Ogniwa słoneczne – budowa i rodzaje

Ogniwa słoneczne inaczej nazywane ogniwami fotowoltaicznymi należą do najmniejszych elementów, z których zbudowane są panele słoneczne. Spełniają jednak kluczowe zadanie, ponieważ to one produkują energię elektryczną. Panele fotowoltaiczne są pewnego rodzaju zbiorem ogniw, które poprzez połączenie szeregowe lub równoległe tworzą moduły odpowiedzialne za darmową produkcję energii elektrycznej ze słońca.

W zasadzie moduły wykazują tę samą zasadę działania, jednak mogą się różnić pod względem kształtu czy materiału, z którego zostały wykonane. Najczęściej wykorzystywane są ogniwa krzemowe, do których należą ogniwa grubowarstwowe (ogniwa monokrystaliczne oraz polikrystaliczne), a także ogniwa cienkowarstwowe.

Ogniwa monokrystaliczne mają charakterystyczny czarny kolor i należą obecnie do najwydajniejszych. Produkuje się je z monokryształu krzemu, który wykazuje długą żywotność i wysoką sprawność. Niestety jego proces produkcji jest dość czasochłonny, przez co ogniwa te należą do najdroższych. Ogniwa polikrystaliczne są tańsze w produkcji, ale niestety mniej wydajne od poprzednich. Są jednak zdecydowanie bardziej popularne. Wytwarza się je z płytek krzemowych o krystalicznej i nieregularnej strukturze przypominającej szron. Mają charakterystyczny, niebieski kolor. Zarówno ogniwa monokrystaliczne, jak i polikrystaliczne należą do grupy ogniw grubowarstwowych. Natomiast ogniwa cienkowarstwowe, jak sama nazwa wskazuje, mają niewielką grubość materiału półprzewodnikowego. W związku z powyższym koszty produkcji są niższe. Niestety ogniwa te należą do bardzo delikatnych i kruchych, przez co proces produkcji wymaga wysokiej ostrożności.

Jak działają ogniwa słoneczne?

Jak już zostało wspomniane wcześniej, bez względu na budowę, zasada działania ogniw słonecznych jest taka sama. Ich zadaniem jest zamienić energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Jak to się dzieje?

W momencie padania promieni słonecznych na panele fotowoltaiczne dochodzi do pochłonięcia fotonu przez płytkę krzemową i w efekcie wybicia elektronu, który zmuszony jest do uporządkowanego ruchu. W efekcie dochodzi do przepływu prądu elektrycznego. Należy jednak nadmienić, że ogniwa fotowoltaiczne odpowiadają za produkcję prądu stałego, który musi zostać zamieniony na prąd zmienny. Tutaj swoją rolę odgrywa właśnie inwerter.

Jaki rodzaj ogniw wybrać?

Do najpopularniejszych należą ogniwa polikrystaliczne oraz monokrystaliczne. Ogniwa polikrystaliczne należą do tańszych, jednak mają nieco niższą sprawność. Szacuje się, że ich sprawność sięga 12-14%. Sprawdzą się tam, gdzie dysponujemy dużą powierzchnią użytkową do montażu instalacji fotowoltaicznej. Panele polikrystaliczne działają wydajniej w mniejszym nasłonecznieniu, ponieważ charakteryzują się wysokim współczynnikiem temperaturowym. Jeśli zaś chodzi o ogniwa monokrystaliczne, to charakteryzują się wyższą sprawnością, sięgającą 14-17%. Są jednak droższe z uwagi na wysoką jakość materiału półprzewodnika. Mają także znacznie niższy współczynnik temperaturowy, więc nie będą tracić wydajności nawet w silnym słońcu. Poza tym, z uwagi na wyższą sprawność, sprawdzą się w sytuacjach, kiedy dysponujemy mniejszą powierzchnią użytkową. Wybierając panele monokrystaliczne, potrzebujesz mniej paneli do wyprodukowania takiej samej ilości energii elektrycznej co większa instalacja z paneli polikrystalicznych.

Jeśli natomiast chodzi o ogniwa cienkowarstwowe, to produkuje się je z telluru kadmu, krzemu amorficznego lub mieszanki miedzi, galu, indu i selenu. Z uwagi na niezwykle cienką warstwę sięgającą zaledwie kilku mikronów, panele wykonane z tych ogniw są również bardzo elastyczne.

Reasumując, ogniwa słoneczne odgrywają kluczową rolę w budowie paneli fotowoltaicznych oraz całej instalacji. Od ich rodzaju zależy bowiem jej sprawność. Warto więc wiedzieć, jakie cechy charakterystyczne mają poszczególne ogniwa podczas wyboru paneli słonecznych, aby był to wybór świadomy.