Share to Facebook 
Share to Twitter 
Share to Linkedin 
PGT SocialWeb - Copyright © 2010 by pagit.eu

Obnovljivi izvori energije

Moderni načini pretvorbe energije Sunca u električnu energiju - fotonapon E-mail
Autor Iva Sučić   

U osnovi, postoje dva principa iskorištavanja Sunčevog zračenja, pretvaranje solarne energije u toplinsku te direktno pretvaranje u električnu energiju putem fotonaponskih ćelija.

Solarni fotonaponski pretvornici služe za izravnu pretvorbu Sunčeve svjetlosti u električnu energiju, a izvedeni su kao fotonaponske ćelije (eng. photovoltaic cells), koje mogu biti načinjenje od monokristaličnog i polikristaličnog silicija, amorfnog silicija, kadmij-telurida ili bakar-indij-diselenida.

Osnovna građa fotonaponske ćelije
Slika 1. Osnovna građa fotonaposnke ćelije (izvor: www.skender.hr)

Fotonaponske (engl. Photo Voltaic - PV) ćelije ili solarne ćelije, pretvaraju Sunčevu energiju direktno u električnu. Proizvode električnu energiju bez pokretnih dijelova, operiraju tiho bez emisija i bez nekog većeg održavanja. Fotonaponske ćelije rade na principu fotoelektričnog efekta, a služe za direktno pretvaranje solarne energije u električnu. Vrlo tanke pločice kristaličnog silicija s primjesom arsena izložene Sunčevom zračenju ponašaju se kao poluvodički spojevi. Čestice svjetlosti (fotoni) atomima silicija izbijaju elektrone iz kristalne rešetke pa se na jednoj strani poluvodičkog spoja stvara višak negativnog naboja, a na drugoj strani pozitivnog uslijed čega dolazi do protoka struje.

Fotonaponske ćelije imaju više slojeva načinjenih od različitih materijala. Gornji sloj je stakleni prekrivač, a može biti i neki drugi materijal, koji štiti ćeliju od vremenskih uvjeta. Sljedeći sloj je anti-reflektirajući koji sprečava reflektiranje svjetlosti natrag. Dva poluvodička sloja solarne ćelije uzrokuju gibanje elektrona.

Solarne ćelije imaju i dvije metalne mreže, tj. dva električna kontakta. Jedna se nalazi ispod poluvodičkog materijala, a druga iznad. Gornja mreža ili kontakt skuplja elektrone s poluvodiča i vodi ih k vanjskom potrošaču. S donjim kontaktnim slojem zatvara se električni krug.


Fotonaponski sustavi predstavljaju integriran skup fotonaponskih modula i ostalih komponenata, projektirani tako da primarnu Sunčevu energiju izravno pretvaraju u konačnu električnu energiju kojom se osigurava rad određenog broja istosmjernih i/ili izmjeničnih trošila, samostalno ili zajedno s pričuvnim izvorom.

Postoje fotonaponski sustavi u obliku malih krovnih sustava za domaćinstva (manje od 10 kW), sustavi srednje veličine, od 10 do 100 kW i veliki sustavi preko 100 kW koji su spojeni na distribucijsku mrežu.

Troškovi solarnih sustava opadaju dramatično posljednjih dvadeset godina. U ranim 1980-ima troškovi su iznosili $25/W, a danas oko $4/W i smatra se da će još opadati.

Kod fotonaponskih sustava za domaćinstva, fotonaponske module je najbolje montirani na krovu kuće. Izlazna snaga ćelija ovisi o orijentaciji i nagibu modula pa je moguća ugradnja kontrolnog sustava kojim se mijenja orijentaciju i kut prema dnevnom i godišnjem gibanju Sunca kako bi se maksimizirala izloženost zračenju.

Solarni moduli zbog svojih električkih svojstava proizvode istosmjernu struju (istu onakvu koju dobijemo iz džepnih baterija). Komponente kao što su izmjenjivači (charge controllers), baterije i inverteri reguliraju, pohranjuju i isporučuju električnu energiju krajnjem potrošaču.

Osnovni prikaz fotonaponskog modula (ćelije):

  • Negativna elektroda
  • Pozitivna elektroda
  • n – tip poluvodiča (Silicij)
  • p – tip poluvodiča (Silicij)
  • granični sloj
  • stakleni pokrivač
  • antireflektirajući sloj

 

Fotonaponska ćelija
Slika 2. Fotonaponska ćelija (izvor: diplomski rad Iva Ćaćić „Utjecaj distribuirane proizvodnje na pogon elektroenergetskog sustava“, 2009.)

