadzona domieszka jest pięciowartościowa, a więc posiada o jeden elektron walencyjny więcej niż krzem. Ostatni elektron będzie słabo związany z jądrem, a więc łatwo będzie zerwać wiązanie.
  3. Bariery potencjału – pole elektryczne, które tworzy się na styku półprzewodników p-n.
  4. Półprzewodnika typu P (ang. positive)– ten typ półprzewodnika powstaje, gdy do kryształu dodamy pierwiastki trójwartościowe. Taki stan rzeczy doprowadzi do zdekompletowania jednego z obecnych tam wiązań kowalencyjnych w sieci krystalicznej i powstanie dziury elektronowej.

Zasady działania

W module fotowoltaicznym działa zjawisko fotoemisji, które polega na wybiciu elektronów z orbit atomowych. Atom, który został pozbawiony elektronu otrzymuje ładunek dodatni „+e”, a w miejscu, gdzie go brakuje powstaje ładunek ujemny „-e”. W momencie, gdy światło słoneczne pada na ogniwo fotowoltaiczne, wytwarza się para nośników o odmiennych ładunkach elektrycznych, elektron-dziura. Wymieniona para zostaje rozdzielona przez pole elektryczne. Taki stan rzeczy powoduje, że w ogniwie pojawia się napięcie. Kiedy urządzenie pobierające energię zostanie podłączone, następuje wtedy przepływ prądu elektrycznego. Prąd z baterii zostaje przekazany do akumulatorów.

Comments

comments