Fotoogniwa (ogniwa słoneczne)

Słońce jest największym dostarczycielem energii dla Ziemi i ludzkości. Niestety, mimo postępu nauki, ciągle nie potrafimy dobrze zmagazynować tej energii w inny sposób niż biomasa. Prace nad optymalnym wykorzystaniem i zmagazynowaniem energii słonecznej ciągle trwają. Ciekawym eksperymentem są australijskie wyścigi samochodów napędzanych wyłącznie promieniami słońca.
Produkcja ogniw rośnie z roku na rok. W 2008 roku wyprodukowano ogniw o łącznym potencjale 7,3 GW, w tym roku produkcję szacuje się na ponad 30 GW. Największym ich producentem są Chiny, ale państwa europejskie nie pozostają daleko w tyle.
Jednak Polska to nie Australia i dni słonecznych mamy znacznie mniej. Szacuje się, że promieniowanie słoneczne dostarcza na terenie naszego kraju od 3 do 4 GJ/m2/, które można zamienić na produkcję energii elektrycznej i cieplnej. Odpowiada to wartości opałowej 120 kg tzw. paliwa umownego. Do produkcji energii elektrycznej z promieni słońca służą ogniwa fotowoltaiczne.
Koszt produkcji energii z ogniw jest jednak ciągle wysoki, głównie za sprawą kosztów produkcji samych ogniw i stosunkowo niewielkiej ilości dni słonecznych w Polsce. Pomimo tego, stosowanie fotowoltaiki jest opłacalne dla urządzeń o niskim poborze prądu, położonych w miejscach trudno dostępnych, z daleka od linii energetycznych. Najlepszym przykładem są stacje przekaźnikowe w komunikacji, ?świecące? znaki drogowe, automatyczne stacje meteorologiczne, systemy alarmowe, ochrona pastwisk itp. Wymyślane są też kolejne zastosowania,
np. do parkometrów.

?Jak to działa?

Do produkcji prądu z promieni słonecznych służą ogniwa fotowoltaiczne,
a sam proces nazywany jest konwersją fotowoltaiczną. Proces ten odkryty został już
w XIX wieku przez Becquerela, który jako pierwszy badał powstanie siły motorycznej pod wpływem promieniowania słonecznego. Wykorzystał w tym celu selen pokryty warstwą złota. Sprawność tego układu wynosiła zaledwie 1%, ale był to pierwszy krok na drodze do ?prądowego? ujarzmiania słońca.
Obecnie, najważniejszym budulcem ogniwa jest krzem (płytki krzemowe),
a także połączenia elektryczne pomiędzy warstwami krzemu.  Płytki mają
grubość od 0,2 do 0,4 mm. W skutek padania na płytki fotonów z promieniowania słonecznego wybijane są elektrony. Powstałe w ich miejscu ?dziury? (czyli różnice potencjałów) zapełniane są sąsiednimi elektronami co w konsekwencji prowadzi do ruchu elektronów
i przepływu prądu.

W jaki sposób dobrać ogniwo do swoich potrzeb?

Najpierw należy rozpoznać swoje potrzeby. Określamy potrzebne nam napięcie (np. 6 lub 12 V), moc pobieraną przez nasze urządzenie i dobowy czas pracy urządzenia. Przykład: chcemy oświetlić dwiema żarówkami typu LED wejście do naszej altanki na działce. Żarówki mają moc 3W, wykorzystują napięcie 12 volt i powinny świecić 4 godziny na dobę.
Wyliczamy więc zapotrzebowanie: 4 godziny x 6 W = 24 Wh (watogodziny)
Wyliczmy teraz potrzebną pojemność akumulatora: 24Wh/12 V= 2 Ah (amperogodziny)

Ponieważ czas ładowania akumulatora wynosi co najmniej 8 godzin, to potrzebujemy ogniw fotowoltaicznych zdolnych wytworzyć w ciągu 8 godzin 24 Wh. Wyliczmy więc potrzebną moc baterii słonecznych: 24 Wh/8h = 3 W

Wychodzi więc na to, że potrzebujemy panel 12V o minimalnej mocy 3 W. Pamiętajmy jednak, że nie zawsze czas ?słoneczny? wynosi
8 godzin. Warto więc zaopatrzyć się w silniejszą baterię słoneczną, co by nasze żarówki świeciły również w nocy po pochmurnym dniu!