Ogniwo słoneczne
Ogniwo fotowoltaiczne Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Ogniwo fotowoltaiczne Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Ogniwo słoneczne, ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo fotoelektryczne, fotoogniwo – element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego. Poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury (zob. nośniki ładunku) do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
Po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował Alexandre Edmond Becquerel w 1839 r. w obwodzie oświetlonych elektrod umieszczonych w elektrolicie, a obserwacji tego zjawiska na granicy dwóch ciał stałych dokonali 37 lat później William Grylls Adams i jego uczeń, Richard Evans Day.
Fotoogniwa są produkowane z materiałów półprzewodnikowych, najczęściej z krzemu (Si), germanu (Ge), selenu (Se). Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznego krzemu ma nominalne napięcie ok. 0,5 wolta. Poprzez połączenie szeregowe ogniw słonecznych można otrzymać baterie słoneczne. Istnieją baterie z różną liczbą ogniw, w zależności od zastosowania, jak i od jakości ogniw.
Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika ze złączem p-n, na które pada światło. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika, związane z obecnością złącza p-n, przesuwa nośniki różnych rodzajów w przeciwne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi (mają nieskończony czas życia), a napięcie na złączu p-n jest stałe, oświetlone złącze działa jak ogniwo elektryczne, czyli takie, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą a elektrolitem.
Fotoogniwa są stosowane przede wszystkim jako trwałe i niezawodne źródła energii w elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach, plecakach, sztucznych satelitach, samochodach z napędem hybrydowym, a także w automatyce – jako czujniki fotoelektryczne i fotodetektory w fotometrii. Inne zastosowania to:
Ze względu na wysoką cenę, ogniwa fotowoltaiczne nie były w XX wieku masowo wykorzystywane jako źródło energii. Cena ta jednak stopniowo spadała, a na początku XXI wieku wiele państw zaczęło wprowadzać subwencje na budowę przemysłowych instalacji słonecznych. Wywołało to rozwój fotowoltaiki przemysłowej i dalszy spadek cen ogniw słonecznych. W styczniu 2002 roku średnia cena ogniw wynosiła około 5,5 USD/wat, w styczniu 2012 roku wynosiła 2,3 USD/wat[1]. Poniższa tabela przedstawia sumaryczną moc elektrowni słonecznych w kolejnych latach.
| Rok | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Moc elektrowni słonecznych (MW) | 1 455 | 1 779 | 2 248 | 2 839 | 3 989 | 5 426 | 7 013 | 9 571 | 15 900 | 23 042 | 39 777 | 67 350 | 100 115 | 136 700 |
| Roczny wzrost | 48,7% | 22,3% | 26,4% | 26,3% | 40,5% | 36,0% | 29,3% | 36,5% | 66,1% | 44,9% | 72,6% | 69,3% | 48,6% | 35,0% |
Gwałtowny wzrost inwestycji w instalacje fotowoltaiczne oraz spadek ich cen doprowadził do ograniczenia wsparcia w formie taryf gwarantowanych w krajach takich jak Niemcy czy Austria. Mimo obniżenia wsparcia rynek energii ze źródeł odnawialnych w tamtych krajach nadal dynamicznie rośnie[4]. Szacuje się, że trend ten dopiero wejdzie do Polski. Od 14 września 2013 r. obowiązuje bowiem nowelizacja ustawy prawo energetyczne, która umożliwia podłączenie systemu fotowoltaicznego (zdefiniowanego w ustawie jako „mikroinstalacja” o mocy do 40 kW) do sieci elektrycznej bez uzyskiwania zezwoleń[5].
monokrystaliczne – najwydajniejszy rodzaj ogniw fotowoltaicznych. Wytwarzane z monokryształu krzemu, charakteryzują się wysoką sprawnością i długą żywotnością. Ze względu na czasochłonny proces produkcji, ogniwa monokrystaliczne są najdroższym rodzajem ogniw. Mają charakterystyczny, czarny kolor.
polikrystaliczne – tańsze w produkcji i mniej wydajne niż ogniwa monokrystaliczne. Wytwarzane z płytek krzemowych, których struktura krystaliczna jest nieregularna. Ich sprawność oscyluje pomiędzy 15-18%. Mają niebieski kolor i widoczną strukturę kryształów krzemu, która przypomina szron.
Ogniwa drugiej generacji wykonywane są z takich materiałów jak tellurek kadmu, krzemu amorficznego, czy też mieszanki miedzi, indu, galu i selenu. Ze względu na bardzo cienką warstwę (od 0,001 do 0,08 mm) ogniwa tej generacji są znacznie tańsze niż ogniwa z krystalicznego krzemu. Półprzewodniki w tych ogniwach nakłada się za pomocą naparowywania, napylania oraz epitaksji. Ogniwa II generacji mogą być bardzo elastyczne, dzięki czemu można je wykorzystywać jako elementy budowlane.
Bazują na bardzo różnych technologiach i nie są oparte na złączach półprzewodnikowych p-n. Tego typu ogniwa nie są jeszcze skomercjalizowane i mają charakter nowatorski. Ze względu na to, że ogniwa te są w trakcie badań, charakteryzują się jeszcze niską sprawnością i żywotnością. Największą zaletą ogniw III generacji jest niezwykle niski koszt produkcji oraz nietoksyczność. Można wymienić takie ogniwa jak:
Na podstawie danych Instytutu TÜV Rheinland zebranych z wielu farm fotowoltaicznych, instalacji przemysłowych i mikroinstalacji domowych, przeanalizowano najczęstsze problemy i uszkodzenia modułów pv. Do nich należą:
W panelach fotowoltaicznych nie wykonuje się żadnych napraw oprócz czyszczenia, wymiany skrzynki przyłączeniowej, czy diody bocznikowej. Panele fotowoltaiczne mogą działać przez długi czas, pomimo wystąpienia niektórych usterek. Delaminacja folii czy zmniejszenie wydajności nie powodują natychmiastowej awarii modułu, a jedynie jego przyśpieszoną degradację i niższe uzyski energii.
Panele fotowoltaiczne poddaje się czterem głównym testom wytrzymałościowym. Do nich należą:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
