Urządzenia fotowoltaiczne (PV) generują energię elektryczną bezpośrednio ze światła słonecznego w procesie elektronicznym, który w sposób naturalny występuje w pewnych typach materiałów, zwanych półprzewodnikami. Elektrony w tych materiałach są uwalniane przez energię słoneczną i mogą być indukowane do podróżowania przez obwód elektryczny, zasilający urządzenia elektryczne lub wysyłający energię elektryczną do sieci.
Urządzenia PV mogą być używane do zasilania wszystkiego, począwszy od małych urządzeń elektronicznych, takich jak kalkulatory i znaki drogowe, aż po domy i duże firmy komercyjne.
Jak działa technologia PV?
Fotony uderzają i jonizują materiał półprzewodnikowy na panelu słonecznym, powodując uwolnienie elektronów zewnętrznych z ich wiązań atomowych. Ze względu na strukturę półprzewodnikową, elektrony są wymuszane w jednym kierunku, tworząc przepływ prądu elektrycznego. Ogniwa słoneczne nie są w 100% wydajne w ogniwach słonecznych z krzemu krystalicznego, częściowo dlatego, że tylko pewne światło w widmie może być pochłaniane. Część widma świetlnego jest odbijana, część jest zbyt słaba, aby wytworzyć prąd elektryczny (podczerwień), a część (ultrafiolet) wytwarza energię cieplną zamiast elektryczną. Schemat typowego krystalicznego ogniwa słonecznego z krzemu. Aby uczynić ten typ ogniwa, płytki z wysokiej czystości krzemu są âdopedâ z różnymi zanieczyszczeniami i stopione razem. Powstała w ten sposób struktura tworzy ścieżkę dla prądu elektrycznego wewnątrz i pomiędzy ogniwami słonecznymi.
Inne rodzaje technologii fotowoltaicznych
Oprócz krzemu krystalicznego (c-Si), istnieją dwa inne główne rodzaje technologii PV:
Historia technologii fotowoltaicznej
Efekt PV był obserwowany już w 1839 roku przez Alexandre Edmunda Becquerela i był przedmiotem badań naukowych na początku XX wieku. W 1954 r. firma Bell Labs w Stanach Zjednoczonych wprowadziła pierwsze urządzenie fotowoltaiczne, które wytwarzało użyteczną ilość energii elektrycznej, a do 1958 r. ogniwa słoneczne były wykorzystywane w różnych zastosowaniach naukowych i komercyjnych na niewielką skalę.
Kryzys energetyczny lat 70-tych XX wieku zapoczątkował duże zainteresowanie wykorzystaniem ogniw słonecznych do produkcji energii elektrycznej w domach i przedsiębiorstwach, ale zaporowe ceny (prawie 30-krotnie wyższe od obecnej) sprawiły, że zastosowania na dużą skalę stały się niepraktyczne.
Rozwój przemysłu i badania naukowe w kolejnych latach sprawiły, że urządzenia PV stały się bardziej wykonalne i rozpoczął się cykl wzrostu produkcji i obniżania kosztów, który trwa do dziś.
Koszty fotowoltaiki słonecznej
Gwałtownie spadające ceny sprawiły, że słońce stało się bardziej przystępne cenowo niż kiedykolwiek. Średnia cena gotowego systemu PV spadła w ciągu ostatniej dekady o 59 procent.
Nowoczesna fotowoltaika
Koszty PV drastycznie spadły, ponieważ przemysł zwiększył produkcję i stopniowo ulepszał technologię za pomocą nowych materiałów. Koszty instalacji spadły również dzięki bardziej doświadczonym i przeszkolonym instalatorom. Na całym świecie Stany Zjednoczone mają trzeci co do wielkości rynek instalacji PV i nadal szybko się rozwijają.
Większość nowoczesnych ogniw słonecznych jest wykonana z krzemu krystalicznego lub cienkowarstwowego materiału półprzewodnikowego. Ogniwa krzemowe są bardziej wydajne w przetwarzaniu światła słonecznego na energię elektryczną, ale na ogół mają wyższe koszty produkcji. Materiały cienkowarstwowe mają zazwyczaj mniejszą wydajność, ale mogą być prostsze i mniej kosztowne w produkcji. Specjalna kategoria ogniw słonecznych – nazywana ogniwami wielofunkcyjnymi lub tandemowymi – jest stosowana w zastosowaniach wymagających bardzo niskiej wagi i bardzo wysokiej sprawności, takich jak satelity i zastosowania wojskowe. Wszystkie rodzaje systemów PV są obecnie szeroko stosowane w wielu różnych zastosowaniach.
Sprawdź więcej: Czyszczenie fotowoltaiki