Z čoho sú fotovoltické články vyrobené?

Uvažujete o obstaraní fotovoltiky do vášho domu? Zaujíma vás, z čoho sa vyrábajú solárne panely a ako fungujú? Zistite viac o premene solárnej energie na energiu, ktorá vám môže pomôcť každoročne ušetriť na účte za energiu! Tu je všetko, čo potrebujete vedieť pred inštaláciou fotovoltiky a predtým, ako začnete hľadať dôveryhodného poskytovateľa a inštalatéra FV. 

Fotovoltika rastie raketovo na popularite všade v Európe, nielen v rámci spoločností a priemyselných lokalít, ale aj v obytných oblastiach. S FV panelmi môžu rodiny ušetriť až stovky eur ročne na elektrine a zároveň urobiť svoju časť pre planétu. Slnko je nevyčerpateľný zdroj energie, čo z neho robí najefektívnejší obnoviteľný zdroj energie pre domácnosti aj priemysel. A pomocou priestranného úložného systému, solárnej batérie, možno túto energiu v období silného slnečného žiarenia uchovať a využiť v iných dňoch, napríklad počas zimy alebo pochmúrnej jesene. Mnoho rodín už svoje fotovoltické panely nainštalovalo na strechy svojich domov, no málokto sa zaujímal o to, ako takéto panely fungujú a ako sú štruktúrované. Čo je to kúzlo, ktoré premieňa slnečnú energiu na elektrinu? Dozviete sa v našom dnešnom článku. 

Keď slnečné svetlo zasiahne fotovoltický (FV) článok, známy aj ako solárny článok, môže sa odraziť, absorbovať alebo prejsť cez článok. Tieto články sú primárne vyrobené z polovodičových materiálov, čo znamená, že môžu viesť elektrinu lepšie ako izolátory, ale nie tak efektívne ako kovy. Vo fotovoltických článkoch sa používajú rôzne polovodičové materiály. 

Teraz, aký je princíp fungovania fotovoltických článkov? Keď svetlo interaguje s polovodičovým materiálom, absorbuje energiu a prenáša ju na negatívne nabité častice v materiáli, nazývané elektróny. Táto dodatočná energia umožňuje elektrónom pohybovať sa materiálom a generovať elektrický prúd. Kovové kontakty na FV článku, usporiadané v mriežkovom vzore, extrahujú tento prúd, ktorý sa potom môže použiť na napájanie domácností a prispievanie do elektrickej siete. 

Účinnosť FV článku je v podstate elektrická energia vyrobená článkom v porovnaní s energiou z dopadajúceho svetla. Táto metrika udáva účinnosť bunky pri premene energie z jednej formy na druhú. Elektrický výstup z FV článkov je ovplyvnený faktormi, ako je intenzita a vlnové dĺžky dostupného svetla, ako aj rôzne výkonnostné atribúty článku. 

Rozhodujúcou charakteristikou FV polovodičov je bandgap, ktorý určuje vlnové dĺžky svetla, ktoré môže materiál absorbovať a premeniť na elektrickú energiu. Bandgap je vzdialenosť medzi valenčným pásom elektrónov a pásom vodivosti. Predstavuje minimálnu energiu potrebnú na vybudenie elektrónu až do stavu vo vodivom pásme, kde sa môže podieľať na vedení. Keď sa bandgap polovodiča zhoduje s vlnovými dĺžkami dopadajúceho svetla, solárny článok dokáže efektívne využiť všetku dostupnú energiu.

Druhy materiálov solárnych článkov 

Odteraz viete, ako fungujú solárne články, je čas preskúmať materiál, ktorý premieňa slnečnú energiu na slnečnú energiu. Niekoľko typov solárnych článkov vyžaduje iný typ materiálu solárnych článkov. Teraz sa pozrime na zoznam najpoužívanejších fotovoltaických materiálov pre FV články: 

Tenkovrstvová fotovoltika 

Tenkovrstvové solárne články sa vyrábajú nanesením jednej alebo viacerých tenkých vrstiev FV materiálu na nosný substrát, ako je sklo, plast alebo kov. Na trhu dominujú dva hlavné typy tenkovrstvových FV polovodičov: telurid kadmia (CdTe) a diselenid medi a india a gália (CIGS). Zatiaľ čo články CdTe ponúkajú nákladovo efektívne výrobné procesy, ich účinnosť stále zaostáva za kremíkom. Články CIGS sa môžu pochváliť sľubnými vlastnosťami pre fotovoltické aplikácie, no čelia zložitosti výroby. Oba materiály vyžadujú zvýšenú ochranu v porovnaní s kremíkom pre dlhodobú vonkajšiu prevádzku.

