Aby w pełni zrozumieć, w jaki sposób powstaje zjawisko fotowoltaiczne, należy zdać sobie sprawę, z czego zbudowane są panele fotowoltaiczne. Najczęściej wykorzystywany jest w nich krzem monokrystaliczny lub polikrystaliczny. Jest on półprzewodnikiem, zatem jego przewodność elektryczna zależy od wielu czynników. Najważniejszymi są ogrzewanie oraz oświetlanie. Wystawiając krzem na działanie tych czynników, powodujemy, że znajdujące się w nim elektrony zostają pobudzone. Światło słoneczne jest bowiem nośnikiem fotonów, które bombardują elektrony znajdujące się w krzemie. To właśnie ten proces zapoczątkowuje zjawisko fotowoltaiczne. Jeżeli zostaną spełnione określone warunki, elektron pochłonie foton i przejmie jego energię. W tym momencie dojdzie do wzbudzenia elektronu, a w atomie krzemu powstanie tzw. dziura elektronowa.

Wówczas elektrony zaczną poruszać się w przeciwnym kierunku niż powstała w ten sposób dziura elektronowa. W konsekwencji powstanie prąd elektryczny. Można spotkać się także ze zjawiskiem fotowoltaicznym na złączu p-n, które stanowi dwa umieszczone obok siebie półprzewodniki o różnych typach. W półprzewodniku typu N występuje więcej elektronów niż dziur elektronowych. Natomiast w instalacji typu P zachodzi odwrotna sytuacja. Naświetlanie złącza p-n powoduje, że zachodzi dyfuzja dziur oraz elektronów pomiędzy sobą. Wskutek tego zjawiska na końcach złącza występuje różnica potencjałów, czyli tzw. napięcie otwartego obwodu.

Wpływ zjawiska fotowoltaicznego na generowany prąd

Jak wskazano powyżej, wskutek oddziaływania fotonów na złącze p-n, dochodzi do powstania różnicy potencjałów, czyli napięcia wynikającego z przepływu elektronów oraz dziur elektronowych. W tym momencie generowany jest przepływ prądu przy podłączonym obciążeniu. To zjawisko nazywa się konwersją fotowoltaiczną. Wytworzona w ten sposób energia elektryczna może zostać wykorzystana w różny sposób, np. do podgrzewania wody w domu czy do zasilania sprzętów elektrycznych. Energię można także zmagazynować w akumulatorze, aby wykorzystać ją w późniejszym okresie bądź oddać do sieci przesyłowej. W tym drugim przypadku operator sieci zwróci Ci przekazaną wcześniej nadwyżkę w okresie, kiedy produkcja energii przez Twoją instalację elektroniczną będzie zbyt niska, aby zaspokoić Twoje bieżące potrzeby, np. w okresie zimowym, kiedy słońce świeci znacznie krócej. Pamiętać należy przy tym, że aby wykorzystać uzyskaną w ten sposób energię, musisz posiadać falownik, który będzie zmieniał prąd stały na zmienny. W ogniwie powstaje bowiem prąd stały, a do zasilania urządzeń posiadanych w domu wykorzystujesz ten zmienny.

Oblicz ile zyskasz na fotowoltaice!

Od czego zależy skuteczność zjawiska fotowoltaicznego?

Skuteczność efektu fotowoltaicznego to stosunek mocy generowanej przez instalację do padającego na nią promieniowania słonecznego. Zależy ona od wielu czynników, przede wszystkim od struktury materiału, z którego wykonane są panele, bowiem wpływa ona na liczbę znajdujących się w atomach elektronów, a w konsekwencji na ilość energii, jaka musi być dostarczona do atomu. Na sprawność ogniw wpływają także właściwości powłok antyrefleksyjnych, jakość połączenia pomiędzy kolejnymi ogniwami, jak i warunki atmosferyczne, które występują w danej chwili. Należy wiedzieć, że efekt fotowoltaiczny powoduje, iż panel jest bardzo podatny na ogrzewanie i szybko się nagrzewa, jeżeli znajduje się w miejscu nasłonecznionym. Aby zminimalizować ten efekt, stosuje się różne rodzaje powłok zabezpieczających ogniwa, jednak całkowite wyeliminowanie nagrzewania nie jest możliwe.