Sončne celice postajajo vse bolj obetaven alternativni vir energije, ki bo v prihodnjem tisočletju zagotovo predstavljal pomemben temelj napredka pri izrabi obnovljivih virov energije. Solarni sistemi in moč fotovoltaike bodo korenito spremenili način kako pridobivamo in dojemamo energijo, tako v industriji, kot v gospodinjstvih. A kaj pravzaprav je fotovoltaika, kaj so sončne celice in kako sploh deluje sončna elektrarna?
Moč sonca, obnovljivega vira energije
Obnovljivi viri energije so vsi tisti naravni viri, ki jih lahko pridobivamo iz konstantno potekajočih naravnih procesov in z njihovim porabljanjem ne izčrpavamo narave, saj se v njej hitro obnavljajo.
Ker z razvojem, povišanjem standarda in vedno novimi tehnologijami naše potrebe po energiji strmo naraščajo, je iz leta v leto potrebujemo več, klasičnih, neobnovljivih virov energije pa je vse manj. Izraba obnovljivih virov energije tako postaja pomemben strateški cilj v Evropi in tudi pri nas.
Med pomembne obnovljive vire energije spada tudi solarna energija, torej energija sonca.
Kaj je fotovoltaika?
Sonce na Zemljo preko sončnih žarkov pošilja sončno energijo, ki jo najlažje opišemo z gostoto svetlobnega toka. Spekter sončnega sevanja sestavljajo trije deli:
- ultravijolična svetloba,
- vidna svetloba in
- infrardeča svetloba.
Ultravijolični del svetlobe predstavlja le 9 %, vidni del svetlobe 41,5 %, infrardeči del pa kar 49,5 % solarne energije.
Moč sončnih žarkov, pa naj gre za ultravijolično, vidno ali infrardečo svetlobo, žanjemo s pomočjo fotovoltaike. Gre za proces, v katerem svetloba zaradi fotonskega učinka ustvarja fotoelektrični učinek, pri tem pa se sončno sevanje s pomočjo sončnih celic neposredno pretvarja v enosmerno električno napetost.
Kako delujejo sončne celice?
Sončne celice oz. solarne celice so tehnološko dovršene naprave, ki za ustvarjanje elektrike potrebujejo le dovolj veliko gostoto svetlobnega toka. Sončne celice v osnovi polprevodniške diode z veliko površino, v njih pa se s pomočjo difuznega in direktnega sončnega sevanja v procesu fotovoltaike izvrši pretvorba svetlobe v elektriko.
Seveda svetlobna energija ne doteka ves čas kontinuirano, pač pa v tako imenovanih kvantih svetlobnega valovanja.
Kako so sestavljene sončne celice?
Če nam je dobro poznana sestava sončne celice, tudi njeno delovanje ne bo več tako zelo zapleteno in težko razumljivo.
Sončna celica je sestavljena iz šestih slojev:
- Vrhnja plast je steklena plošča, ki ščiti ostale plasti celice pred mehanskimi vplivi.
- Naslednja plast je antirefleksna plast, s katero dosežemo manjši odboj svetlobe in tako povečamo izkoristek.
- Tretjo plast predstavlja kontaktna mreža, ki je narejena iz dobrega prevodnika. Njena naloga je, da zbira elektrone.
- Sledi tako imenovani P-sloj, polprevodnik, ki ga dobimo tako, da v čisti silicijev kristal dodamo primesi.
- Takoj za njim je še N-sloj, drug tip polprevodnika, ki ga dobimo tako, da v čisti silicijev kristal dodamo primesi 3-valentnih elementov ali pa čisti silicij dopiramo z arzenom. Germanij in silicij sta tipična predstavnika polprevodnikov, ki se najbolj pogosto uporabljata v elektroniki. Oba sloja predstavljata nekakšno zaporno plast, ki je prevodniški elektron oziroma generator napetosti, ki svetlobo spremeni v elektriko.
- Zadnji sloj sončne celice je zaščitni kovinski sloj, ki služi kot prevodnik električnega toka.
Solarni paneli
Posamezna sončna celica ima napetost samo okoli 0,5 V , kar je premalo za uporabo, zato so sončne celice med seboj povezane v modulih. Tako nastanejo fotovoltaični oz. fotonapetostni moduli, ki jih imenujemo tudi solarni moduli ali solarni paneli.
Vezava sončnih celic v fotovoltaične panele je lahko vzporedna ali zaporedna. Kadar solarne module med seboj povežemo zaporedno, bomo s tem povečali napetost, kadar pa jih povežemo vzporedno, bomo s tem povečali moč. V posameznem solarnem modulu je običajno 60 med seboj povezanih sončnih celic z nominalno napetostjo 32 V.
