Szukaj na tym blogu

piątek, 2 kwietnia 2010

Ogniwa fotowoltaiczne i ich generacje

Ogniwa fotowoltaiczne są podstawowym elementem budowy paneli fotowoltaicznych. Zazwyczaj ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z krzemu o różnym stopniu krystalizacji. Dlatego patrząc na poszczególne ogniwa można zauważyć, że mają one różne kolory i odcienie. Jedne są ciemno granatowe do czarnych inne bardziej niebieskie z wyraźnymi kryształami. Kolor ogniwa zależy od technologii produkcji oraz użytego materiału. 
Budowa ogniwa fotowoltaicznego
Budowa ogniwa fotowoltaicznego

Ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z półprzewodnikowego złącza P-N, pomiędzy którym znajduje się bariera potencjałów. Gdy w ogniwo uderzy foton o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika (ang. band gap), elektrony przemieszczają się do obszaru N a następnie po przejściu przez obwód łączą się z  dziurami (ładunek dodatni) które pozornie poruszają się przez obszar typu P. W wyniku takiego ruchu elektronów powstaje różnica potencjałów, czyli napięcie elektryczne.

Ogniwa fotowoltaiczne I generacji 

Ogniwa fotowoltaiczne monokrystaliczne - wykonane jest z jednego monolitycznego kryształu krzemu. Charakteryzuje się wysoką sprawnością zazwyczaj 18-22% oraz wysoką ceną. Posiada charakterystyczny ciemny kolor.


Ogniwo fotowoltaiczne monokrystaliczne
Ogniwo fotowoltaiczne monokrystaliczne

Panel fotowoltaiczny zbudowany z połączonych ogniw fotowoltaicznych


Ogniwo fotowoltaiczne polikrystaliczne wykonane jest z wykrystalizowanego krzemu. Charakteryzuje się sprawnością w przedziale 14-18% oraz umiarkowaną ceną. Zazwyczaj posiada charakterystyczny niebieski kolor i wyraźnie zarysowane kryształy krzemu.

Ogniwo fotowoltaiczne polikrystaliczne
Ogniwo fotowoltaiczne polikrystaliczne

Ogniwo fotowoltaiczne amorficzne wykonane jest z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu. Charakteryzuje się niską sprawnością w przedziale 6-10% oraz niską ceną. Zazwyczaj posiada charakterystyczny lekko bordowy kolor i brak widocznych kryształów krzemu.
 
Ogniwo fotowoltaiczne amorficzne
Ogniwo fotowoltaiczne amorficzne
Obraz fotowoltaiki oparty o krzemowe ogniwa fotowoltaiczne ogniwa utkwił man w pamięci, gdyż jeszcze kilka lat temu ogniwa krzemowe stanowiły praktycznie 100% rynku. Dziś sytuacja uległa istotnej zmianie. Krzem jako budulec ogniw PV jest w defensywie a rynek szybko zyskują nowe technologie zwane „thin film solar cell” ogniwa fotowoltaiczne zbudowane z bardzo cienkiej warstwy półprzewodnika. Także coraz odważniej pojawiają się także ogniwa zupełnie pozbawione klasycznych półprzewodników. Aby to wszystko uporządkować podzielono ogniwa słoneczne na generacje.

Ogniwa fotowoltaiczne I generacji – czyli te klasyczne, które większość z nas ma na myśli słysząc słowo fotowoltaika. Ogniwa te oparte są o tradycyjne krzemowe złącze p-n produkowane z bardzo czystego(99.99999) krzemu krystalicznego w postaci wafli grubości ok 200-300 mikrometrów. Charakteryzują się „wysoką” sprawnością zazwyczaj 17-22% jak również wysokimi kosztami produkcji. Głównie z uwagi na wysokie koszty krzemu oraz relatywnie małą automatyzację produkcji (wiele prac wykonuje wykwalifikowany pracownik) Obecny udział w rynku ok 82%

