Nie jesteśmy w stanie funkcjonować bez energii. Wykorzystujemy ją w wielu dziedzinach życia.

Obecnie energia w głównej mierze produkowana jest podczas procesów konwersji paliw kopalnych (głównie procesy spalania). Przemiany te niosą za sobą wiele wad. Zasób kopalin jest ograniczony, a to oznacza, że w końcu ulegną wyczerpaniu. Także procesy spalania powodują olbrzymie spustoszenie w środowisku. Jednym z najpoważniejszych skutków skażenia środowiska produktami spalania paliwami kopalnymi, w głównej mierze produktami spalania węgla kamiennego i brunatnego, jest efekt cieplarniany. Dlatego też, aby temu przeciwdziałać, poszukuje się innych czystych technologii. Jedną z nich jest pozyskiwanie energii ze słońca.

 Największą ilość energii przenoszą fotony o dużej częstotliwości promieniowania. Absorpcja światła polega na przekazywaniu przez fotony całej swojej energii atomom i cząsteczkom substancji. Fotony docierające do struktury atomowej materii mogą wybijać elektrony z orbit walencyjnych na poziom przewodnictwa. Nie wszystkie fotony mają odpowiednią energię do wybicia elektronów w półprzewodnikach. W przypadku zmniejszonej intensywności promieniowania słonecznego na skutek zachmurzenia energia, jaką niesie foton, może być niewystarczająca do wybicia elektronów w półprzewodniku.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego
Do budowy ogniw wykorzystuje się różnego rodzaju półprzewodniki. Większość z nich ma cztery elektrony walencyjne. Półprzewodniki takie jak: krzem (Si), german (Ge), cyna (Sn) pochodzą z IV grupy układu okresowego i są to półprzewodniki elementarne. Półprzewodniki można również tworzyć przez związki metali z III i V grupy oraz z II i VI lub poprzez ich kombinacje. Budowę pojedynczego ogniwa przedstawiono na rysunku. Pojedyncze ogniwo w warunkach standardowych pozwala na uzyskanie napięcia w granicach 0,55 – 0,60 V, prądu maksymalnego ~ 300 mA. Aby uzyskiwać napięcie i moc użytkową, pojedyncze ogniwa łączy się w moduły lub panele. Ogniwa łączy się za pomocą taśm przewodzących w układzie szeregowym w liczbie do 36. Następnie tak połączone ogniwa przykleja się do podłoża i zalewa się transparentnymi żywicami odpornymi na niekorzystne warunki pogodowe. Tak przygotowany panel zaopatruje się w metalową ramkę nadającą sztywność podłożu oraz kable przyłączeniowe wraz z układem zabezpieczającym.

budowa ogniwa fotowoltaicznegoSprawność ogniw jest niewielka i sięga do 30%. Nie jest ona stała i zależy od wielu czynników, np. widmo promieniowania czy temperatury pracy. Należy pamiętać, iż wydajność ogniw spada wraz ze wzrostem ich temperatury. Oprócz klasycznego ogniwa fotowoltaicznego wyróżnić można także inne, jak chociażby ogniwa barwnikowe, termiczne czy organiczne.

Mimo wielu technologii przetwarzania energii słonecznej ten sposób produkcji energii elektrycznej nie jest wykorzystywany na większą skalę. Spowodowane jest to wysokimi kosztami wytworzenia ogniw, a także niewielką sprawnością urządzeń. Pomimo tych wad przewiduje się jednak znaczny wzrost produkcji energii ze słońca.

MACIEJ DURACZYŃSKI – GLOBEnergia


Cały artykuł – GLOBEnergia 4/2008

fotowoltaika