Po lewej stronie panele fotowoltaiczne, po prawej błekitne niebo, na którym widnieją białe obłoki.

Ogniwa fotowoltaiczne – czym są?

Ola Tomaszek / 2022-09-11 / Ze świata PV

Każdy panel jest zbiorem pojedynczych ogniw. Razem tworzą moduły, które umożliwiają pozyskiwanie energii z odnawialnego źródła – słońca. Dowiedz się, jak zbudowane są ogniwa, oraz w jaki sposób działają.

Do tego, aby lepiej zrozumieć, czym są ogniwa fotowoltaiczne, trzeba wcześniej poznać dokładną budowę panelu słonecznego. Każdy z nich złożony jest z kilku warstw. Pierwszą z nich, czyli zewnętrzną, stanowi szyba. Jej głównym zadaniem jest ochrona modułu PV przed uszkodzeniami mechanicznymi i innego rodzaju zagrożeniami. Zabezpiecza także przed niekorzystnym działaniem warunków atmosferycznych, które mogłyby je bezpowrotnie uszkodzić.

Kolejną warstwą, która znajduje się tuż pod szybą, jest folia ochronna. Jej rolą również jest ochrona całego panelu. Tuż pod folią umieszczona jest trzecia warstwa, czyli właśnie fotoogniwa, jak zamiennie nazywane są ogniwa fotowoltaiczne. Pod nimi umiejscowiona jest kolejna warstwa folii ochronnej, a następnie elektroizolacja. Wszystkie poszczególne elementy trzymają się w jednym miejscu dzięki ramce, która zapewnia stabilność modułów. Budowa panelu fotowoltaicznego umożliwia efektywne wykorzystanie promieniowania słonecznego i przetworzenie go w taki sposób, aby wyprodukowany w ten sposób prąd mógł być bez przeszkód wykorzystany w tradycyjnej instalacji elektrycznej.

Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego – w jaki sposób wytwarza prąd?

Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego jest dość prosta, dlatego jej zrozumienie zazwyczaj nie sprawia większego problemu. Opiera się ona na kilku etapach. Pierwszym z nich jest oddziaływanie promieniowania słonecznego na panel. Dociera ono do warstwy, w której znajdują się ogniwa.

Promienie słońca padające na płytkę krzemową wprawiają w ruch elektrony, co umożliwia wytworzenie energii. Kiedy nagromadzi się jej w ogniwie odpowiednio dużo, rozpoczyna się proces fotoemisji. W jej wyniku dochodzi do wystrzelenia elektronów z ich orbit, dzięki czemu możliwe jest przemieszczanie się energii. W elementach instalacji fotowoltaicznej, jakimi są inwertery, dochodzi do zmiany wyprodukowanego z promieniowania słonecznego prądu stałego do postaci zmiennej. Umożliwia to wykorzystanie go w instalacji elektrycznej do zasilania różnego rodzaju urządzeń.

Zbliżenie na powierzchnię panela fotowoltaicznego.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego – z jakich elementów się składa?

Ogniwa fotowoltaiczne to bez wątpienia najważniejsze elementy każdego panelu słonecznego. Do tego, aby mógł zajść w nich proces zmiany promieniowania słonecznego w energię elektryczną, niezbędne jest zastosowania w jego wnętrzu odpowiednich materiałów. Muszą one mieć właściwości przewodzenia energii. Z tego względu do produkcji ogniw stosuje się najczęściej selen, german oraz krzem.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego opiera się więc na dwóch warstwach półprzewodnika. Pierwszą z nich jest cienka i praktycznie całkowicie przezroczysta powłoka, nad którą umieszczona jest elektroda ujemna, a także specjalna powłoka antyrefleksyjna, która odbija promienie słoneczne. Pod nią natomiast znajduje się elektroda dodatnia. Pierwszą i drugą warstwę półprzewodnika oddzielają półprzewodniki niesamoistne. Jest to niezbędne, aby ogniwa mogły działać w prawidłowy sposób.

Podział ogniw fotowoltaicznych

Mimo iż budowa paneli fotowoltaicznych dostępnych na rynku jest taka sama, to same ogniwa nieco się od siebie różnią. Wyróżnia się trzy główne rodzaje ogniw: monokrystaliczne, polikrystaliczne oraz amorficzne. Warto nieco bliżej przyjrzeć się różnicom między nimi, a także temu, w jaki sposób działają.

Ogniwa monokrystaliczne – co trzeba o nich wiedzieć?

Są one zaliczane do ogniw pierwszej generacji i cieszą się zdecydowanie największą popularnością. Budowa ogniwa fotowoltaicznego monokrystalicznego opiera się na pojedynczych kryształach krzemu. Jest ono bardzo wydajne oraz sprawne, a także niezwykle żywotne. Ogniwa od najlepszych producentów, takich jak LONGI, są w stanie pracować bez zarzutu przez nawet 30 lat. Jednocześnie są one dość drogie, ale ich niezawodność i bezawaryjność sprawia, że inwestycja ta zwróci się po pewnym czasie. To właśnie dlatego są one tak chętnie wybierane, zarówno przez odbiorców indywidualnych, jak i klientów biznesowych.

