logo

Efekt fotowoltaiczny

Mogłoby się wydawać, że fotowoltaika jest stosunkowo nowym źródłem energii odnawialnych, jednak odkrycia efektu fotowoltaicznego dokonano w XIX wieku.
Efekt fotowoltaiczny został odkryty dokładnie w roku 1839, przez Edmonda Becquerela, który był francuskim fizykiem, badającym słoneczne widma, magnetyzm, optykę oraz elektryczność. To właśnie francuskiemu fizykowi zawdzięczamy stworzenie pierwszego prototypu ogniwa fotowoltaicznego.
Efekt fotowoltaiczny jest zjawiskiem fizycznym i polega na powstawaniu w ciele stałym siły elektromotorycznej. Siła elektromotoryczna powstaje na skutek promieniowania świetlnego. Efekt fotowoltaiczny jest zjawiskiem wewnętrznym, ponieważ odbywa się wewnątrz struktury ciała stałego. Gdy promienie słoneczne docierają do elektronów, które znajdują się w krysztale krzemu, zostają następnie wzbudzone. Po wzbudzeniu, elektrony przemieszczają się na wyższy poziom energetyczny, a następnie zostają wybite. Elektrony, które przemieszczają się pomiędzy elektrodami powodują powstawanie różnicy potencjałów. W momencie powstawania różnicy potencjałów wytwarza się prąd elektryczny stały.

Budowa paneli fotowoltaicznych


© VectorMine - stock.adobe.com

Materiałów, z których zbudowane są panele fotowoltaiczne jest wiele, najczęściej jednak dostrzec można ogniwa słoneczne zbudowane z krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego. W przypadku każdego rodzaju materiału, zasada efektu fotowoltaicznego pozostaje niezmienna. Krzem należy do półprzewodników, a jego przewodność elektryczna zależy od wielu czynników np. od oświetlania, czy ogrzewania. Krzem posiada swoje elektrony, a te z kolei posiadają energię własną. W momencie dostarczenia energii dodatkowej do elektronów, dochodzi do wzbudzenia, dzięki któremu mamy możliwość umieszczenia elektronów na wyższym poziomie energetycznym.

Zasady działania efektu fotowoltaicznego

Na kryształ krzemu pada światło słoneczne, które określane jest strumieniem cząsteczek elementarnych, czyli tzw. fotonów, które przemieszczają ładunek energii. W momencie oświetlania półprzewodnika dochodzi do bombardowania elektronów poprzez fotony. Ten proces należy do początkowej fazy zjawiska fotowoltaicznego. Aby foton został pochłonięty przez elektron, konieczne jest spełnienie pewnych warunków. Przy odpowiednich warunkach elektron przejmuje energię fotonu, co prowadzi do stanu wzbudzenia. W kolejnym etapie, w atomie krzemu powstaje dziura elektronowa, a w przeciwnym do niej kierunku zaczynają poruszać się elektrony - dzięki temu powstaje prąd elektryczny.

Efekt fotowoltaiczny w złączu P-N

Złącze P-N odgrywa ważną rolę w kontekście efektu fotowoltaicznego, który zachodzi w ogniwach słonecznych. Półprzewodniki o różnych typach, które są umieszczone obok siebie to właśnie złącze P-N. W półprzewodniku typu N znajduje się więcej elektronów niż dziur. W półprzewodniku typu P jest natomiast więcej dziur niż elektronów. Naświetlanie złącza powoduje dyfuzję elektronów i dziur między sobą, co prowadzi z kolei do pojawienia się na jego końcach różnicy potencjałów.

Wykorzystanie promieniowania słonecznego

Energia, która powstaje na skutek różnicy potencjałów (napięcia), może zostać wykorzystywana w różny sposób np. do ogrzewania wody w budynku, czy do zasilania elektroniki. Na rynku możemy się również spotkać z gromadzeniem wytworzonej energii w akumulatorze, którą można użyć w późniejszym czasie. Wytworzona energia może zostać także oddana do sieci przesyłowej. Należy pamiętać o tym, że powyższe sposoby wykorzystania energii, wymagają falownika (inwertera). Falownik jest urządzeniem, które zamienia prąd stały na prąd zmienny - czyli taki, który możemy wykorzystać do zasilania domowych sprzętów. Więcej informacji o tym jak działa fotowoltaika w artykule: Co to jest fotowoltaika i jak działa.

Efekt fotowoltaiczny - wnioski

Wszystkie rodzaje ogniw sprowadzają się do efektu fotowoltaicznego, który jest podstawą ich działania. Problemy klimatyczne doprowadzają do konieczności poszukiwania nowych źródeł energii, a prąd generowany wskutek efektu fotowoltaicznego jest ekologiczny. Co ważne - nadwyżki wygenerowanej energii mogą być magazynowane w akumulatorze lub oddawane do sieci przesyłowej. Zjawisko fotowoltaiczne jest źródłem, które dostarcza zieloną i odnawialną energię. Wykorzystując promieniowanie słoneczne możemy ograniczyć wydatki związane z energią elektryczną, a także przyczynić się do ochrony środowiska naturalnego.


Źródło: https://www.rachuneo.pl




© medianauka.pl, 2021-06-28, ART-4082

 








Polecamy w naszym sklepie

The Manga Guide Fizyka
wahadło Newtona
Montessori Stwórz swoje własne magnesy HEADU
Fizyka krótki kurs
50 idei, które powinieneś znać. Fizyka
Niektóre treści nie są dostosowane do Twojego profilu. Jeżeli jesteś pełnoletni możesz wyrazić zgodę na przetwarzanie swoich danych osobowych. W ten sposób będziesz miał także wpływ na rozwój naszego serwisu.
© ® Media Nauka 2008-2021 r.