Wszystkie produktyFotowoltaika, czyli kosmiczna energia.
Zanim napiszemy o rodzajach instalacji, typach modułów fotowoltaicznych, dobieraniu mocy, etc., kilka słów o tym, czym jest fotowoltaika. Z nami dowiesz się jak to możliwe, że: słońce + panele fotowoltaiczne = prąd w gniazdku.
To będzie nasz najbardziej naukowy wpis, ale „nudy nie ma”.
Spis treści:
- OZE, czyli odnawialne źródła energii.
- Najprostsze wytłumaczenie jak fotowoltaika daje prąd w gniazdkach.
- W tym rozdziale poznajemy superbohatera o nazwie foton.
- Powtórka z fizyki i chemii, czyli nieco więcej o procesach fotowoltaicznych i energii fotonów.
Słońce – najpewniejsze źródło energii odnawialnej.
Fotowoltaikę zalicza się do OZE, czyli odnawialnych źródeł energii. O zaletach OZE pisaliśmy „OZE, czyli zielona energia jutra”. Przypomnijmy tylko, że tego typu źródła energii:
- są nielimitowane i ogólnodostępne (natura),
- niewyczerpywalne,
- nie wpływają negatywnie na środowisko (są ekologiczne),
– nie wytwarzają spalin,
– nie generują odpadów,
- nie wymagają kosztownych i emitujących olbrzymie ilości CO2 (dwutlenku węgla):
– eksploatacji (wydobycia),
– transportu.
Sama nazwa fotowoltaika powstała z połączenia słów phos (światło) i volt (napięcie).
Co to jest fotowoltaika i w jaki sposób działa, czyli energia, która „spada z nieba”.
Konstrukcja instalacji PV (fotowoltaicznej) jest skomplikowana w przeciwieństwie do zasad jej działania. Na czym zatem bazuje fotowoltaika?
Wersja uproszczona (dla laików) pochodzenia prądu z fotowoltaiki. Fotowoltaika bazuje na Słońcu i polega na zamianie (przetworzeniu) energii słonecznej na elektryczną. Dzieje się tak podczas następujących etapów.
- Fotony ze słońca (zaraz więcej o małych bohaterach) padają na (najczęściej) krzemowe ogniwa fotowoltaiczne.
- W ruch zostają wprawione elektrony, które wytwarzają prąd stały.
- Dzięki inwerterom (o falownikach też za chwilę) prąd stały zostaje przekształcony w zmienny (płynący w gniazdkach).
Prościej się już nie da. 😊 Właśnie dlatego fotowoltaika jest „cudem”, gdyż produkuje prąd:
- z bezpłatnego paliwa,
- nie emitując gazów cieplarnianych i nie powodując efektów ubocznych w postaci odpadów,
- bez Twojej ingerencji,
- w ciszy i przez lata.
Totalny kosmos, czyli superbohater wprost ze Słońca.
Żeby „zadziała się magia”, nie wystarczą panele fotowoltaiczne. Potrzebny jest kosmiczny (dosłownie) foton (doskonały przykład tego, że nie każdy bohater nosi pelerynę). Foton, czyli minimalna jednostka światła i energii słonecznej, to przeszłość i przyszłość. Przeszłość, gdyż ma miliardy lat (powstał wewnątrz Słońca w procesie zderzania wodoru i helu). Przyszłość, bo dzięki niemu powstaje czysty, zielony prąd.
Jakie są właściwości fotonu (cząsteczki światła) i dlaczego jest lepszy niż Yeti (które istnieje, ale nikt go nie widział)? Bez fotonu nie ma prądu z fotowoltaiki, ale przede wszystkim życia na ziemi. To foton transportuje światło i energię, niezbędne do funkcjonowania planety i powstania/wykarmienia wszystkich organizmów. Światło słoneczne, które widzimy i odczuwamy, to nic innego jak niesiony przez wiatr słoneczny niekończący się strumień fotonów.
Foton należy do bozonów i jest kwantem światła, a więc najmniejszym „nośnikiem oddziaływań elektromagnetycznych” (nie posiada własnego ładunku elektrycznego). Ufff… Nieco skomplikowane, więc uprościmy-fotonu „nie ma”, czyli jest, ale:
- nie ma zapachu,
- nie ma kształtu,
- nie ma smaku,
- nie ma koloru,
- nie ma dźwięku.
Ma za to kryptonit (jak Superman), czyli jest niezniszczalny, o ile nie trafi na czarną dziurę. Poza tym porusza się z prędkością światła. Pierwszym, który wysnuł hipotezę o jego istnieniu, był Albert Einstein.
Efekt fotowoltaiczny dla ciekawskich, czyli o zjawisku fotoelektrycznym słów kilka.
Wiesz już o fotonach, więc wróćmy do energii elektrycznej z fotowoltaiki. Promienie słoneczne (fotony) padają na moduły składające się z ogniw fotowoltaicznych, złożonych z dwóch płytek krzemowych. Krzem jest materiałem półprzewodnikowym elementarnym i budulcem (najczęściej spotykanych) modułów krzemowych (Si):
- monokrystalicznych,
- polikrystalicznych,
- (rzadziej stosowanych) amorficznych.
Schemat (od najmniejszego elementu): dwie płytki krzemowe à ogniwa fotowoltaiczne à moduły fotowoltaiczne à panele fotowoltaiczne à instalacja fotowoltaiczna.
No dobrze, ale co z tą „magią” (czyli skąd jest prąd)? Strumień cząsteczek światła (promieni słonecznych) pada na powierzchnię modułów fotowoltaicznych. Powierzchnia (wspominaliśmy) złożona jest z półprzewodników, czyli płytek krzemowych z dodatkami pierwiastków wzmacniających ich działanie. Pomiędzy płytkami jest pole elektryczne reprezentowane przez barierę potencjałów. Fotony pobudzają (poprzez przekazanie energii) bierne elektrony krzemu, które przejmują (pochłaniają) ich energię i zaczynają „robotę” (zawsze twierdziliśmy, że wystarczy kogoś „popchnąć”, by zaczął działać). Zasilony elektron „ucieka” z wiązania z atomem, pozostawiając „dziurę” elektronową w atomie półprzewodnika. Złącze P-N (przewodniki +/-) wytwarza pole elektryczne, a „dziury” poruszając się w kierunku przeciwnym do elektronów, powodują zwiększoną dynamikę cząsteczkową. To prowadzi do różnicy napięcia elektrycznego pomiędzy warstwami półprzewodnika, czego efektem jest produkcja prądu stałego.
Wytworzony prąd stały przesyłany jest okablowaniem do falownika (inwertera), który dokonuje jego konwersji na zmienny o częstotliwości i napięciu zgodnym z wymogami sieci energetycznej.
Schemat upraszczający: fotony padają na ogniwa à elektrony pochłaniają ich energię à ruch elektronów doprowadza do różnicy napięcia elektrycznego pomiędzy warstwami półprzewodnika à powstaje prąd stały (DC) à prąd trafia do inwertera (falownika) à falownik przekształca prąd stały w prąd zmienny (AC) à możesz podłączyć ładowarkę do gniazdka à masz naładowany telefon.
Teraz proces działania fotowoltaiki masz w małym paluszku. 😊 Jeśli chcesz poznać rodzaje instalacji PV, typy modułów fotowoltaicznych czy też wiedzieć jak obliczać mocy fotowoltaiki, zapraszamy do kolejnych wpisów.