Podczas produkcji ogniw fotowoltaicznych coraz więcej producentów stosuje innowacyjną technologię half-cut. Umożliwia ona wytworzenie ogniwa ciętego na pół, co jest bardzo korzystnym rozwiązaniem. Dzięki tej technologii w pojedynczym module znajduje się dwa razy więcej ogniw. To z kolei przekłada się na jeszcze większą ich moc oraz ilość produkowanego prądu. Panele fotowoltaiczne zbudowane z ogniw wytwarzanych w ten właśnie sposób, uznawane są również za zdecydowanie trwalsze i bardziej żywotne.

Budowa ogniw fotowoltaicznych polikrystalicznych – czym się one charakteryzują?

Są to ogniwa, które również zalicza się do pierwszej generacji, jednak są one zupełnie inne niż ogniwa monokrystaliczne. Różnią się przede wszystkim budową i zastosowanymi podczas ich produkcji technologiami. Wytwarza się je z wykrystalizowanego krzemu. Mają one zawsze kształt prostokąta, a gdy dobrze im się przyjrzeć, można zauważyć w ich strukturze widoczne kawałki krzemu.

Taka budowa ogniwa fotowoltaicznego polikrystalicznego nieco negatywnie wpływa na jego sprawność i wydajność. Są one niższe niż w modelach monokrystalicznych. Oznacza to, że do wytworzenia takiej samej ilości energii konieczne jest zastosowanie większej ilości modułów.

Zarówno ogniwa mono- jak i polikrystaliczne zaliczane są do ogniw krzemowych, ze względu na to, że krzem jest ich głównym składnikiem. Do najważniejszych ich zalet można zaliczyć:

szeroki wybór ogniw;
dużą ich dostępność na rynku;
wysoką jakość wykonania;
niezawodność i żywotność;
wysoką sprawność;
bezawaryjność.

Ze względu na swoje zalety, cieszą się one dużą popularnością i są najczęściej wybierane do budowy paneli fotowoltaicznych.

Ogniwa fotowoltaiczne drugiej generacji – co je wyróżnia?

Zasada działania paneli fotowoltaicznych z ogniwami drugiej generacji jest taka sama jak w przypadku tych pierwszej generacji. Różnią się one jednak swoją budową i właściwościami. Są one najrzadziej wybierane, głównie ze względu na to, że cechuje je niska sprawność i wydajność. Są również mało żywotne, gdyż zazwyczaj funkcjonują przez okres około 10 lat.

Budowa paneli fotowoltaicznych złożonych z tego rodzaju ogniw bazuje na amorficznych kryształach krzemu. Z tego właśnie względu są one bardzo często nazywane amorficznymi. Mają brunatną barwę i charakterystycznie matową powłokę. Te ogniwa są najtańsze w produkcji. Wykorzystuje się je głównie do zasilania niewielkich urządzeń, które nie potrzebują dużej ilości energii elektrycznej do prawidłowego działania.

Nowoczesne ogniwa fotowoltaiczne trzeciej generacji – czy są to panele przyszłości?

Ogniwa fotowoltaiczne trzeciej generacji to zdecydowanie najnowocześniejsze instalacje, jakie obecnie można znaleźć na rynku. Różnią się one od modeli wymienionych wcześniej głównie budową i technologią stosowaną podczas ich produkcji. Zasada działania paneli fotowoltaicznych z ogniwami trzeciej generacji jest nieco inna, gdyż wykorzystują one do produkcji energii elektrycznej zjawisko fotosyntezy. Do ich budowy nie wykorzystuje się krzemu. Struktura takich paneli jest transparentna, co sprawia, że można zastosować je również w miejscach o nieco słabszym dostępie do promieni słonecznych.

Obecnie ogniwa trzeciej generacji cechuje słaba wydajność i efektywność. Ich zakup związany jest również ze sporymi kosztami, dlatego zdecydowanie chętniej wybierane są ogniwa pierwszej generacji. Dzięki nieustannemu rozwojowi technologii być może zostanie zwiększona ich skuteczność, co sprawi, że to właśnie one staną się panelami przyszłości.

Jakie ogniwa fotowoltaiczne warto wybrać?

Ogromny wybór ogniw fotowoltaicznych na rynku sprawia, że wybór konkretnych paneli nie jest oczywisty. Ze względu na żywotność oraz wysoką efektywność zdecydowanie najczęściej wybierane są panele fotowoltaiczne zbudowane z ogniw pierwszej generacji, a dokładniej monokrystaliczne. Zdecydowanie warte uwagi są również ogniwa polikrystaliczne i są one wybierane w drugiej kolejności. Charakteryzują się one nieco gorszymi parametrami, ale jednocześnie mają niższą cenę.

Wybierając konkretny model modułów PV, należy zwrócić szczególną uwagę zwłaszcza na ich moc. Zapotrzebowanie na energię elektryczną może być bardzo różne, w zależności od rodzaju budynku. Warto postawić także na panele z ogniwami od cenionych producentów, takich jak LONGI. Daje to gwarancję, że będą działały bez zarzutu i przez długi czas umożliwią pozyskiwanie energii elektrycznej z promieniowania słonecznego.