Fotowoltaika jest terminem odnoszącym się do odnawialnych źródeł energii i oznaczającym pozyskiwanie energii słonecznej dla celów energetycznych. Obecnie obok wody i wiatru, bezpośrednie zaprzęgnięcie słońca do produkcji energii elektrycznej staje się zarówno popularne, jak i uzasadnione. Inwestycje w ogniwa fotowoltaiczne stały się opłacalne i zaczęły znacząco przyczyniać się do spadku wykorzystywania paliw kopalnych w energetyce.
Fotowoltaika historycznie
Fotowoltaika zyskuje coraz większą popularność, ale myli się ten, który sądzi, że jest to technologia nowa, powstała na przełomie XX i XXI wieku. Fotowoltaika po prostu przeżywa boom, a jest to związane ściśle z coraz większą opłacalnością energetyczną oraz ze wzrostem świadomości odnośnie do ochrony środowiska naturalnego. Prawdą więc jest jedynie to, że fotowoltaikę powszechnie i na skalę przemysłową zaczęto stosować od niedawna, natomiast historia odkrycia możliwego wykorzystywania energii ze słońca do produkcji energii elektrycznej sięga połowy XIX wieku. Od odkrywania fotowoltaiki do jej upowszechnienia minęło mnóstwo lat, a podwaliny położył francuski fizyk Alexandre Edmond Becquerel, odkrywając w 1839 roku zjawisko konwersji światła i energii elektrycznej, czyli efektem fotowoltaiczny. Zanim jednak przystąpiono do wnikliwszych i rozległych badań minęły lata, przy czym o fotowoltaice nie zapomniano.
Rok 1876 roku to odkrycie przez brytyjskiego fizyka Williama Gryllsa Adams’a i jego ucznia Richarda Evansa Day’a, że impuls elektryczny może być wytwarzany w półprzewodnikach, w tamtym wypadku w selenie, a nie tylko podczas ekspozycji na metale w elektrolicie. Jednak ważniejszym odkryciem było to, że energia słoneczna może być konwertowana na energię elektryczną bez użycia ruchu bądź ciepła.
Również sam Albert Einstein miał swój udział w temacie fotowoltaiki, opisując w 1904 roku naturę światła i efekt fotowoltaiczny. Einstein udowodnił, że światło to tak naprawdę strumień cząstek o nazwie foton, a każdy z nich niesie ściśle określoną dawkę energii. Za to odkrycie właśnie Einstein otrzymał w 1921 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Po Einsteinie wkład w fotowoltaikę wniósł nasz rodak, chemik, metaloznawca i wynalazca Jan Czochralski, który odkrył metodę produkcji kremu monokrystalicznego. Opatentowano zaś pierwsze sensowne ogniwa fotowoltaiczne w 1954 roku, chociaż ze względu na koszty korzystała z tej technologii jedynie NASA. Masowa produkcja paneli fotowoltaicznych nastąpiła dopiero na przełomie wieków, ok. roku 2000.
Zobacz koniecznie:
- montaż pomp ciepła Włoszczowa http://www.gmstarbud.pl/fotowoltaika-wloszczowa/
- panele fotowoltaiczne cena Busko-Zdrój http://www.gmstarbud.pl/fotowoltaika-busko-zdroj/
- pompy ciepła Staszów http://www.gmstarbud.pl/fotowoltaika-staszow/
Na czym polega działanie fotowoltaiki?
Fotowoltaika wykorzystuje tzw. efekt fotowoltaiczny, zwany inaczej zjawiskiem fotowoltaicznym. Najpowszechniej stosowanym materiałem przy produkcji ogniw fotowoltaicznych, które łączone są w moduły, a następnie w panele fotowoltaiczne, jest monokrystaliczny albo polikrystaliczny krzem. Stosowane są również inne materiały, a niektóre wykazują bardo obiecujące wyniku, jednak krzem w produkcji jest najłatwiejszy i najbardziej wydajny ekonomicznie. Krzemem posłużymy się więc w wyjaśnieniach.
Zjawisko fotowoltaiczne (efekt fotowoltaiczny)
Światło słoneczne padające na kryształ krzemu jest strumieniem fotonów, z których każdy niesie ładunek energii. Ogniwo fotowoltaiczne zbudowane z krzemu jest więc bombardowane przez fotony, a ściślej atakowane są elektrony, które pochłaniają fotony. Elektron przejmuje energię i jest wzbudzany, a w atomie krzemu powstaje tzw. dziura elektronowa. W zbudzone elektrony zaczynają poruszać się i robią to w kierunku przeciwnym do powstałych dziur elektronowych, w wyniku czego powstaje prąd elektryczny. Zachodzący w ogniwach fotowoltaicznych proces to jednak nie tylko ruch elektronów, ale odgrywające kluczową rolę łącze P-N. Złącze P-N to dwa półprzewodniki o różnych typach umieszczone obok siebie. Typ N uzyskiwany jest poprzez domieszki do krzemu pierwiastków z grupy V i znajduje się w nim więcej elektronów niż dziur, a typ P zawiera domieszko pierwiastków z grupy III, gdzie więcej jest dziur niż elektronów. Poprzez naświetlenie złącza następuje dyfuzja dziur i elektronów między sobą i pojawia się różnica potencjałów, czyli napięcie. Oznacza to, że na jego końcach pojawia się różnica potencjałów nazywana napięciem otwartego obwodu. Przy podłączonym obciążeniu generuje to przepływ prądu, co nazywane jest konwersją fotowoltaiczną, a mówiąc prościej, do falownika zaczyna płynąć prąd stały. W falowniku prąd stały jest już przetwarzany na prąd przemienny, a ten może być wykorzystywany w gospodarstwie domowym (w skali mikro elektrowni) albo przesyłany do konsumentów energii elektrycznej (w skali farm fotowoltaicznych).
Wykorzystanie fotowoltaiki
Jak łatwo się domyślić instalacja fotowoltaiczna w skali mikro potrafi w sezonie letnim w pełni, a nawet z nadwyżką zaspokoić potrzeby gospodarstwa domowego. Przy programie prosumenckim funkcjonującym w naszym kraju, zapewnia zaś energię przez cały rok. Należy przy tym pamiętać, że instalacje fotowoltaiczne są najbardziej opłacalne wówczas, gdy mniej prądu oddajemy do sieci, a więcej pożytkujemy na własne potrzeby. Wysoce opłacalny jest np. tandem fotowoltaiki z pompą ciepła.