Električkim spajanjem ćelija tijekom proizvodnje nastaju fotonaponski moduli standardiziranih značajki od kojih se lako grade i prema potrebi nadograđuju mali, pouzdani i posve nezavisni energetski sustavi. Zahvaljujući dugom životnom vijeku, jednostavnoj građi i razmjerno niskoj cijeni fotonaponski sustavi pogodni su za postavljanje svuda gdje je izgradnja konvencionalnog energetskog razvoda složena i skupa. Održavanje je lako i ne traži posebna stručna znanja ni opremu.

Fotonaponski moduli mogu biti izvedeni na dva načina, kao samostojeći fotonaponski moduli i kao umreženi. Kao samostojeći, izvode se kao čisto istosmjerni, kao kombinacija istosmjerno-izmjenične izvedbe ili kao hibridni s pomoćnim izvorima, koji mogu biti vjetroagregati, hidroturbine, mali kogeneracijski izvori te benzinski ili dizelski agregati. Kada su umreženi, oni ustvari koriste mrežu kao spremnik energije. Danju, kada je sunčano vrijeme, svoje „viškove“ proizvodnje predaju mreži, a u noćnom režimu rada, odnosno kada je insolacija mala, iz mreže se uzimaju „manjkovi“.


Ovisno o načinu rada, postoje dvije vrste fotonaponskih sustava:

  • samostalni (autonomni), za čiji rad mreža nije potrebna
  • mrežni, spojeni na električnu mrežu:
    1. pasivni, kod kojih mreža služi (samo) kao pričuvni izvor
    2. aktivni (interaktivni), kod kojih mreža može pokrivati manjkove, ali i preuzimati viškove električne energije iz fotonaponskih modula
    3. hibridni, koji su zapravo samostalni povezani s drugim (obnovljivim) izvorima.

 

Kod samostalnih (autonomnih) sustava spoj na električnu mrežu nije nužan uvjet za njihov rad. Kada kod njihove primjene električnu energiju treba isporučivati tijekom noći ili u razdobljima s malim intenzitetom Sunčevog zračenja potrebno je imati spremnik električne energije, za što se u tom slučaju koriste akumulatori (baterije). Tom sklopu potrebno je dodati regulator za kontrolirano punjenje i pražnjenje baterije, a dodavanjem istosmjerno-izmjeničnog pretvornika (=12 V / (230 V))  autonomni sustavi mogu zadovoljiti i sve vrste tipičnih mrežnih potrošača, primjerice perilice, hladnjaci, crpke, hidrofori, motori, televizori, radioaparati, računala, usisavači, mali kućni aparati i druga trošila.

Prednost ovakvih, samostalnih sustava, je pogodnost za osiguravanje potrebnih količina električne energije za udaljene (izolirane) potrošače kao što su ruralna (izolirana) ili primorska vikend-naselja ili za neke pojedinačne objekte, primjerice razne vrste signalizacija i upozorenja, rasvjetu, telekomunikacijske releje, svjetionike, sustave nadgledanja i slično.

Fotonaponski sustav
Slika 3. Samostalni fotonaponski sustav (izvor: diplomski rad Iva Ćaćić „Utjecaj distribuirane proizvodnje na pogon elektroenergetskog sustava“, 2009.)

Suprotno samostalnim fotnaponskim sustavima su sustavi spojeni na mrežu.

Hibridni fotonaponski sustavi, koji nastaju povezivanjem samostalnih s drugim alternativnim izvorima električne energije. Mogu biti povezani u kombinaciji s vjetroagregatima, hidrogeneratorima, pomoćnim plinskim ili dizelskim agregatima. Njihova moguća prednost pred samostalnim fotonaponskim sustavima je svakako veća sigurnost i raspoloživost isporuke električne energije te mogućnost da se kao spremnici električne energije koriste manji kapaciteti akumulatora. Kod kombinacija („hibrida“) koje koriste plinske i dizelske agregate sustavi se dimenzioniraju tako da se agregati koriste malo sati u godini čime se štedi gorivo, smanjuju troškovi održavanja i produljuje životni vijek sustava.

Pasivni mrežni fotonaponski sustavi električnu mrežu koriste samo uvjetno, odnosno onda kada fotonaponski moduli ne mogu proizvesti dovoljne količine električne energije, prvenstveno noću kada su istodobno akumulatori električne energije prazni. Aktivni, odnosno interaktivni mrežni fotonaponski sustavi mrežu koriste interaktivno, uzimajući je u slučaju većih potreba ili vraćajući je u slučaju viškova električne energije proizvedene u fotonaponskim modulima.

Tags:     pretvorba energije Sunca      električna energija      fotonapon      načini pretvorbe
Vezane vijesti
Index članka
Moderni načini pretvorbe energije Sunca u električnu energiju - fotonapon
Fotonaponski sustavi
Fotonaponski sustavi #2
Sve stranice
 

Obnovljivi izvori energije za početnike

OIE u regiji

Nove tehnologije

Nova energetika

Zadnje vijesti

Želite li više koristiti obnovljive izvore energije?