Całkowita ilość energii słonecznej padająca na Ziemię znacznie przekracza obecne i przewidywane zapotrzebowanie na energię na świecie. Oczekuje się, że w XXI wieku energia słoneczna, a co za tym idzie, fotowoltaika, stanie się coraz bardziej atrakcyjna jako odnawialne źródło energii ze względu na jej niewyczerpane zasoby i niezanieczyszczający charakter, w przeciwieństwie do skończonych paliw kopalnych takich jak węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny.
Systemy fotowoltaiczne
Energia słoneczna fotowoltaiczna pozyskiwana jest poprzez zamianę światła słonecznego na energię elektryczną za pomocą technologii opartej na efekcie fotoelektrycznym. Jest to rodzaj energii odnawialnej, niewyczerpanej i niezanieczyszczającej środowiska, która może być wytwarzana w instalacjach od małych generatorów na własny użytek po duże elektrownie fotowoltaiczne. W takich ognikach małe napięcie elektryczne jest generowane, gdy światło uderza w złącze między metalem a półprzewodnikiem (krzem) lub złącze między dwoma różnymi półprzewodnikami.
Czym jest energia fotowoltaiczna i jak działa?
Energia słoneczna fotowoltaiczna to czyste, odnawialne źródło energii, które wykorzystuje promieniowanie słoneczne do produkcji energii elektrycznej. Opiera się na tzw. efekcie fotoelektrycznym, dzięki któremu pewne materiały są w stanie pochłaniać fotony (cząstki światła) i uwalniać elektrony, generując prąd elektryczny.
W tym celu stosuje się urządzenie półprzewodnikowe zwane ogniwem fotowoltaicznym , które może być wykonane z krzemu monokrystalicznego, polikrystalicznego lub amorficznego lub innych cienkowarstwowych materiałów półprzewodnikowych. Ogniwa wykonane z monokrystalicznego krzemu są otrzymywane z pojedynczego kryształu czystego krzemu i osiągają maksymalną wydajność średnio od 18% do 20%. Te wykonane z polikrystalicznego krzemu są wykonane w blokach z kilku kryształów, dzięki czemu są tańsze i mają średnią wydajność od 16% do 17,5%. Wreszcie, te wykonane z krzemu amorficznego mają nieuporządkowaną sieć krystaliczną, co prowadzi do niższej wydajności (średnia wydajność między 8% a 9%), ale także do niższej ceny.
Rodzaje instalacji fotowoltaicznych
Istnieją dwa rodzaje elektrowni fotowoltaicznych: te, które są podłączone do sieci i te, które nie są. W ramach pierwszego istnieją dwie podklasy:
- Elektrownie fotowoltaiczne: cała energia wytwarzana przez panele trafia do sieci elektrycznej.
- Generator z własnym zużyciem: część wytworzonej energii elektrycznej jest zużywana przez producenta (na przykład w mieszkaniu), a reszta jest odprowadzana do sieci. Dodatkowo producent pobiera z sieci energię potrzebną do zaspokojenia swoich potrzeb, gdy jednostka nie dostarcza wystarczającej ilości.
Te instalacje podłączone do sieci mają trzy podstawowe elementy:
- Panele fotowoltaiczne: są to grupy ogniw fotowoltaicznych zamontowanych między warstwami krzemu, które wychwytują promieniowanie słoneczne i przekształcają światło (fotony) w energię elektryczną (elektrony).
- Falowniki: przetwarzają stały prąd elektryczny wytwarzany przez panele na prąd zmienny, odpowiedni do zużycia.
- Transformatory: prąd przemienny generowany przez inwertery jest niskonapięciowy (380-800 V), więc transformator służy do podniesienia go do średniego napięcia (do 36 kV).
Obiekty poza siecią działają w izolacji i często znajdują się w odległych lokalizacjach i na farmach, aby sprostać wymaganiom oświetleniowym, wspierać telekomunikację i uruchamiać pompy w systemach nawadniających. Te izolowane rośliny wymagają do funkcjonowania dwóch dodatkowych elementów:
- Baterie: aby przechowywać energię wytworzoną przez panele, która nie jest używana podczas jej wytwarzania, zmagazynowana energia może być następnie wykorzystana w razie potrzeby.
- Kontrolery: chronią akumulator przed przeładowaniem i zapobiegają nieefektywnemu użytkowaniu akumulatora.
Zalety fotowoltaiki
- Jest to w 100% odnawialny, niewyczerpalny i niezanieczyszczający rodzaj energii , który nie zużywa paliw ani nie generuje odpadów, dlatego przyczynia się do zrównoważonego rozwoju.
- Jest modułowy, dzięki czemu może być stosowany w instalacjach od ogromnych naziemnych elektrowni fotowoltaicznych po małe panele dachowe.
- Umożliwia instalacje baterii do przechowywania nadmiaru energii elektrycznej, który można wykorzystać do późniejszego wykorzystania.
- Jest to system szczególnie odpowiedni dla obszarów wiejskich lub odizolowanych, gdzie linie energetyczne nie są dostępne lub są trudne lub drogie w instalacji, lub dla obszarów geograficznych, które są nasłonecznione przez wiele godzin rocznie.
- Przyczynia się do tworzenia zielonych miejsc pracy i pobudzania lokalnej gospodarki poprzez nowatorskie projekty.