Fotowoltaika jako alternatywne źródło pozyskiwania energii elektrycznej z biegiem czasu cieszy się coraz większą popularnością zarówno wśród właścicieli prywatnych posesji, jak i przedsiębiorców. Niewiele osób jednak zdaje sobie sprawę z mechanizmu działania paneli fotowoltaicznych. Warto zaznajomić się z przebiegiem procesu czerpania energii z promieni słonecznych przez ogniwa fotowoltaiczne. Dzięki temu można poznać korzyści wynikające z zamontowania instalacji fotowoltaicznych.
Ogniwa fotowoltaiczne – podstawowy element systemu
Do wyprodukowania ogniw fotowoltaicznych używa się krzemu. W zależności od okoliczności można w tym celu wykorzystać jedną z trzech odmian tego pierwiastka:
• krzem amorficzny – z chaotyczną, wadliwą strukturą, która wpływa niekorzystnie na sprawność modułów, znacząco ją obniżając; skuteczność ogniw fotowoltaicznych zbudowanych z krzemu amorficznego wynosi zaledwie 14%;
• krzem polikrystaliczny – ma bardziej uporządkowaną, ale wciąż obciążoną skazami strukturę; sprawność działa zbudowanych z niego ogniw szacuje się na 16%;
• krzem monokrystaliczny – materiał, który najlepiej nadaje się do wykorzystania przy konstruowaniu ogniw fotowoltaicznych, efektywnie przetwarza energię słoneczną na energię elektryczną; skuteczność działania wynosi 19%.
Sprawność działania modułów przekłada się na cenę instalacji fotowoltaicznych. Choć monokryształy najlepiej sprawdzają się w tym przypadku, trzeba przy tym pamiętać, że są one bardzo drogie, dlatego w praktyce niewielu klientów stać na ich zakup. Stąd też najczęściej w przydomowych instalacjach fotowoltaicznych stosuje się panele zrobione z polikryształów.
Mechanizm działania ogniw fotowoltaicznych
Jak już było wspomniane, przechwytywanie energii słońca i jej przetwarzanie na prąd nie byłoby możliwe bez właściwie zaprojektowanych ogniw fotowoltaicznych połączonych w moduły fotowoltaiczne, tworzące razem panele słoneczne. Urządzenia te wykonywane są ze specjalnych materiałów półprzewodnikowych, którym w większości przypadków jest krzem. Promienie słoneczne padające na panel zostają wchłonięte przez elektrony znajdujące się na powierzchni krzemu. Przyłączony do ogniwa fotowoltaicznego odbiornik porządkuje ruch elektronów, tworząc zamknięty obieg elektryczny. Przesunięcie elektronów w kierunku atomów o ładunku dodatnim powoduje powstanie prądu.
Wytworzona w modułach fotowoltaicznych energia elektryczna ma jednak zupełnie inne parametry niż ta znana z domowych gniazdek. W dalszej kolejności trafia ona zatem do falownika, gdzie zachodzi proces przekształcania prądu stałego w prąd zmienny możliwy do wykorzystania przez domowe instalacje fotowoltaiczne. Jeśli dojdzie do jakiejkolwiek awarii domowej sieci elektrycznej, falownik wyłącza się automatycznie.