Ogniwa fotowoltaiczne to półprzewodnikowe elementy przekształcające światło słoneczne w energię elektryczną poprzez zjawisko fotowoltaiczne.
Ogniwa fotowoltaiczne to półprzewodnikowe elementy przekształcające światło słoneczne w energię elektryczną poprzez zjawisko fotowoltaiczne.
Definicja
Ogniwa fotowoltaiczne (ogniwa PV) są przyrządami półprzewodnikowymi, w których energia promieniowania słonecznego jest bezpośrednio przekształcana w energię elektryczną dzięki zjawisku fotowoltaicznemu. Zasadniczą częścią konstrukcji ogniwa PV jest złącze półprzewodnikowe typu p-n, gdzie na skutek absorpcji fotonów powstają pary elektron-dziura, indukując powstanie napięcia i umożliwiając przepływ prądu elektrycznego [1]. Najczęściej produkowane są z krzemu, choć stosuje się także inne materiały półprzewodnikowe.
Kontekst
Ogniwa fotowoltaiczne są podstawowym elementem modułów fotowoltaicznych, popularnie określanych jako „panele fotowoltaiczne”, i wykorzystywane są zarówno w mikroinstalacjach prosumenckich, jak i w wielkoskalowych systemach fotowoltaicznych (np. w elektrowniach fotowoltaicznych). Technologia ta rozwinęła się dynamicznie w XXI wieku na skutek spadku kosztów produkcji i wsparcia regulacyjnego dla odnawialnych źródeł energii w Europie, w tym Polsce [2]. Najważniejsza klasyfikacja ogniw fotowoltaicznych obejmuje: ogniwa monokrystaliczne (największa sprawność i cena), polikrystaliczne (niższa cena, mniejsza sprawność) oraz cienkowarstwowe (niższy koszt wytwarzania, stosowane w dużych instalacjach lub w elektronice użytkowej) [1]. Ogniwa fotowoltaiczne są kluczem do rozwoju systemów fotowoltaicznych, stanowią podstawę produkcji energii bezemisyjnej i weszły także w sektor energetyki rozproszonej. W Polsce od 2013 r. możliwa jest szybka procedura przyłączenia mikroinstalacji PV do sieci. W praktyce jedno ogniwo wytwarza napięcie ok. 0,5 V i moc rzędu 1–2 W, dlatego najczęściej ogniwa łączy się w moduły tworzące panele fotowoltaiczne. Ogniwa są wykorzystywane m.in. w systemach autonomicznych, elektronice, układach telemetrycznych, sektorze kosmicznym i domowych instalacjach PV [1][2]. Pod względem ceny („ogniwa fotowoltaiczne cena”) – w ciągu dekady 2002–2012 spadki cen sięgnęły z ok. 5,5 USD/W do 2,3 USD/W, a obecnie jest to technologia coraz bardziej dostępna [1]. Warto odróżniać ogniwa fotowoltaiczne od ogniw słonecznych (niekiedy termin używany zamiennie) i tradycyjnych kolektorów słonecznych (te produkują ciepło, nie prąd).
Przykład
Obliczenie sprawności ogniwa fotowoltaicznego
Przykład typowy dla pojedynczego ogniwa o powierzchni 0,15 m².
1. Ilość energii promieniowania słonecznego padająca na ogniwo (E_solar)E_{solar} = 1000 \text{ W/m}^2 \times 0,15 \text{ m}^2 \times 1 \text{ h} = 150 \text{ Wh} → 150 Wh
2. Ilość energii elektrycznej wyprodukowanej przez ogniwo (E_el), przy sprawności 18%E_{el} = 0,18 \times 150 \text{ Wh} = 27 \text{ Wh} → 27 Wh
Wartość 18% odpowiada typowej sprawności nowoczesnych ogniw polikrystalicznych [1].
Często zadawane pytania
Jak działają ogniwa fotowoltaiczne?
Ogniwa fotowoltaiczne przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną dzięki zjawisku fotowoltaicznemu zachodzącemu w złączu p-n; energia fotonów wywołuje przepływ elektronów, generując prąd [1].
Jakie są rodzaje ogniw fotowoltaicznych?
Ogniwa fotowoltaiczne dzieli się na: monokrystaliczne (najwyższa sprawność), polikrystaliczne (tańsze, niższa sprawność) oraz cienkowarstwowe (najniższy koszt produkcji, różne zastosowania) [1].
Jaką moc produkuje jedno ogniwo fotowoltaiczne?
Pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne produkuje zazwyczaj od 1 do 2 watów mocy, a jego napięcie nominalne to ok. 0,5 V [1].
Od czego zależy cena ogniwa fotowoltaicznego?
Cena ogniwa fotowoltaicznego zależy od typu materiału, technologii wytwarzania, skali produkcji; w 2012 r. wynosiła ok. 2,3 USD za wat, a trend wykazuje spadek cen [1].
Czy ogniwo fotowoltaiczne to to samo co panel fotowoltaiczny?
Nie, ogniwo fotowoltaiczne jest podstawowym elementem, z którego buduje się panele fotowoltaiczne; panel to moduł złożony z wielu połączonych ogniw, podłączony do instalacji systemu fotowoltaicznego[1][2].
Czy ogniwa fotowoltaiczne wymagają konserwacji?
Ogniwa fotowoltaiczne nie wymagają regularnej konserwacji poza utrzymaniem czystości, co zapewnia długą, bezobsługową eksploatację; producenci oferują gwarancje na 25 lat [2].
Czy ogniwa fotowoltaiczne można wykorzystać razem z pompą ciepła?
Tak, ogniwa fotowoltaiczne mogą zasilać instalację fotowoltaiki i pompy ciepła, zwiększając autokonsumpcję energii i oszczędności w gospodarstwie domowym.
Sprawność ogniwa fotowoltaicznegoenergia elektryczna wyprodukowana przez ogniwo (E_{el})energia promieniowania słonecznego padająca na ogniwo (E_{solar})
ηsprawność ogniwa fotowoltaicznego (bez jednostek lub w %)E_{el}ilość energii elektrycznej wyprodukowanej przez ogniwo PV [J, Wh]E_{solar}ilość energii promieniowania słonecznego docierającej do powierzchni ogniwa [J, Wh]
Wskaźnik
Co mierzy
Tryb
Bazowy okres
Napięcie wyjściowe pojedynczego ogniwa
ok. 0,5 V
praca pojedynczego ogniwa
ciągła
Moc pojedynczego ogniwa
1–2 W
praca pojedynczego ogniwa
ciągła
Sprawność ogniw monokrystalicznych
do 20% i więcej
monokrystaliczne
ciągła
Sprawność ogniw polikrystalicznych
od 15% do 18%
polikrystaliczne
ciągła
Cena ogniwa fotowoltaicznego (2012)
2,3 USD/W
rynek światowy
styczeń 2012
Sprawdź ogniwa fotowoltaiczne dla Twojego domu
Kalkulator OZC podpowie, jakiego minimum potrzebujesz, by spełnić wymagania dotacyjne i mieć rozsądne rachunki.
