Fotoogniwa

Ogniwo fotowoltaiczne (inne nazwy to fotoogniwo, solar, ogniwo słoneczne) jest to element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana promieniowania słonecznego (elektromagnetycznego) w energię elektryczną. Fotoogniwo ma kształt bardzo cienkiego prostokąta i zbudowane jest z krzemu(tworzy złącze p-n). Z powodu tego, że krzem jest kruchy i łatwo pęka, fotoogniwo nie może posiadać dużych wymiarów. Dlatego, dla osiągnięcia założonych parametrów prądu i napięcia buduje się baterię fotoogniw złożoną z kilku do kilkunastu połączonych szeregowo i równolegle pojedynczych fotoogniw.

Zasada działania fotoogniwa opiera się na zjawisku fotowoltaicznym. Fotony przedostają się przez cieniutką warstwę krzemu typu n i dostają się do warstwy krzemu typu p. Tam powodują usunięcie elektronów z sieci krystalicznej i w tym miejscu powstają dziury (ładunek dodatni). Dziura ta zostaje zastąpiona przez najbliższy elektron walencyjny. Znowu powstaje dodatnia dziura i kolejne przesunięcie elektronu. W rezultacie przemieszczeń elektronów powstaje wewnętrzne lokalne pole elektryczne, w którym następuje przesunięcie ruchomych elektronów do struktury typu n oraz dziur do obszaru typu p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego pola elektrycznego.

Ważnymi parametrami opisującymi fotoogniwo jest współczynnik wypełnienia oraz jego sprawność. Współczynnik wypełnienia mówi o jakości fotoogniwa i dla lepszej jakości fotoogniw wynosi od 0,7 do 0,8. Definiuje się go jako stosunek maksymalnej mocy wydzielonej na obciążeniu do mocy rzeczywistej.

Sprawność fotoogniwa jest to stosunek mocy wytworzonej na fotoogniwie do mocy padającego promieniowania świetlnego. Sprawność fotoogniw mieści się w 12-14%.

Uzyskanie energii elektrycznej z fotoogniw jest bardzo kosztowne. W zależności od tego gdzie chcemy wybudować fotoogniwo, powinniśmy wziąć pod uwagę gęstość promieniowania słonecznego. Wyliczono, że dla powierzchni prostopadłej do promieni słonecznych na poziomie morza gęstość promieniowania wynosi ok.
. Wynika z tego, że w zależności od pory dnia oraz odległości od równika gęstość promieniowania zmienia swoją wartość - na mniejszą. Jednak w miejscach trudno dostępnych, gdzie znajduje się kilka domów, korzystanie z fotoogniw staje się korzystne ze względów finansowych.

Fotoogniwa stosowane są w elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach, sztucznych satelitach czy samochodach z napędem hybrydowym. Dużą zaletą fotoogniw jest ich niezawodność i trwałość, a poprawianie ich sprawności może spowodować spadek ich ceny. Wtedy fotoogniwa będą konkurować z konwencjonalną energetyką.