Kremík

Kremík je najrozšírenejším polovodičovým materiálom používaným v solárnych článkoch a predstavuje približne 95 % modulov, ktoré sa dnes predávajú. Je to tiež druhý najrozšírenejší materiál na Zemi po kyslíku a široko používaný v počítačových čipoch. Kryštalické kremíkové články pozostávajú z atómov kremíka prepojených tak, aby vytvorili kryštálovú mriežku, ktorá poskytuje organizovanú štruktúru, ktorá zlepšuje premenu svetla na elektrinu. Tieto solárne články na báze kremíka ponúkajú kombináciu vysokej účinnosti, nízkych nákladov a dlhej životnosti, často trvajúcej 25 rokov alebo viac, pričom si zachovávajú viac ako 80 % svojho pôvodného výkonu. 

Perovskitová fotovoltika

Perovskitové solárne články, podtyp tenkovrstvových článkov, odvodzujú svoj názov od svojej charakteristickej kryštálovej štruktúry. Tieto bunky obsahujú vrstvy materiálov nanesených na substrát. Perovskitové články sa relatívne ľahko montujú a vykazujú účinnosť porovnateľnú s kryštalickým kremíkom. Efektivita sa v laboratóriu rapídne zlepšila, ale komerčná životaschopnosť závisí od zvýšenia odolnosti pri dlhšom vonkajšom použití a vývoja nákladovo efektívnych výrobných techník.

Kvantové body

Solárne články s kvantovými bodmi využívajú na vedenie elektrickej energie malé polovodičové častice s veľkosťou len niekoľko nanometrov. Aj keď ponúkajú nové metódy spracovania polovodičov, zostávajú výzvy pri vytváraní efektívnych elektrických spojení. Kvantové body sa dodávajú v rôznych veľkostiach s prispôsobiteľnými pásmovými medzerami, čo umožňuje optimalizáciu zberu svetla a integráciu s inými polovodičmi na zvýšenie výkonu, napríklad s perovskitmi. 

Organická fotovoltika

Organické FV (OFV) články obsahujú zlúčeniny bohaté na uhlík a ponúkajú možnosť prispôsobenia pre špecifické funkcie FV článkov. Napriek tomu, že sú asi o polovicu účinnejšie ako kryštalické kremíkové články s kratšou životnosťou, OFV články predstavujú príležitosti pre nákladovo efektívnu hromadnú výrobu. Ich prispôsobivosť rôznym nosným materiálom, vrátane flexibilných plastov, rozširuje ich potenciálne aplikácie. 

Koncentrovaná fotovoltika

Koncentrovaná FV (CFV) koncentruje slnečné svetlo na solárny článok pomocou zrkadiel alebo šošoviek, čo vyžaduje menej FV materiálu. Táto koncentrácia zvyšuje efektivitu fotovoltického materiálu, ale vyžaduje si drahšie materiály a presné sledovanie slnka, čo predstavuje výzvy pri dosahovaní nákladových výhod oproti tradičným kremíkovým modulom. 

Viacnásobná fotovoltika

Viacnásobné solárne články využívajú viaceré polovodičové vrstvy s rôznymi frekvenčnými pásmami na zachytenie širšieho slnečného spektra, čím sa dosahuje vyššia účinnosť v porovnaní s jednoprechodovými článkami. Zatiaľ čo Viacnásobné solárne články preukázali účinnosť presahujúcu 45%, ich výroba zostáva drahá a zložitá, primárne vyhradená pre špecializované aplikácie, ako je prieskum vesmíru a vojenské drony.

Záver

V tomto článku ste sa zoznámili so všetkými typmi solárnych článkov. Aj keď sa informácie môžu zdať technickejšie a náročnejšie na spracovanie, netreba sa cítiť zahltení. Vami vybraný inštalatér má všetky informácie, ktoré potrebujete, aby ste mohli začať efektívne využívať vaše fotovoltické panely a začať šetriť energiu a planétu. Ak potrebujete ďalšie informácie o fotovoltike, neváhajte si pozrieť naše ďalšie články alebo kontaktujte svojho inštalatéra, ktorému dôverujete.