Ogniwa słoneczne


Padające na ogniwo światło słoneczne rozpoczyna fizyczną reakcję w wyniku której powstaje prąd. Jest to możliwe dzięki szczególnej budowie ogniwa. Obecnie produkowane ogniwa zazwyczaj składają się dwóch warstw: warstwy naładowanej dodatnie oraz warstwy naładowanej ujemnie. Tworzą w ten sposób złącze dwóch półprzewodników. Tak zwane złącze p-n. Aby zasilić urządzenia elektryczne prąd stały powstający w ogniwie musi zostać przetworzony w prąd zmienny za pomocą inwertera.


Panele fotowoltaiczne I generacji dominują na rynku paneli fotowoltaicznych. Ich szeroka gama, dostępność oraz wysoka sprawność powodują, że są wybierane najczęściej. Ich udział w rynku kształtuje się na poziomie 82%.



Ogniwa monokrystaliczne są w całości wykonane z jednego kryształu krzemu. Dzięki swej strukturze wewnętrznej mają bardzo wysoką sprawność, wynoszącą zazwyczaj 18 – 22% oraz najwyższą żywotność wśród ogniw. Metoda produkcji, opatentowana przez polskiego wynalazcę, Jana Czochralskiego polega na narastaniu kryształu krzemu wokół krzemowego pręta zanurzonego w roztopionej masie polikryształów. Powstały cylindryczny monokryształ jest cięty na okrągłe płytki, które są przycinane w celu nadania im optymalnego kształtu.

Ogniwo monokrystaliczne

Ogniwo monokrystaliczne

Panel monokrystaliczny

Panel monokrystaliczny


Ogniwa polikrystaliczne dzięki prostszemu i mniej energochłonnemu procesowi produkcji są zdecydowanie tańsze, od ogniw monokrystalicznych. Powstają w specjalnych formach, gdzie kryształy krzemu są roztapiane w celu ich złączenia, a następnie studzone i cięte na płytki. Oszlifowane ogniwa mają niebieski kolor, a nieregularnie ułożone kryształy przypominają szron. Cena ogniw polikrystalicznych oraz stosunkowo wysoka sprawność, wynosząca 15-18% powodują, że są najczęściej stosowanymi ogniwami słonecznymi.

Ogniwo polikrystaliczne

Ogniwo polikrystaliczne

Panel polikrystaliczny

Panel polikrystaliczny


Ogniwa cienkowarstwowe to powszechnie używana nazwa dla ogniw II generacji. Charakteryzują się bardzo cienką warstwą półprzewodnika absorbującego światło (1 - 3 mikrometrów), co pozwoliło znacznie zredukować ilość użytych materiałów oraz uprościć proces produkcji do metody podobnej do druku. Na budowę ogniw cienkowarstwowych składa się krzem amorficzny oraz telurek kadmu (ogniwo typu CdTe), mieszanina miedzi, galu, indu i selenu (ogniwo typu CIGS), bądź niewykrystalizowany krzem (ogniwo typu A - Si z krzemu amorficznego), który jest powszechnie stosowany do zasilania kalkulatorów. Ich cena jest stosunkowo niska, jednak ze względu na małą sprawność nie są rozpowszechnione na rynku, a liczba producentów jest bardzo ograniczona.

Sprawność wymienionych powyżej ogniw wynosi odpowienio:

  • moduły CdTe - 12-14%
  • moduły CIGS - 13-16%
  • moduły A-Si - 6-8%

Ogniwa CdTe

Ogniwa CdTe

Panel CIGS

Panel CIGS


Ogniwa cienkowarstwowe są ciekawą alternatywą na rynku paneli słonecznych. Szczególnie sprawdzają się w gorącym klimacie, gdzie wraz z przyrostem temperatury ich sprawność nie maleje tak bardzo jak sprawność ogniw z wykrystalizowanego krzemu (I gereracja). Spisują się lepiej w przypadku ich zacienienia, a waga oraz odporność na wyginanie znacznie ułatwiają transport oraz montaż modułów.


Ogniwa fotowoltaiczne III generacji są to najnowsze technologie zazwyczaj będące jeszcze w fazie testowej.



Konarka Power Plastic to elastyczne fotoogniwa stworzone przy użyciu nanotechnologii. Mimo bardzo niskiej sprawności wynoszącej około 6% mają ciekawe właściwości. Materiały, z których są zrobione można w całości przetworzyć wtórnie, a produkcja przy użyciu metody nadruku pozwala na uzyskanie dowolnego kształtu ogniwa. Firma testuje swój produkt na biurowcu należącym do Arch & Glass Co. Na bardzo dużej powierzchni budynku zamocowano kurtyny z "power plastic", które są integralną częścią architektury biurowca.

Ogniwa CdTe

Panel Konarka Power Plastic - przenośna ładowarka


Ogniwa słoneczne uczulane barwnikiem (ogniwo barwnikowe, ang. dye-sensitized solar cell, DSSC, DSC lub DYSC) - cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, w których główna rolę odgrywa barwnik. Koszt wytworzenia ogniw barwnikowych jest niski, a dzięki swej przeźroczystości mogą pełnić rolę szyb. Osiągają sprawność na poziomie 12%. Eksperymentalne panele DSSC na ciele stałym z wykorzystaniem nieorganicznych związków chemicznych z grupy perowskitów mają sprawność ok 15%.

Panel DSSC

Szyba z panelem DSSC

    
Panel DSSC

Panele DSSC w labolatorium


Ze względu na sprawdzoną technologię oraz wysoką sprawność, kupując panele fotowoltaiczne wybieramy spośród ogniw pierwszej i drugiej generacji. Poniżej zestawienie ich zalet i wad.




Ogniwa I generacji

  • Wysoka sprawność
  • Bardzo duży wybór
  • Są bardzo trwałe
  • Sprawdzona technologia
  • Wysoka cena ogniw monokrystalicznych
  • W przypadku zacienienia ich wydajność bardzo spada
  • W miarę wzrostu temperatury ich wydajność maleje (w polskim klimacie nie ma większego znaczenia)


Ogniwa II generacji

  • Stosunkowo niska cena
  • Duża odporność na zacienienie
  • Wzrost temperatury nieznacznie wpływa na wydajność
  • Niska sprawność
  • Niska trwałość
  • Mały wybór w Polsce


Podsumowując, w naszym klimacie dużo lepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie paneli pierwszej generacji. Wysoka cena jest rekompensowana przez wysoką wydajność ogniw, a wydatek po pewnym czasie się zwróci.