Panele fotowoltaiczne to coraz bardziej popularny sposób na wytwarzanie energii elektrycznej bez konieczności stosowania paliw kopalnych. Są one wydajnym
i zrównoważonym źródłem energii, a ich korzyści dla środowiska są ogromne. Ale jak dokładnie działa panel fotowoltaiczny? W zasadzie jest to całkiem proste. Panel fotowoltaiczny składa się z szeregu ogniw, z których każde przechwytuje energię słoneczną i przekształca ją w energię elektryczną. Energię tą wykorzystuje się do zasilania domu, firmy, a nawet samochodu. Wytwarzana energia jest czysta, odnawialna i wolna od zanieczyszczeń. Nie tylko to, ale panele fotowoltaiczne mogą zmniejszyć rachunki za energię i stworzyć bezpieczeństwo energetyczne.
Co to jest i jak działa panel fotowoltaiczny?
Panel fotowoltaiczny (lub panel słoneczny) generuje energię elektryczną ze światła słonecznego za pomocą ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa te są wykonane ze specjalnych materiałów, które generują prąd elektryczny, gdy są wystawione na działanie światła słonecznego. Istnieją dwa rodzaje ogniw, które można wykorzystać do produkcji paneli fotowoltaicznych: krystaliczne ogniwa krzemowe, które stanowią około 90% sprzedaży fotowoltaicznej, oraz ogniwa cienkowarstwowe, które stanowią pozostałe 10% sprzedaży. Istnieje wiele różnych rodzajów paneli słonecznych, z których każdy zawiera ogniwa fotowoltaiczne i jest przeznaczony do konkretnego zastosowania.
Najpopularniejsze rodzaje paneli słonecznych to: panele rooftop – są to duże panele, które umieszcza się na dachu budynku. Są one zaprojektowane tak, aby generować najwięcej energii elektrycznej, ale nie można ich przenieść po zainstalowaniu. Panele montowane na ziemi – są to panele, które umieszcza się na ziemi. Są to panele, które są umieszczone na ziemi. Są one zaprojektowane tak, aby generować mniej energii elektrycznej, ale w razie potrzeby można je łatwo przenosić z miejsca na miejsce. Panele półprzezroczyste – są to panele, które umieszcza się za oknami budynku i są widoczne od wewnątrz. Są to panele, które umieszcza się za oknami budynku. Te panele mogą generować mniej energii elektrycznej niż panele na dachu, ale często są tańsze.
Wprowadzenie do technologii fotowoltaicznej (PV)
Kiedy patrzysz na panel fotowoltaiczny, widzisz efekt końcowy lat badań nad alternatywnymi źródłami energii. Jak można się spodziewać, „fotowoltaika” to wymyślne słowo oznaczające energię słoneczną. Technologia ta jest bardzo prosta, ale również bardzo skuteczna. Jest ona stosowana od wielu lat i dopiero teraz staje się coraz bardziej przystępna cenowo. Panele PV wykorzystują światło słoneczne do wytwarzania energii elektrycznej. Istnieje kilka różnych typów paneli PV, ale wszystkie działają na tej samej podstawowej zasadzie: – Układa się je z kilku różnych materiałów, z których każdy jest innym rodzajem półprzewodnika. – Łączy się te materiały półprzewodzące w taki sposób, że działają jak ogniwo słoneczne.
Składniki ogniwa PV
Ogniwo fotowoltaiczne składa się z dwóch rodzajów półprzewodników. Kiedy światło uderza w te materiały półprzewodnikowe, elektron jest uwalniany z jednej strony ogniwa, a dziura z drugiej. Te dwie pary elektron-dziura nie tworzą się jednakowo. Dziury mają ładunek dodatni, a elektrony ujemny. Elektrony i dziury zachowują się jak magnesy o przeciwnych biegunach i przyciągają się do siebie. Elektrony dążą do zajęcia miejsc w dziurach, a dziury pragną być wypełnione elektronami. To przyciąganie nazywamy „polaryzacją” komórki. Dodatnie ładunki w ogniwie nazywamy „napięciem bias”.
Jak działają ogniwa PV
Kiedy półprzewodniki w ogniwie fotowoltaicznym są umieszczone razem, elektrony i dziury są przyciągane do siebie i „wpadają” na siebie. Elektrony wpadają do dziur i wypełniają je, a dwie nowe dziury zajmują ich miejsce po drugiej stronie półprzewodnika. Ten przepływ energii elektrycznej przez ogniwo nazywany jest „prądem”. W ogniwie fotowoltaicznym elektrony przepływają od strony naładowanej ujemnie do strony naładowanej dodatnio. Napięcie ogniwa fotowoltaicznego to różnica potencjałów między stroną dodatnią i ujemną. Kiedy umieścimy ogniwo fotowoltaiczne obok innego półprzewodnika, elektrony i dziury są przyciągane do siebie i przepływają również przez ten drugi półprzewodnik. To właśnie pozwala nam zbudować ogniwo słoneczne z wielu ogniw fotowoltaicznych.
