O ekologii uczą się już nawet najmłodsze dzieci. W przyszłości z pewnością konieczne będzie przejście na wyłącznie ekologiczne rozwiązania, między innymi w energetyce. Odnawialne źródła energii wielu osobom kojarzą się jeszcze z byciem zaledwie dodatkową opcją, tymczasem okazuje się, że mogą one być podstawą energetyki. Szczególną uwagę warto zwrócić na fotowoltaikę, która jest dostępna praktycznie dla każdego. Jak to dokładnie działa?
Na pewno część osób nawet tak do końca nie wie, czym jest fotowoltaika. W skrócie, jest to system, który umożliwia zamianę energii słonecznej w elektryczną. Na fotowoltaikę składają się między innymi panele fotowoltaiczne, które odgrywają istotną rolę w tej zamianie. Umieszczane są one na dachach, w nasłonecznionych miejscach. Warto mieć świadomość tego, że to nie to samo co równie popularne kolektory słoneczne, które służą tylko do ogrzewania budynku. Dzięki fotowoltaice możemy również zapewnić sobie ogrzewanie, ale i prąd, dzięki któremu będą mogły pracować wszystkie urządzenia w naszym domu.
Zapewne wiele osób zadaje sobie pytanie, jak to właściwie działa. Z pozoru może wydawać się wręcz niewiarygodne to, że taki panel dostarczy nam prąd. Wszystkie panele słoneczne mają tak zwane ogniwa fotowoltaiczne. Kiedy na ogniwo pada foton, będący najmniejszą cząstką światła, pochłania go krzem z ogniwa. W efekcie dochodzi do wybicia elektronu i wprawienia go w ruch, którym jest po prostu przepływ prądu. Do systemu podłącza się także regulator napięcia, kontrolujący stan naładowania akumulatora. Istotne jest, aby akumulator żelowy się nie przeładował lub nie rozładował. Ogromne znaczenie ma także przetwornica napięcia, dzięki której napięcie jest odpowiednie do urządzenia korzystającego ze zmiennego prądu. Warto wiedzieć, że dzięki niej można uzyskać nawet 230 V.
Solary mają ogniwa składające się z krzemu, będącego jednym z półprzewodników. Ogniwo fotowoltaiczne działa dzięki tak zwanemu efektowi fotowoltaicznemu. Efekt ten polega na zmianie własności elektrycznych stałego ciała pod wpływem padającego na niego światła. Występuje to szczególnie w półprzewodnikach ze złączem p-n. Aby jeszcze lepiej zrozumieć działanie fotowoltaiki, należy wiedzieć, że krzem jest pierwiastkiem posiadającym cztery elektrony walencyjne na swej powłoce. Do zapełnienia tej powłoki koniecznych jest aż osiem elektronów. Oczywistym jest, że pierwiastkom zależy na tym, aby zyskać brakujące elektrony i uzupełnić powłokę. Gdy następuje tak zwania wymiana elektronów, powstają wiązania kowalencyjne i następuje brak swobodnych elektronów, nazywanych inaczej walencyjnymi. Jeśli chcemy, aby związek ten mógł przewodzić prąd, musimy dostarczyć mu energii, na dodatek na tyle dużej, by elektron był w stanie pokonać barierę potencjału, która powstaje na styku półprzewodników p-n. W p jest ona ujemna, a w n dodatnia. Warstwa n ma ładunek ujemny, ponieważ ma atomy charakteryzujące się większą liczbą elektronów na ostatniej powłoce. Natomiast druga posiada atomy, które mają niezapełnione miejsca po elektronach, zwane dziurami. Na granicy p-n atomy z warstwy n przekazują dodatkowe elektrony atomom z p i w ten sposób zapełnione zostają „dziury”, a złącze p-n ma atomy o ładunku obojętnym.
Promieniowanie słoneczne składa się z różnych rodzajów promieniowania: bezpośredniego, odbitego oraz rozproszonego (inaczej dyfuzyjnego). Kiedy promieniowanie jest już wystarczające, powstaje para składająca się z elektrona oraz dziury. Siła działania takiej bariery zależy od tego, jak duże jest naświetlenie. Jeśli nie mamy naświetlenia, płynie tylko delikatny prąd dyfuzyjny wsteczny. Warto jeszcze wiedzieć, że ładunki elektryczne są nieskończone i napięcie p-n będzie stałe. Kiedy połączymy to zewnętrznym obwodem, prąd można użyć do zasilania różnych urządzeń elektrycznych. Prąd stały trafia do falownika i tam zostaje przekształcony w prąd przemienny.
Działanie systemu zależy między innymi od tego, z jakiego krzemu zbudowane są ogniwa. Krzem amorficzny, jak sama nazwa wskazuje, nie przyjmuje postaci kryształu, a chaotyczna struktura nie jest w stanie zapewnić modułom wysokiej sprawności. Z tego względu raczej nie stosuje się go w fotowoltaice. Zdecydowanie lepszy jest krzem monokrystaliczny o niezwykle uporządkowanej strukturze. Problemem jest jednak to, że takie ogniwa są trudne w produkcji, a co za tym idzie, drogie. Z tego powodu ogniwa z krzemu monokrystalicznego nie są aż tak popularne. Najczęściej mamy do czynienia z krzemem polikrystalicznym, który zapewnia nieco niższą sprawność niż monokrystaliczny, ale wyższą niż amorficzny. Produkcja takich ogniw jest tańsza, toteż wiele osób decyduje się właśnie na nie, pomimo tego, iż krzem polikrystaliczny może mieć w swej strukturze skazy.
Jak widać, promieniowanie słoneczne naprawdę może zostać zamienione w prąd elektryczny. Na dodatek jest to rozwiązanie ekologiczne, bezpieczne dla otoczenia i co ważne, opłacalne. Warto zatem pomyśleć o właśnie takim sposobie produkcji energii elektrycznej w naszym gospodarstwie domowym.
Źródło: https://suntrack.pl/
