Solar wyjaśnił fotowoltaikę i elektryczność

Ogniwa fotowoltaiczne przetwarzają światło słoneczne na energię elektryczną

Ogniwo fotowoltaiczne (PV), powszechnie nazywane ogniwem słonecznym, jest urządzeniem niemechanicznym, które przekształca światło słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną. Niektóre ogniwa fotowoltaiczne mogą przekształcać sztuczne światło w energię elektryczną.

Fotony przenoszą energię słoneczną

Światło słoneczne składa się z fotonów lub cząstek energii słonecznej. Fotony te zawierają różne ilości energii, które odpowiadają różnym długościom fal

A

Przepływ energii elektrycznej

Ruch elektronów, z których każdy ma ładunek ujemny, w kierunku przedniej powierzchni komórki powoduje brak równowagi ładunku elektrycznego między przednią i tylną powierzchnią komórki. Ta nierównowaga z kolei tworzy potencjał napięcia, taki jak ujemne i dodatnie zaciski baterii. Przewodniki elektryczne na ogniwie pochłaniają elektrony. Gdy przewody są podłączone w obwodzie elektrycznym do zewnętrznego obciążenia, takiego jak bateria, prąd elektryczny przepływa w obwodzie.

Wydajność systemów fotowoltaicznych różni się w zależności od rodzaju technologii fotowoltaicznej

Wydajność, z jaką ogniwa fotowoltaiczne przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną, różni się w zależności od rodzaju materiału półprzewodnikowego i technologii ogniw fotowoltaicznych. Wydajność dostępnych na rynku modułów fotowoltaicznych wynosiła średnio mniej niż 10% w połowie lat 80., wzrosła do około 15% do 2015 r., a obecnie zbliża się do 20% w przypadku najnowocześniejszych modułów. Eksperymentalne ogniwa fotowoltaiczne i ogniwa fotowoltaiczne przeznaczone na rynki niszowe, takie jak satelity kosmiczne, osiągnęły sprawność prawie 50%.

Jak działają systemy fotowoltaiczne

Ogniwo fotowoltaiczne jest podstawowym budulcem systemu fotowoltaicznego. Poszczególne komórki mogą różnić się rozmiarem od około 0,5 cala do około 4 cali średnicy. Jednak jedno ogniwo wytwarza tylko 1 lub 2 waty, co wystarcza tylko do małych zastosowań, takich jak zasilanie kalkulatorów lub zegarków na rękę.

Ogniwa fotowoltaiczne są połączone elektrycznie w zapakowanym, odpornym na warunki pogodowe module fotowoltaicznym lub panelu. Moduły fotowoltaiczne różnią się wielkością i ilością energii elektrycznej, którą mogą wytworzyć. Zdolność generowania energii elektrycznej modułu fotowoltaicznego rośnie wraz z liczbą ogniw w module lub powierzchnią modułu. Moduły fotowoltaiczne można łączyć w grupy, tworząc macierz fotowoltaiczną. Macierz fotowoltaiczna może składać się z dwóch lub setek modułów fotowoltaicznych. Liczba modułów fotowoltaicznych połączonych w tablicę fotowoltaiczną określa całkowitą ilość energii elektrycznej, jaką może wytworzyć tablica.

Ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały (DC). Ta energia elektryczna DC może być wykorzystana do ładowania akumulatorów, które z kolei zasilają urządzenia wykorzystujące prąd stały. Prawie cała energia elektryczna jest dostarczana jako prąd przemienny (AC) w systemach przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej. Urządzenia tzw

Ogniwa i moduły fotowoltaiczne wytwarzają największą ilość energii elektrycznej, gdy są skierowane bezpośrednio w stronę słońca. Moduły i tablice fotowoltaiczne mogą wykorzystywać systemy śledzenia, które przesuwają moduły tak, aby były stale skierowane w stronę słońca, ale systemy te są drogie. Większość systemów fotowoltaicznych ma moduły ustawione w stałej pozycji, z modułami skierowanymi bezpośrednio na południe (na półkuli północnej — bezpośrednio na północ na półkuli południowej) i pod kątem, który optymalizuje fizyczne i ekonomiczne działanie systemu.

Ogniwa fotowoltaiczne są pogrupowane w panele (moduły), a panele można pogrupować w tablice o różnych rozmiarach w celu wytwarzania małych lub dużych ilości energii elektrycznej, na przykład do zasilania pomp wodnych dla zwierząt gospodarskich, do dostarczania energii elektrycznej do domów lub do mediów wytwarzanie energii elektrycznej na skalę.

Źródło: Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (chronione prawem autorskim)

Zastosowania systemów fotowoltaicznych

Najmniejsze systemy fotowoltaiczne zasilają kalkulatory i zegarki na rękę. Większe systemy mogą dostarczać energię elektryczną do pompowania wody, zasilania sprzętu komunikacyjnego, dostarczania energii elektrycznej do pojedynczego domu lub firmy lub tworzenia dużych tablic, które dostarczają energię elektryczną tysiącom odbiorców energii elektrycznej.

Niektóre zalety systemów PV są

• Systemy fotowoltaiczne mogą dostarczać energię elektryczną w miejscach, w których nie istnieją systemy dystrybucji energii elektrycznej (linie elektroenergetyczne), a także mogą dostarczać energię elektryczną do
Macierze fotowoltaiczne mogą być instalowane szybko i mogą mieć dowolny rozmiar.
• Wpływ na środowisko systemów fotowoltaicznych umieszczonych na budynkach jest minimalny.

Źródło: Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (chronione prawem autorskim)

Źródło: Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (chronione prawem autorskim)

Historia fotowoltaiki

Pierwsze praktyczne ogniwo fotowoltaiczne zostało opracowane w 1954 roku przez badaczy firmy Bell Telephone. Od późnych lat pięćdziesiątych ogniwa fotowoltaiczne były wykorzystywane do zasilania amerykańskich satelitów kosmicznych. Pod koniec lat 70. panele fotowoltaiczne dostarczały energię elektryczną na odległość

Amerykańska Agencja Informacji Energetycznej (EIA) szacuje, że energia elektryczna wytwarzana w elektrowniach fotowoltaicznych na skalę przemysłową wzrosła z 76 milionów kilowatogodzin (kWh) w 2008 r. do 69 miliardów (kWh) w 2019 r. Elektrownie na skalę przemysłową mają co najmniej 1000 kilowatów (lub jeden megawat) zdolności wytwarzania energii elektrycznej. EIA szacuje, że w 2019 r. małe systemy fotowoltaiczne podłączone do sieci wytworzyły 33 miliardy kWh, w porównaniu z 11 miliardami kWh w 2014 r. Małe systemy fotowoltaiczne to systemy, które mają mniej niż jeden megawat zdolności wytwarzania energii elektrycznej. Większość z nich znajduje się na budynkach i czasami nazywa się