Fotowoltaika – czym jest
Urządzenia fotowoltaiczne (PV) wytwarzają energię elektryczną bezpośrednio ze światła słonecznego w procesie elektronicznym. Proces ten naturalnie zachodzi w niektórych rodzajach materiałów, zwanych półprzewodnikami. Elektrony w tych materiałach uwalniają się przez energię słoneczną. Przemieszczają się w obwodzie elektrycznym, zasilania urządzeń elektrycznych lub przesyłania energii elektrycznej do sieci.
Panele fotowoltaiczne mogą być używane do zasilania wszystkiego, od małej elektroniki, takiej jak kalkulatory i znaki drogowe, po domy i duże firmy komercyjne.
Jak działa technologia paneli fotowoltaicznych?
Fotony uderzają i jonizują materiał półprzewodnikowy na panelu słonecznym, powodując uwolnienie zewnętrznych elektronów ze swoich 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 krystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych. Po części dlatego, że tylko część światła w widmie może zostać zaabsorbowana. Część widma światła odbija się, a część jest zbyt słaba, aby wytwarzać elektryczność (podczerwień). Natomiast część (ultrafiolet) wytwarza energię cieplną zamiast elektryczności.
Historia technologii fotowoltaicznej
Efekt PV zaobserwował już w 1839 roku Alexandre Edmund Becquerel i był przedmiotem badań naukowych na początku XX wieku. W 1954 r. Bell Labs w USA wprowadził pierwsze urządzenie fotowoltaiczne, które wytwarzało użyteczną ilość energii elektrycznej. Do 1958 r. ogniwa słoneczne wykorzystywano w różnych zastosowaniach naukowych i komercyjnych na małą skalę.
Kryzys energetyczny lat 70. zapoczątkował duże zainteresowanie wykorzystaniem ogniw słonecznych do produkcji energii elektrycznej w domach i firmach. Zaporowe ceny (prawie 30 razy wyższe od obecnych) sprawiły, że zastosowania na dużą skalę stały się niepraktyczne.
Rozwój przemysłu i badania w kolejnych latach sprawiły, że urządzenia fotowoltaiczne stały się bardziej wykonalne. Rozpoczął się cykl zwiększania produkcji i obniżania kosztów, który trwa do dziś.
Nowoczesna fotowoltaika
Koszt fotowoltaiki drastycznie spadł, ponieważ branża zwiększyła produkcję i stopniowo ulepszała technologię za pomocą nowych materiałów. Koszty instalacji również spadły dzięki bardziej doświadczonym i przeszkolonym instalatorom.
Większość nowoczesnych ogniw słonecznych wykonano z krzemu krystalicznego lub z cienkowarstwowego materiału półprzewodnikowego. Ogniwa krzemowe są bardziej wydajne w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną, ale generalnie mają wyższe koszty produkcji. Materiały cienkowarstwowe mają zwykle niższą wydajność, ale mogą być prostsze i mniej kosztowne w produkcji. Wyspecjalizowana kategoria ogniw słonecznych -zwana ogniwami wielozłączowymi lub tandemowymi – jest wykorzystywana w zastosowaniach wymagających bardzo małej wagi i bardzo wysokiej wydajności, takich jak satelity i zastosowania wojskowe. Wszystkie typy systemów fotowoltaicznych stosuje się w różnych przypadkach.