Czym są ogniwa fotowoltaiczne? Instalacja fotowoltaiczna bez tajemnic

Fotowoltaika jest to bezpośrednia konwersja światła w energię elektryczną przez ogniwa solarne, tzw. ogniwa fotowoltaiczne. Wykorzystuje się do tego materiały półprzewodnikowe, najczęściej krzem – krystaliczne ogniwa krzemowe. Jak działają ogniwa fotowoltaiczne?

Najmniejszym elementem instalacji fotowoltaicznej jest wykonane z krzemu ogniwo fotowoltaiczne. Kilka ogniw, połączonych elektrycznie, zostaje zalaminowane i tworzy moduły solarne (moduły fotowoltaiczne). Laminowanie chroni moduł przed wpływami atmosferycznymi, powietrzem i wilgocią. Jakość laminowania w decydujący sposób wpływa na żywotność i tym samym na ilość pozyskiwanej energii przez instalację fotowoltaiczną.
Poszczególne moduły fotowoltaiczne umieszczone np. na dachu domu i połączone ze sobą, tworzą tzw. generator solarny.

Ogniwa fotowoltaiczne – budowa i działanie

Ogniwo fotowoltaiczne wytwarza prąd przez efekt fotoelektryczny z energii światła, bez żadnych procesów mechanicznych czy chemicznych. Gdy światło pada na ogniwo, energia promieniowania uwalnia ładunki elektryczne z materiału. Przez ich podział w warstwie granicznej powstaje potencjał energii w formie napięcia elektrycznego. Jeśli teraz odbiornikiem zamknie się obwód między oboma biegunami, popłynie w nim prąd.
Krzemowe ogniwo fotowoltaiczne (solarne) składa się z dwóch warstw krzemu, różnie domieszkowanych. Strona napromieniowana domieszkowana jest ujemnie fosforem, to znaczy celowo zanieczyszczona nadmiarem elektronów. Natomiast, warstwa dolna domieszkowana jest dodatnio borem – niedobór elektronów. W warstwie granicznej powstaje pole elektryczne o biegunowości przeciwnej do domieszkowania, powodujące rozdzielenie uwolnionych przez światło słoneczne ładunków elektrycznych. W ten sposób, pod wpływem światła nasila się nadmiar lub niedobór elektronów.

Aby umożliwić odbieranie prądu z ogniwa fotowoltaicznego, umieszczono na przedniej i tylnej stronie ogniwa metalowe kontakty. Na tylnej stronie może to być nałożona cienka warstwa kontaktowa z pasty aluminiowej lub srebrnej. Strona przednia musi jak najlepiej przepuszczać światło, dlatego kontakty nakłada się zazwyczaj w formie cienkiej siatki, wykonanej metodą sitodruku.