Ogniwa fotowoltaiczne II generacji – także zbudowane w oparciu i złącze P-N jednak nie z krzemu krystalicznego lecz np. z tellurku kadmu (CdTe), mieszaniny miedzi, indu, galu, selenu (CIGS) czy krzemu amorficznego. Ich cechą charakterystyczną jest bardzo mała grubość warstwy półprzewodnika absorbującej światło, która zazwyczaj waha się od 1-3 mikrometrów. Z uwagi na dużą redukcję zużycia półprzewodników są znacznie tańsze w produkcji a cały proces bardziej zautomatyzowany. Główną wadą ogniw II generacji jest niższa sprawność od ogniw I generacji, która w zależności od technologii waha się od 7-15%. Obecny udział w rynku ok 18%
panel firmy first solar zbudowany w oparciu o ogniwa z tellurku kadmu
panel firmy first solar zbudowany w oparciu o ogniwa z tellurku kadmu

Ogniwa fotowoltaiczne III generacji – pozbawione są złącza P-N niezbędnego przy produkcji ogniw fotowoltaicznych z wykorzystaniem tradycyjnych półprzewodników. Obecnie do ogniw III generacji zaliczane są bardzo różne technologie jednak najbardziej zaawansowane prace są nad ogniwami DSSC oraz organicznymi z wykorzystaniem polimerow. Wielką zaletą ogniw II generacji są niskie koszty oraz prostota produkcji. Główną przeszkodą w ich popularyzacji jest niska sprawność oscylująca wokół kilku procent. Obecny udział w rynku ogniw III generacji nie przekracza 0.5%.
ogniwa polimerowe firmy konarkaogniwa/panel III generacji zbudowany w oparciu o ogniwa polimerowe firmy konarka

ogniwa/panel III generacji zbudowany w oparciu o ogniwa DSSC firmy dyesologniwa/panel III generacji zbudowany w oparciu o ogniwa DSSC firmy dyesol

Schematycznie głównie zmiany w kolejnych generacjach ogniw można przedstawić następująco


REKLAMA

 

7 komentarzy:

jpmorg pisze...

Ciekawostka

http://ekoblogia.pl/plyty-chodnikowe-wytwarzajace-energie-elektryczna-juz-sa

Anonimowy pisze...

Trochę dziwna wydaje mi się koncepcja rozwoju generacji ogniw fotowoltaicznych. Wydaje mi się, że ogniwa I generacji są najlepsze. Mimo najwyższych kosztów produkcji otrzymujemy produkt o najlepszej sprawności 17-22%. Poza tym do ich produkcji używa się krzemu którego na naszej planecie jest pod dostatkiem, i co ważne nie jest toksyczny. Co ma niestety miejsce przy stosowanym kadmie w ogniwach II generacji. Należy pamiętać, że kiedyś też będzie trzeba utylizować wysłużone ogniwa. Co wtedy zrobimy z toksycznym toksycznym kadmem. Fotowoltaika ma być symbolem czystej nowoczesnej energii. Podany rozwój generacji ogniw jakoś słabo odnosi się do tej ideologii.
Adam

Bogdan Szymanski pisze...

Adamie
Sprawność to nie wszystko nie jest ona najważniejsza. Dla inwestora najważniejszy jest koszt czyli cena za watt mocy a tu ogniwa II generacji są znacznie tańsze.

Druga druga to ekologia. Choć krzem jest nietoksyczny i bezpieczny to proces jego produkcji jest bardzo energiochłonny a w wielu przypadkach wymaga użycia chemikaliów. Na tym tle ogniwa II generacji w rachunku ciągnionym są znacznie bardziej przyjazne dla środowiska.

Anonimowy pisze...

Bardzo dobra książka - ABC systemów fotowoltaicznych sprzężonych z siecią energetyczną

Marcin

Anonimowy pisze...

Do której generacji zaliczane są ogniwa tandemowe?

Michał

Bogdan Szymanski pisze...

@ Michał
Generalnie do II lecz podział na generacje jest dość luźy

Anonimowy pisze...

Koszt instalacji nie jest mały. Jednak gdy porówna się ją do kwoty, którą wyda się na rachunki za prąd to już nie wygląda na tak dużą. Co więcej, jeśli weźmie się ulgę termomodernizacyjną lub kredyt na 10 lat, to równo ze spłatą kredytu taka instalacja dla przeciętnego domu jednorodzinnego powinna się zwrócić. Polecam blog Sunday Polska. Wiele przydatnych informacji.
Paweł - SundayPolska.pl