Fotowoltaika jest dziedziną nauki, która zajmuje się zagadnieniami przetwarzania energii słonecznej w energię elektryczną. Podstawowym zjawiskiem jest tutaj zjawisko fotowoltaiczne, nazywane również efektem fotowoltaicznym. Po raz pierwszy opisał je już w 1839 roku Aleksander Edmund Becqurel, francuski fizyk i fizykochemik. Na czym polega to zjawisko i jak jest wykorzystywane w elektrowniach słonecznych? Jakie panele fotowoltaiczne wybrać?
Zjawisko fotowoltaiczne
Zjawisko fotowoltaiczne polega na powstawaniu w ciele stałym siły elektromotorycznej. Dzieje się tak w efekcie promieniowania słonecznego (stąd nazwa: efekt fotowoltaiczny), które pada właśnie na ciało stałe. Elektrownie słoneczne wykorzystują to zjawisko do przetwarzania promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu fotoogniw, czyli ciał stałych o specjalnej konstrukcji, które umożliwiają ten proekologiczny proces.
Fotoogniwo
Fotoogniwo to niewielki element zbudowany z płytki krzemowej, w górnej części której umieszczone są elektrody ujemne (tzw. zbierające), a w dolnej części – elektrody dodatnie (tzw. przenoszące). Miedzy wierzchnią i spodnią warstwą krzemu znajduje się półprzewodnikowe złącze „p-n” (positive – negative). Budowa pojedynczego fotoogniwa jest wiec dosyć prosta. Moc pojedynczego fotoogniwa zależy bezpośrednio od jego wielkości – pojedyncze ogniwo może mieć wielkość od 4×4 cm do 15×15 cm i generować prąd o mocy od 1 do 7 W. Te pojedyncze fotoogniwa wchodzą w skład paneli fotowotaicznych, w których łączą się równolegle i szeregowo. Panele fotowoltaiczne z kolei stanowią podstawowy element przydomowej elektrowni słonecznej. Współcześnie na rynku dostępne jest kilka rodzajów ogniw fotowoltaicznych, m.in. ogniwa I, II i III generacji.
Działanie ogniwa fotowoltaicznego
Promieniowanie słoneczne to strumień fotonów niosących ze sobą energię. Podczas zderzenia fotonów w elektronami dochodzi do zjawiska fotoelektrycznego, podczas którego energia fotonu jest pochłaniana przez elektron, co z kolei prowadzi do zmiany własności elektrycznych materiału i wywołuje powstanie siły elektromotorycznej. W wyniku tych reakcji fizycznych dochodzi do powstania prądu stałego. Człowiek nie jest w stanie z niego jednak skorzystać, dlatego niezbędnym elementem elektrowni słonecznej jest inwerter, który umożliwia przekonwertowanie prądu stałego w prąd zmienny.
