Ogniwo słoneczne
Ogniwo słoneczne, ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo fotoelektryczne, fotoogniwo – element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego, czyli poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury (zob. nośniki ładunku) do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
Po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował A.C. Becquerel w 1839 r. w obwodzie oświetlonych elektrod umieszczonych w elektrolicie, a obserwacji tego zjawiska na granicy dwóch ciał stałych dokonali 37 lat później W. Adams i R. Day.
Fotoogniwa słoneczne są produkowane z materiałów półprzewodnikowych, najczęściej z krzemu (Si), germanu (Ge), selenu (Se). Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznego krzemu ma nominalne napięcie ok. 0,5 wolta. Poprzez połączenie szeregowe ogniw słonecznych można otrzymać baterie słoneczne. Istnieją baterie z różną liczbą ogniw, w zależności od zastosowania, jak i od jakości ogniw.
Spis treści |
Zasada działania[edytuj]
Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika i tworzy złącze p-n, na które pada światło. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika, związane z obecnością złącza p-n, przesuwa nośniki różnych rodzajów w różne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi (mają nieskończony czas życia), a napięcie na złączu p-n jest stałe, oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne, czyli takie, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą a elektrolitem.
Zastosowania[edytuj]
Fotoogniwa są stosowane przede wszystkim jako trwałe, o dużej niezawodności, źródła energii elektrycznej w elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach, plecakach, sztucznych satelitach, samochodach z napędem hybrydowym, a także w automatyce, jako czujniki fotoelektryczne i fotodetektory w fotometrii. Inne zastosowania to:
- elektronika użytkowa, kalkulatory, lampy ogrodowe, oświetlanie znaków drogowych i wspomaganie sygnalizacji świetlnej;
- zasilanie elektroniki promów i sond kosmicznych, stacji orbitalnych i sztucznych satelitów ziemi (w przestrzeni kosmicznej promieniowanie słoneczne jest o wiele silniejsze);
- doładowywanie akumulatorów w dzień i wykorzystywanie energii w nocy na jachtach, kempingach, domach jednorodzinnych;
- zasilanie układów telemetrycznych w stacjach pomiarowo rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej oraz energii elektrycznej;
- zasilanie automatyki przemysłowej i pomiarowej;
- produkcja energii w pierwszych elektrowniach słonecznych.
Najnowsze panele fotowoltaiczne pracują wyłącznie w oparciu o światło dzienne. W przypadku domów i przedsiębiorstw, które decydują się na panele fotowoltaiczne, samodzielnie funkcjonujące rozwiązanie jest bardzo często niewystarczające. Ilość energii potrzebnej do ogrzania budynku oraz gotowania jest znacznie większa niż możliwości paneli fotowoltaicznych i koniecznym staje się uzupełnienie energii z innego źródła, np. energii elektrycznej lub ekologicznego gazu płynnego.
Skala przemysłowa[edytuj]
Ze względu na wysoką cenę, ogniwa fotowoltaiczne nie były w XX wieku masowo wykorzystywane jako źródło energii. Cena ta jednak stopniowo spadała, a na początku XXI wieku wiele państw zaczęło wprowadzać subwencje na budowę przemysłowych instalancji słonecznych. Wywołało to rozwój fotowoltaniki przemysłowej i dalszy spadek cen ogniw słonecznych. W styczniu 2002 roku średnia cena ogniw wynosiła około 5,5$/wat, w styczniu 2012 roku wynosiła 2,3$/wat[1]. Poniższa tabela przedstawia sumaryczną moc elektrowni słonecznych w kolejnych latach.
| Rok | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Moc elektrowni słonecznych (MW) |
1455 | 1779 | 2248 | 2839 | 3989 | 5426 | 7013 | 9571 | 15900 | 23042 | 39777 | 67350 | 100 115 |
| Roczny wzrost | 48,7% | 22,3% | 26,4% | 26,3% | 40,5% | 36,0% | 29,3% | 36,5% | 66,1% | 44,9% | 72,6% | 69,3% | 48,6% |
Rodzaje ogniw fotowoltaicznych[edytuj]
- selenowe
- krzemowe
- monokrystaliczne
- polikrystaliczne
- cienkowarstwowe (krzem bezpostaciowy)
- barwnikowe (w trakcie badań)
- polimerowe (w trakcie badań)[4]
Zobacz też[edytuj]
Linki zewnętrzne[edytuj]
Przypisy
- ↑ Solar module pricing (ang.). solarbuzz.com. [dostęp 14 lutego 2012].
- ↑ BP Statistical World Energy Review 2013. . [dostęp 2013-06-13].
- ↑ EPIA-market-report-2011. , styczeń 2012. European Photovoltaic Industry Association (ang.). [dostęp 29 lutego 2012].
- ↑ Włodzimierz Kotowski: Trzecia generacja baterii słonecznych. [dostęp 2010-11-20].