Vrste solarnih panelov
Večinoma so v uporabi monokristalni moduli in polikristalni solarni moduli, redkeje pa tudi amorfni moduli.
- Monokristalni moduli so sestavljeni iz monokristalnih sončnih celic, ki v elektriko pretvorijo 25 % sončne energije. Omogočajo največji izkoristek med vsemi tremi fotovoltaičnimi moduli, vendar pa so tudi najdražji. Monokristalne sončne celice so rigidne, kar pomeni, da se takšen modul ne more prilagajati površini, na katero je nameščen.
- Polikristalni moduli so sestavljeni iz polikristalnih sončnih celic, ki v elektriko pretvorijo 20 % sončne energije. Polikristalni moduli majo nekoliko nižji izkoristek v primerjavi z monokristalnimi fotovoltaičnimi moduli, so pa tudi cenejši. Prav tako kot monokristalni moduli, se tudi polikristalni moduli ne morejo prilagajati površini.
- Amorfni moduli so med vsemi tremi najcenejši, hkrati pa so tudi najmanj efektivni (le 6 do 8 %). Vendar pa so amorfne sončne celice fleksibilne, kar pomeni, da so manj občutljive na senco kakor kristalni moduli. Še ena slabost amorfnih sončnih modulov je v tem, da se najhitreje starajo: monokristalni in polikristalni moduli zaradi degradacije izgubljajo približno 0,5 % moči letno, amorfni moduli pa še enkrat več, torej približno 1 %.
Kaj je sončna elektrarna?
Večji solarni sistemi sončnih celic so lahko med seboj povezani v elektroenergetsko omrežje, ki oddaja proizvedeno električno energijo in deluje kot sončna elektrarna.
Sončne elektrarne veljajo za enega najbolj čistih in okolju prijaznih načinov proizvodnje električne energije, celoten sistem pa deluje popolnoma avtomatično. Samodejno se vklopi zjutraj, ko je svetlobe dovolj za njegovo delovanje, razsmernik pa se sinhronizira z električnim omrežjem in oddaja električno energijo vse do sončnega zahoda.
Ko izbiramo sončno elektrarno moramo vedeti, katere porabnike nameravamo s solarno energijo napajati. Pomembno je določiti tudi koliko ur dnevno bo izbrani porabnik izkoriščal solarno energijo. Izbrani fotovoltaični moduli morajo nuditi dovolj elektrike iz sonca za nemoteno delovanje vseh porabnikov. Kalkulacija potrebne moči izbranega sončnega panela je brez dvoma odvisna tudi od izkoristka, izkoristek pa je v veliki meri odvisen od tehnologije v kateri so sončni paneli narejeni.
Kaj je in čemu služi razsmernik?
Omrežni razsmerniki so nekakšno srce vsakega solarnega sistema oz. solarno-tokovne naprave. V procesu fotovoltaike sončne celice namreč ustvarjajo enosmerni električni tok, naloga razsmernika pa je v tem, da enosmerni električni tok pretvarja v dvosmernega.
Večina razsmernikov na tržišču že izpolnjuje tudi vse tehnične zahteve za priključitev solarne naprave na javno električno omrežje.
Hibridni razsmernik je lahko povezan z omrežjem, lahko pa deluje tudi povsem samostojno. Na hibridnem razsmerniku lahko preprosto sami določite prioritete vira energije:
- prva prioriteta je elektrika iz sončnih celic, ki direktno napaja porabnike,
- druga možnost, za primere, kadar je te elektrike premalo, je napajanje iz shranjene zaloge v akumulatorju,
- tretja možnost, kadar solarne elektrike zmanjka (na primer v daljšem obdobju slabega vremena), pa je, hibridni razsmernik samodejno preklopi na omrežje drugega vira električne energije.
Sončna elektrarna tudi na vaši strehi
S sončno elektrarno boste pridobili lasten vir električne energije s predvideno življenjsko dobo 30 let.
V Petrolu okolju prijazno odločitev nagradimo še z ugodnim Petrol financiranjem, v času trajanja financiranja pa še z zavarovanjem in zanesljivim vzdrževanjem. Projekt izvedemo na ključ, uredimo pa tudi vso potrebno dokumentacijo.
Ste za? Preverite, ali je vaša streha primerna za namestitev lastne sončne elektrarne.
Za sončno elektrarno lahko pridobite tudi nepovratno finančno spodbudo Eko sklada.