Troska o przyszłość naszej planety, ale też bardziej codzienne problemy, jak coraz wyższe rachunki za energię elektryczną sprawiają, że coraz więcej gospodarstw domowych decyduje się na montaż ekologicznych i niezależnych źródeł energii między innymi w postaci instalacji fotowoltaicznych. Jednak czy wszyscy wiedzą  jak wygląda pozyskiwanie energii ze słońca i jak instalacja fotowoltaiczna produkuje prąd? Jakie są szczegóły działania modułu fotowoltaicznego?

Zdecydowana większość paneli fotowoltaicznych, które są obecnie montowane, złożona jest z ogniw fotowoltaicznych pierwszej generacji. Są to tzw. ogniwa krzemowe, które pod względem elektronicznym należą do grupy półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych i razem z fotodiodami i fototranzystorami stanowią podgrupę detektorów promieniowania. 

Szczegóły działania modułu fotowoltaicznego

Zasada działania takiego ogniwa, wykorzystuje zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne. Dokładne wyjaśnienie działania fotoogniwa wymaga zagłębienia się w mechanikę kwantową, a dokładniej w pasmową teorię przewodnictwa, jednak w tym artykule nie będziemy sięgać, aż tak daleko. Wystarczy wiedzieć, że ogniwo PV składa się z dwóch warstw 

• typu n (ang. negative), w której występuje nadmiar ujemnych elektronów
• oraz typu p (ang. positive), w której występuje nadmiar dodatnich dziur. 

Na styku tych dwóch warstw tworzy się tzw. złącze p-n. Oświetlenie obszaru złącza p – n  na przykład światłem słonecznym, powoduje, że elektron walencyjny pochłaniając foton zostanie wzbudzony do stanu przewodnictwa. Pochłonięty foton generuje parę składającą się na: elektron – dziura. Powstałe dziury są wciągane do obszaru p, a elektrony do obszaru n. Na skutek tego w obwodzie zaczyna płynąć prąd. W ten sposób można zamienić energię światła bezpośrednio na energię elektryczną.

Jak działa system fotowoltaiczny?

Tak więc szczegóły działania modułu fotowoltaicznego to szereg czynników, które należy uwzględnić podczas montażu instalacji. Wszystkie gwałtowne zmiany warunków pogodowych, tj. skoki temperatur, gwałtowne opady, czy też wyładowania atmosferyczne, mogą chwilowo obniżać sprawność, bądź prowadzić do trwałego uszkodzenia ogniw. Nie bez znaczenia jest również kąt nachylenia paneli. Podobnie sprawa wygląda z zacienieniem. Całkowite, lub nawet częściowe zasłonięcie drastycznie obniżają zdolność ogniwa do produkowania energii. Jako że ogniwa w instalacji połączone są szeregowo, to cały panel pracuje wtedy z efektywnością tego najsłabszego.

Przyszłościowe rozwiązania

Technologie pozyskiwania energii ze słońca ciągle są rozwijane. To nie tylko w celu obniżenia kosztów produkcji, ale również zwiększenia ich efektywności. Dzięki coraz szybszemu rozwojowi i pracami nad fotowoltaiką powstaje coraz więcej ciekawych rozwiązań. Przykładem są barwnikowe ogniwa III generacji, które wyróżniają się niepozornym wyglądem oraz bardzo niskim kosztem wytworzenia. Zasada ich działania przypomina fotosyntezę, bo za absorpcję energii odpowiada specjalny barwnik umieszczony w jednej z warstw. Zbudowane są subtelnie, dlatego montuje się je w zasadzie wszędzie, w tym na szybach budynków czy samochodów.