W jaki sposób działają panele fotowoltaiczne?

Fotowoltaika to nowoczesna technologia polegająca na konwersji energetycznej promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Zarówno zasada działania, jak i budowa instalacji fotowoltaicznych jest stosunkowo prosta. Zaliczana jest do odnawialnych źródeł energii, jako przyjazna środowisku i niepozostawiająca śladu węglowego. Nic więc dziwnego, że w jej rozwoju upatruje się przyszłość energetyki. Warto więc zapoznać się jak zbudowana jest instalacja fotowoltaiczna i na jakiej zasadzie działa.

 „Instalacje fotowoltaiczne – opowiadają specjaliści z firmy Better Energy, która zajmuje się instalacjami odnawialnych źródeł energii – składają się z paneli fotowoltaicznych, inwertera, czyli falownika oraz z licznika zużycia i produkcji energii, a także okablowania. Panele montuje się najczęściej na dachach budynków lub specjalnych konstrukcjach, w miejscach najbardziej wyeksponowanych na promieniowanie słoneczne. Fotowoltaika zaliczana jest do energetyki prosumenckiej, w której właściciel instalacji jest jednocześnie producentem i konsumentem energii. Wytwarza on energię elektryczną na własne potrzeby, a nadwyżki sprzedaje do sieci energetycznych”.

Słońce jest nieograniczonym źródłem energii

Promieniowanie słoneczne dostarcza nieograniczonej, przynajmniej z perspektywy naszej cywilizacji, ilości darmowej energii. Składa się ono z szerokiego spektrum o zakresie od ultrafioletu, poprzez pasmo widzialne aż po podczerwień. W każdym z tych zakresów obecne są fotony, podstawowe cząsteczki będące nośnikiem oddziaływania elektromagnetycznego. Mówiąc prościej, fotony mają zdolność przekazywania energii. Jest ona wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej w zjawisku fotowoltaicznym. Rosnące zapotrzebowanie na wydajne i przyjazne środowisku źródła energii sprawia, że fotowoltaika rozwija się coraz bardziej dynamicznie.

Co się dzieje, gdy foton uderza w półprzewodnik?

Panele fotowoltaiczne składają się z pojedynczych ogniw fotowoltaicznych. Mają one właściwości półprzewodników i najczęściej zbudowane są z takich pierwiastków jak krzem, german lub selen. Zjawisko fotoelektryczne, które zachodzi w ogniwach, polega na zmianie właściwości elektrycznych ciała stałego, czyli półprzewodnika pod wpływem padającego na nie promieniowania słonecznego. Płytka ogniwa zbudowana jest z dwóch warstw oddzielonych warstwą graniczną. Górna warstwa, przyjmująca promieniowanie jest tak domieszkowana, by mieć nadmiar elektronów, natomiast warstwa dolna, tak by wykazywać ich niedobór. W takim układzie w obszarze granicznym tworzy się pole elektryczne.

I w tym momencie do akcji wkraczają fotony. Padają one na ogniwo, a ich energia uwalnia dodatkowe elektrony i umożliwia ich przemieszczanie. Tworzy się różnica potencjałów, a więc prąd elektryczny.

Z panelu przez falownik do licznika

Zamknięcie obwodu elektrycznego pomiędzy górną i dolną warstwą ogniwa fotowoltaicznego powoduje przepływ prądu. Przesyłany jest on do specjalnego urządzenia w instalacji fotowoltaicznej. Jest nim falownik, czyli inwerter. Jego zadaniem jest przede wszystkim zamiana prądu na zmienny oraz dopasowanie jego parametrów, do takich jakie są zgodne z cechami prądu elektrycznego dostarczanego do domów z sieci energetycznych. Prąd z falownika w pierwszej kolejności przeznaczany jest na potrzeby instalacji elektrycznej domu, natomiast jego nadwyżki kierowane są do sieci energetycznej. Ważnym elementem instalacji są także liczniki dwukierunkowe. Dzięki nim liczona jest ilość energii wytworzonej i zużytej przez właściciela fotowoltaicznej instalacji domowej.

Przyłączenie instalacji do sieci energetycznej pozwala na przesyłanie nadmiaru energii wyprodukowanej przez panele, by później móc odebrać ją w trybie uzgodnionym z dostawcą energii.