Ogniwa fotowoltaiczne

Jest to technologia wciąż dość kosztowna na etapie inwestycyjnym, dająca jednak ogromne możliwości zaoszczędzenia w trakcie eksploatacji. Energia elektryczna jest droga, a tu dostajemy ją za darmo.

Zasada działania fotoogniwa jest bardzo prosta. Na styku dwóch płytek półprzewodnikowych, powstają pod wpływem promieni słonecznych, czyli fotonów, ładunki elektryczne. Do budowy najczęściej wykorzystywanym materiałem półprzewodnikowym jest krzem, ale płytki ogniwa mogą być też zrobione z selenu lub germanu. Płytki znajdują się w szczelnej, podwójnej obudowie: pierwsza składa się z siatki i płytki odprowadzającej za pomocą kabli płynący prąd stały do magazynującego go akumulatora. Druga obudowa to tafla szkła lub tworzywa sztucznego. Prąd stały zamieniany jest, za pośrednictwem falownika, na prąd zmienny, który zostaje doprowadzany do instalacji elektrycznej domu. Tak skonstruowane ogniwo ma bardzo małe napięcie nominalne – ok. 0,5 V.  Dla uzyskania wyższego napięcia, fotoogniwa łączone są szeregowo w struktury, zwane modułami. Moduły łączone są w panele, które razem z dodatkowymi komponentami – okablowaniem, elektrycznymi skrzynkami przyłączeniowymi, falownikami, regulatorami napięcia, akumulatorami – tworzą kompletne systemy fotowoltaiczne. Okazuje się, że bateria słoneczna o powierzchni 25 m2 może zaspokoić potrzeby energetyczne domu o pow. ok. 150 m2, ale bez zasilania c.o. i c.w.u.. Wydajność urządzeń zależy od użytych materiałów i technologii. 

Najbardziej popularnym materiałem jest krzem krystaliczny. Fotoogniwa monokrystaliczne (m-Si) osiągają najwyższą sprawność energetyczną rzędu 20%, ale za to są drogie. Tańsze od nich są PV polikrystaliczne (p-Si) o sprawności od ok. 11%. Ogniwa krystaliczne mogą być zintegrowane z różnymi rodzajami szkła, np. z antywłamaniowym, izolacyjnym, itp. Zatem moduł fotowoltaiczny niekoniecznie musi być montowany w tradycyjny sposób na dachu lub elewacji. Można np. użyć go w przeszkleniu, zamiast zewnętrznej szyby zespolonej. Również nie jest już obowiązujący prostokątny kształt modułów; mogą one przybierać różne formy, nawet gięte (np. zgodne z formą szkła).  

Ciekawym materiałem budującym PV jest krzem amorficzny (a-Si) i selenek indowo-miedziowy (CIS). Są to materiały cienkowarstwowe, w którym podłożem może być szkło lub gięte taśmy stalowe albo z tworzyw sztucznych. Sprawność takich ogniw jest stosunkowo niska – ok. 5-13%, ale mogą one w sposób prawie niezauważalny funkcjonować na elewacjach domu i ich nie szpecić. W tym kierunku idą wysiłki producentów, wprowadzających na rynek wciąż nowe rozwiązania solarne. Dają one coraz większe możliwości integracji systemów fotowoltaicznych z budynkiem. Są już dachówki solarne, blachy aluminiowe, płyty warstwowe, membrany dachowe i pokrycia bitumiczne, kryte cienką, rolowaną warstwą PV (BiPV). Zatem każda, dobrze wyeksponowana na działanie fotonów część domu, może być połączona z systemem i służyć do produkcji prądu na użytek gospodarstwa. Wymagana jest strona południowa i odpowiednie nachylenie do słońca, odpowiadające szerokości geograficznej. Należy unikać cienia, padającego od sąsiednich obiektów czy drzew, i brudu pokrywającego od góry moduły. Jedno i drugie zmniejsza wydajność systemu. Warto podkreślić długą żywotność paneli fotowoltaicznych – ok. 30 lat, w czasie których sprawność urządzeń raczej nie spada poniżej 80%.