Pozyskiwanie energii ze Słońca – cz. 3
    energia słoneczna14 · Energia12 · ekologia20
2009-03-11
Ogniwa fotowoltaiczne działają na zasadzie wspomnianego już wcześniej efektu fotowoltaicznego (konwersji fotowoltaicznej ). Efekt ten został zaobserwowany ponad sto lat temu przez francuskiego fizyka Alexandra Edmunda Becquerela w 1839 roku. Zjawisko to polega na bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów, o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p. Przemieszczanie się ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Jednak przez wiele dziesięcioleci pozostawał on poza zainteresowaniem naukowców. Dopiero skonstruowanie pierwszego ogniwa fotowoltaicznego w Bell Laboratories w 1954 roku, a potem kryzys naftowy w połowie lat siedemdziesiątych spowodowały, że dostrzeżono w tej technologii szansę na wytwarzanie energii elektrycznej dla gospodarstw domowych .

Ogniwo fotowoltaiczne lub słoneczne to urządzenie służące do bezpośredniej zamiany energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Podstawę konstrukcji ogniwa stanowi półprzewodnikowa płytka, w której uformowana została bariera potencjału, np. w postaci złącza p-n. W półprzewodniku, na skutek absorpcji promieniowania, wytwarzane są pary nośników ładunku elektron-dziura, które po rozdzieleniu przez pole elektryczne bariery potencjału powodują pojawienie się napięcia na zaciskach przyrządu. Po dołączeniu do nich obciążenia (to jest urządzenia, które jest zasilane), płynie przez nie prąd elektryczny.

Ogniwa fotowoltaiczne wytwarza się najczęściej z krzemu mono-, poli-, multikrystalicznego, albo też z krzemu amorficznego. Ogniwa monokrystaliczne charakteryzują się najwyższą sprawnością konwersji. W badaniach laboratoryjnych pojedyncze ogniwa osiągają sprawność rzędu 25%, a produkowane na skale masową 17-18%. Dla porównania pierwsze ogniwo zbudowane w laboratorium Bella miało sprawność ok.. 5%. Pojedyncze ogniwa są podstawowym elementem systemu fotowoltaicznego. Moc ogniwa wynosi przeciętnie od 1 do 3 W, a wiec zbyt mało dla szerszego zastosowania. W celu uzyskanie większych napięć lub prądów ogniwa są łączone szeregowo lub równolegle. Tak przygotowane zespoły ogniw są hermetyzowane i laminowane tworząc moduł fotowoltaiczny. Moc modułów kształtuje się zwykle pomiędzy 30 a 300W, ale produkowane są również większe.

W celu bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną używa się systemów fotowoltaicznych. Modularna budowa systemów pozwala na ich zastosowanie w niezwykle szerokim zakresie mocy – od kilku MW do zasilania zegarka do wielu MW produkowanych przez elektrownie fotowoltaiczne.

Systemy fotowoltaiczne można podzielić na:
Systemy autonomiczne
– używanie w miejscach, gdzie nie ma możliwości dołączenia do sieci energetycznej. Systemy tego typu składają się z generatora fotowoltaicznego (PV), regulatora ładowania akumulatora, regulatora napięcia oraz akumulatora. Generator PV składa się z ogniw i modułów fotowoltaicznych (PV), zamienia energię promieniowania słonecznego bezpośrednio na energię prądu stałego. Regulator ładowania akumulatora kontroluje stan jego naładowania, ustala odpowiednie parametry ładowania oraz zapobiega nadmiernemu rozładowaniu akumulatora, a także zapewnia odpowiednie warunki zasilania urządzeń dołączonych do systemu. Akumulator gromadzi energię i zapewnia ciągłość zasilania urządzeniom w nocy oraz w czasie, kiedy warunki pogodowe nie pozwalają na generowanie prądu przez generator fotowoltaiczny.

Systemy dołączone do sieci – dostarczają wytworzoną energię do sieci energetycznej. System taki jest wykorzystywany do pokrycia części lub całości zapotrzebowania budynku na energię. Gdy występuje nadprodukcja energii jest ona sprzedawana do sieci energetycznej. W instalacji elektrycznej budynku stosuje się dwa liczniki mierzące przepływ energii w dwóch kierunkach pozwalające na zliczanie energii zarówno pobranej, jak i oddawanej do sieci energetycznej.

W naszej szerokości geograficznej, ze względu na fluktuacje promieniowania w ciągu roku, oprócz generatorów PV w systemach zasilających stosuje się także inne typy generatorów np.: turbiny wiatrowe lub ogniwa paliwowe, co prowadzi do powstania układów hybrydowych.

Kilkanaście dużych systemów fotowoltaicznych jest w stanie wytwarzać moce od kilkuset kW do kilku MW. Takie systemy są testowane m.in. w Niemczech jako elektrownie fotowoltaiczne. Dołączone są one zwykle do sieci średniego napięcia i instalowane na płaskich dachach budynków o dużej powierzchni bądź na wspornikach ustawionych bezpośrednio na ziemi. Ilość energii uzyskanej przy zastosowaniu danego systemu zależy od natężenia promieniowania słonecznego padającego na moduł PV.

Istotna jest zatem lokalizacja geograficzna oraz orientacja płaszczyzny modułów – dla Polski najbardziej optymalna jest orientacja południowa i kąt nachylenia 30-40˚. W warunkach środkowoeuropejskich roczna produkcja energii przez właściwie zaprojektowany i zainstalowany system fotowoltaiczny dołączony do sieci kształtuje się na poziomie 700-900 kWh z każdego kW mocy zainstalowanej. Na świecie pod względem wykorzystania energii słonecznej przodują Niemcy, dane dotyczące rozmieszczenia elektrowni fotowoltaicznych przedstawia Tab. 9. W wielu krajach moduły fotowoltaiczne znajdują zastosowanie nie tylko w tradycyjnych elektrowniach słonecznych. Obecnie istnieje wiele możliwości lokalizacji paneli słonecznych, jedyne ograniczenie stanowią tu środki finansowe. Przykłady zastosowań modułów PV, są często bardzo ciekawe z technicznego i architektonicznego punktu widzenia.


Komentarzy: 1

Gorzon
1 kwietnia 2009 (20:29)
.
Dobry artykuł, ale na wikipedię. Sama nazwa wskazuje, że przydałby się jeszcze komentarz odnośnie realizacji, widoku na przyszłość oraz wad i zalet dot. pozyskiwania energii solarnej.
  • Dodaj komentarz
  • Tytuł
  • Treść
  • Pseudonim
  • Przepisz kod obrazka
  • Kod obrazka:
Raporty
zobacz również
Tytanii Energii 2012 - Ogłoszenie wyników

24 kwietnia 2013 roku w Kopalni Soli Wieliczce odbyła się uroczysta Gala rozdania nagród konkursu „Tytanii Energii 2012”, który towarzyszył III edycji Forum Spalania Biomasy. Serwis...
[zamknij]W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce Prywatności".