Co to jest ogniwo słoneczne?

Ogniwo słoneczne zwane jest inaczej ogniwem fotowoltaicznym lub fotoelektrycznym. Spotyka się także nazwę fotoogniwa.

To półprzewodniki (najczęściej krzem, german, selen), które przemieniają światło, a więc energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Jak to się dzieje? Światło słoneczne składa się z fotonów (cząsteczki światła widzialnego). Padając na fotoogniwo, fotony powodują przemieszczanie się elektronów w półprzewodniku ogniwa. W wyniku tego przemieszczenia ładunków elektrycznych powstaje różnica potencjałów tj. napięcia elektrycznego. Źródłem prądu w ogniwie słonecznym są reakcje chemiczne, które zachodzą pomiędzy elektrolitem a elektrodą. Jest to zjawisko fotowoltaiczne. Stąd swoją nazwę zaczerpnęła instalacja ogniw słonecznych jako fotowoltaika.

Pierwszy raz zjawisko fotowoltaiczne zostało zaobserwowane w XIX wieku. Dokonał tego francuski fizykochemik Alexandre Edmond Becquerel w 1839 roku. Zanurzył oświetlone elektrody w elektrolicie, przewodzącym ładunki elektryczne. W 1876 roku zjawisko fotowoltaiczne odnotowali dwaj uczeni W. Adams i R. Day, lecz dokonali jej już nie w elektrolicie, a na dwóch ciałach stałych. Kolejne stulecie rozpowszechniło fotowoltaiczny wynalazek. Jednak wysoka cena ogniw słonecznych wykluczyła masowe zastosowanie fotowoltaiki w XX wieku.

Wielki „boom” na fotoogniwa nastąpił na początku XXI wieku. Zaczęła się rozwijać fotowoltaika przemysłowa. Państwa wspierały finansowo budowę instalacji słonecznych. Ceny fotoogniw spadały. Ostatnie lata obfitują w masowe rozpowszechnienie instalacji fotoogniw. Fotowoltaika stała się bardzo przystępna pod względem cenowym, co spowodowało ograniczenia wsparcia finansowego na rzecz OZE w Niemczech czy Austrii. Jednak nawet wycofanie taryf gwarantowanych przez rządy, branża OZE nadal prężnie się rozwija. W Polsce nadal można uzyskać wsparcie finansowe. Bank BGŻ BNP Praribas S. A oferuje nawet 100 procent finansowania na zakup paneli fotowoltaicznych

Ogniwa słoneczne znalazły szerokie zastosowanie w życiu codziennym. Standardowe ogniwo fotowoltaiczne skonstruowane z krystalicznego krzemu ma napięcie ok. 0,5 V. To dość niewiele. Jednak łącząc ogniwa w sposób szeregowy, można uzyskać baterie słoneczne. Liczba ogniw jest zależna od zastosowania baterii. Głównie stosowane są jako źródło energii elektrycznej w elektrowniach słonecznych. Fotowoltaiczne panele najnowszej generacji działają, wykorzystując jedynie światło dzienne. Często możemy je spotkać na dachach. Przeważnie współwystępują wraz z innym żródłem zasilania energią elektryczną, gdyż ilość energii niezbędnej np. do ogrzania domu czy przedsiębiorstwa przewyższa możliwości paneli fotowoltaicznych. Popularnym i jednocześnie ekologicznym rozwiązaniem jest zastosowanie energii z gazu płynnego. W użytku codziennym fotoogniwa wykorzystuje się w kalkulatorach czy zegarkach tzw. :na słońce”. Coraz częściej pojawiają się również w samochodach z napędem hybrydowym. Stanowią niezawodne źródło energii, toteż są szeroko wykorzystywane w automatyce zarówno przemysłowej, jak i pomiarowej, gdzie stanowią różnego rodzaju czujniki i fotodetektory. Ogniwa słoneczne możemy spotkać w lampach ogrodowych czy ulicznych jako oświetlanie znaków drogowych, wspomagają także sygnalizację świetlną na drogach. Fotoogniwa służą do zasilania urządzeń elektronicznych i doładowania akumulatorów na jachtach czy na kempingach. Ogniwa słoneczne zasilają również układy telemetryczne na stacjach pomiarowo-rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej oraz energii elektrycznej.

Ogniwa fotowoltaiczne znajdują zastosowanie również w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest znacznie silniejsze, niż na Ziemii. Pojawiają się w sztucznych satelitach, na stacjach na orbicie oraz na promach i sondach kosmicznych. Najczęściej spotykanymi ogniwami fotowoltaicznymi są krzemowe (mono- lub polikrystaliczne, cienkowarstwowe tzw. krzem bezpostaciowy). Istnieje jednak więcej rodzajów fotoogniw. Ogniwa słoneczne mogą bowiem być np. selenowe. Obecnie prowadzi się badania nad fotoogniwami barwnikowymi oraz polimerowymi III generacji.