Ogniwa słoneczne (lub fotowoltaiczne) przekształcają energię słoneczną w elektryczność. Niezależnie od tego, czy zasilają kalkulator, czy krążą wokół naszej planety na satelitach, polegają na efekcie fotoelektrycznym: zdolności materii do emitowania elektronów, gdy świeci na nią światło.
Działanie systemów fotowoltaicznych – najważniejsze informacje
Krzem jest tak zwany półprzewodnikiem, co oznacza, że ma pewne właściwości metali i niektóre z izolatorów elektrycznych, co czyni go kluczowym składnikiem ogniw słonecznych. Przyjrzyjmy się bliżej temu, co dzieje się, gdy słońce świeci na systemy fotowoltaiczne.
Światło słoneczne składa się z drobnych cząstek zwanych fotonami, które promieniują ze słońca. Gdy uderzają w atomy krzemu ogniwa słonecznego, przenoszą swoją energię na luźne elektrony, odrywając je od atomów. Fotony można porównać do białej kuli w grze w bilard, która przekazuje swoją energię trafionym kolorowym kulkom.
Uwolnienie elektronów stanowi jednak tylko połowę pracy ogniwa słonecznego: wówczas musi zgromadzić te zbłąkane elektrony, by zamienić je w prąd elektryczny.
Fotowoltaika – co dalej?
Stworzenie tej nierównowagi jest możliwe dzięki wewnętrznej organizacji krzemu. Atomy krzemu są ułożone razem w ściśle związanej strukturze. Poprzez ściśnięcie niewielkich ilości innych pierwiastków w tę strukturę powstają dwa różne rodzaje krzemu: typ n, który ma zapasowe elektrony, i typ p, w którym brakuje elektronów, pozostawiając „dziury” na swoim miejscu.
Gdy te dwa materiały zostaną umieszczone obok siebie w ogniwie słonecznym, zapasowe elektrony krzemu typu n przeskakują, wypełniając luki w krzemie typu p. Oznacza to, że krzem typu n zostaje naładowany dodatnio, a krzem typu p jest naładowany ujemnie, tworząc pole elektryczne w poprzek ogniwa. Ponieważ krzem jest półprzewodnikiem, może działać jak izolator, utrzymując tę nierównowagę.
Gdy fotony rozbijają elektrony od atomów krzemu, pole to napędza je w uporządkowany sposób, dostarczając prąd elektryczny do kalkulatorów mocy, satelitów i wszystkiego pomiędzy nimi.