Korzyści z ogniw PV
Ogniwo fotowoltaiczne wytwarza prąd stały, który może być zamieniony na wyższe napięcie przez inwerter. Ilość prądu wytwarzanego przez każde ogniwo nie jest zbyt duża, dlatego konieczne jest połączenie wielu ogniw ze sobą szeregowo, aby wytworzyć wystarczającą moc. Ogniwa są połączone ze sobą szeregowo, ponieważ prąd przepływający przez jedno ogniwo przepływa również przez wszystkie inne ogniwa w szeregu. Takie połączenie szeregowe pozwala również na zsumowanie napięcia każdego ogniwa w celu wytworzenia wyższego napięcia. To właśnie pozwala na połączenie pojedynczego ogniwa fotowoltaicznego równolegle z innymi ogniwami. Ogniwo fotowoltaiczne ma pewne zalety w stosunku do innych form energii słonecznej, w tym: – Jest samodzielne i przenośne. – Może być umieszczone tam, gdzie światło słoneczne jest najbardziej obfite. – Do jego działania nie jest potrzebne paliwo.
Interakcja pomiędzy panelami PV a siecią energetyczną
Ponieważ panele fotowoltaiczne produkują energię elektryczną, trzeba je podłączyć do inwertera, aby przekształcić prąd na prąd stały. Podłącza się je do sieci energetycznej poprzez inwerter, licznik i transformator. Transformator służy do „podniesienia” napięcia prądu, co jest niezbędne do jego przesłania przez sieć. Ilość prądu wytwarzanego przez panel jest wprost proporcjonalna do ilości światła słonecznego, które na niego pada. Dlatego im więcej światła słonecznego trafia na panel, tym więcej prądu wytwarza. Prąd z panelu PV przepływa przez inwerter, a następnie do transformatora pobliskiej podstacji. Ten prąd będzie płynął przez sieć, aż dotrze do domu lub firmy, która potrzebuje energii elektrycznej. Transformator jest „odwrotnie podłączony”, co oznacza, że prąd przepływa przez niego w kierunku przeciwnym do tego, w którym przepływał przez niego w podstacji.
Zastosowania paneli PV
Jednym z najczęstszych zastosowań panelu fotowoltaicznego są mieszkaniowe dachowe systemy słoneczne. Systemy te mogą zawierać pojedynczy panel lub wiele paneli, które są połączone razem w sieć. Systemy mieszkaniowe zazwyczaj posiadają funkcję net metering. Oznacza to, że ilość energii, którą te systemy produkują jest odejmowana od ilości energii, którą właściciel domu wykorzystuje. To może być dobra opcja dla właścicieli domów, którzy chcą iść słoneczne, ale nie są w stanie sprzedać energii elektrycznej z powrotem do sieci. Drugim powszechnym zastosowaniem paneli fotowoltaicznych są elektrownie słoneczne na skalę przemysłową. Te duże farmy słoneczne produkują duże ilości energii, którą zwykle wprowadza się do sieci. Zwykle podłącza się energię słoneczną na skalę użytkową do sieci poprzez pomiar netto.
Czynniki do rozważenia przy wyborze panelu fotowoltaicznego
Rozmiar i typ panelu fotowoltaicznego, który wybierzesz, będzie zależał od kilku różnych czynników, w tym od ilości dostępnej przestrzeni i ilości światła słonecznego, które ta przestrzeń otrzymuje. Należy również wziąć pod uwagę zużycie energii i ilość energii elektrycznej, którą trzeba wyprodukować. Ilość światła słonecznego, które trafia na dany obszar, określi, ile prądu wyprodukuje panel fotowoltaiczny. Poniżej przedstawiono niektóre z czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze panelu fotowoltaicznego: – Moc panelu – Napięcie panelu – Prąd panelu – Napięcie obwodu otwartego panelu – Moc maksymalna panelu – Współczynnik wydajności panelu.
Czym jest bezpieczeństwo energetyczne i jak panel fotowoltaiczny pomaga je stworzyć?
Bezpieczeństwo energetyczne to zdolność kraju do produkcji energii, ochrony przed zakłóceniami w dostawach energii i radzenia sobie z wszelkimi związanymi z tym kryzysami. To także zdolność kraju do zaspokojenia potrzeb energetycznych przy jednoczesnej ochronie środowiska, ponieważ kiedy ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają więcej energii, importuje się mniej energii z tradycyjnych źródeł, takich jak paliwa kopalne, zaś to tworzy bezpieczeństwo energetyczne, ponieważ kraj jest mniej zależny od źródeł zewnętrznych.
Jak działa panel fotowoltaiczny? Podsumowanie
Kiedy zrozumiesz, jak działają panele fotowoltaiczne, łatwo dostrzeżesz, jak można je zastosować na wiele różnych sposobów. Możesz ich używać na dużą skalę do zasilania całych miast lub na małą skalę w swoim własnym domu. Możesz nawet użyć ich do zasilania urządzeń, gdy jesteś poza domem.
