Jak działają ogniwa fotowoltaiczne, aby wytworzył się prąd?

Standardowy panel stosowany na dachu prywatnego domu liczy 60 połączonych ze sobą ogniw. Komercyjne instalacje słoneczne dla przedsiębiorstw często wykorzystują większe panele, zawierające 72 lub więcej ogniw fotowoltaicznych.

W jaki sposób ogniwa PV wytwarzają energię?

Efekt fotowoltaiczny to skomplikowany proces, ale najprościej da się wyjaśnić za pomocą trzech kroków:

1. Krzem w ogniwie pochłania fotony i uwalnia elektrony.
2. Wybijane z krzemu elektrony zaczynają płynąć, tworząc prąd elektryczny.
3. Prąd jest wychwytywany przez elementy ogniwa i przekazywany do instalacji.

Poniżej omówimy szczegółowo każdy z tych kroków:

1. Ogniwa pochłaniają światło

Efekt fotowoltaiczny zaczyna się od padania promieni słonecznych na ogniwo PV. Ogniwa wykonane są z półprzewodnika, zwykle krzemu, który jest obrabiany w taki sposób, aby mógł oddziaływać z fotonami. Energia świetlna uwalnia elektrony znajdujące się w krzemie, które następnie zaczynają płynąć w jednym kierunku w obwodzie elektrycznym. Ten ruch elektronów to właśnie przepływ prądu.

2. Elektrony tworzą prąd

W technologii fotowoltaicznej stosuje się dwie warstwy krzemu, a każda z nich poddawana jest specjalnej obróbce, znanej jako „domieszkowanie”. W ten sposób tworzy się pole elektryczne, co oznacza, że jedna strona ma ładunek dodatni, a druga ładunek ujemny. Pole elektryczne zmusza luźne elektrony do przepływu w jednym kierunku, generując prąd elektryczny.

3. Instalacja przechwytuje prąd

Gdy luźne elektrony generują prąd elektryczny, metalowe płytki po bokach każdego ogniwa słonecznego zbierają elektrony i przenoszą na przewody. W tym momencie elektrony przepływają jako prąd przez okablowanie do falownika, a następnie – po przetworzeniu – do całego budynku.

Energia z pojedynczego ogniwa fotowoltaicznego nie jest duża i mogłaby zasilić co najwyżej niewielki elektroniczny gadżet. Dlatego ogniwa są ze sobą łączone w moduły, a te tworzą całe panele słoneczne, które znowu są ze sobą grupowane.
Typowy panel fotowoltaiczny na dachu domu składa się z 60 połączonych ze sobą ogniw i w warunkach polskich może wytwarzać rocznie ok. 900-100 kWh energii elektrycznej w czasie nasłonecznienia.

Ostateczna ilość wyprodukowanej energii zależy od wielu czynników, takich jak temperatura, położenie paneli czy godziny nasłonecznienia. Niezależnie od tego cały system fotowoltaiczny obejmuje z reguły kilkaset połączonych ze sobą ogniw.