Energia odnawialna

Słońce jest jednym z najbadziej dostępnych i niewyczerpanych źródeł energii odnawialnej, przez co technologie związane ze zjawiskiem fotowoltaicznym stają się coraz ciekawszym, zarówno pod kontem cenowym jak i technologicznym, źródłem pozyskiwania energii elektrycznej.

Ogniwo fotowaltaiczne to urządzenie które przekształca promieniowanie słoneczne bezpośrednio w elektryczność. Zjawisko to nosi nazwę efektu fotowoltaicznego. Na dzień dzisiejszy prawie 95% wszystkich produkowanych na świecie ogniw wykonanych jest z krzemu, a w budowie każdego z nich wyróżniamy dwie warstwy (+)pozytywną i negatywną (-).

Ilość energii jaką jest w stanie „wyprodukować” dany system fotowoltaiczny, zależy w głównej mierze od natężenia promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi. Wartość tę przedstawia się w kilowatogodzinach na metr kwadratowy (kWh/m2).

Podstawową częścią składową każdej instalacji są panele fotowoltaiczne, które przetwarzają energię świetlną w energię elektryczną. „Wyprodukowany” w ten sposób prąd stały zostaje przetworzony za pomocą inwertera na prąd zmienny i w zależności od potrzeby zostaje odsprzedany do sieci lub też służy jako źródło elektryczności w firmie lub gospodarstwie domowym.

W przypadku potrzeby korzystania z pozyskanej w ten sposób energii elektrycznej również w nocy, niezbędnym elementem systemu fotowoltaicznego jest również akumulator, który w porze zwiększonego nasłonecznienia na za zadanie zgromadzenie „nadmiaru” wyprodukowanego prądu, a w momencie zmniejszonej produkcji, oddanie go do sieci zewnętrznej lub wewnętrznej w celu zasilenia niezbędnych urządzeń. Aby zapewnić odpowiedni poziom naładowania baterii, a przez to zwiększyć jej żywotności stosuje się urządzenia zwane regulatorami ładowania.

Zdjęcie przedstawia schemat całego zestawu

Wszystkie znane obecnie źródła energii, poza energią geotermalną i atomową, są pośrednio efektem działania promieniowania słonecznego. Maksymalną mocą jaką można wykorzystać bezpośrednio z energii słonecznej na jednym metrze kwadratowym powierzchni jest tzw. stała słoneczna, która wynosi średnio 1367 W/m2 i jest mocą promieniowania słonecznego docierającą do zewnętrznej warstwy atmosfery. 35-37% tej energii odbija się od atmosfery lub jest przez nią wchłaniana, więc do powierzchni Ziemi dociera do 1000 W/m2.

Ogniwa fotowoltaiczne – są urządzeniami półprzewodnikowymi typu p-n, służącymi do bezpośredniej zamiany energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Półprzewodnik bombardowany jest fotofonami promieniowania słonecznego, które posiadają większą energię niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika. Powoduje przemieszczanie się elektronów i dziur elektronowych pomiędzy obszarami n i p półprzewodnika. Cykliczne przemieszczenie się ładunków elektrycznych powoduje wzrost różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Efekt fotowoltaiczności to nic nowego, zastał on zaobserwowany po raz pierwszy w 1839 roku przez A.C. Becquerel a dalsze prace nad tym zjawiskiem na styku dwóch ciał stałych przez następne 37 lat prowadzili W. Adams i R. Day. Odkrycie i wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego przyczyniło się do rozwoju korpuskularno-falowej teorii materii, w której obiektom mikroświata przypisywane są jednocześnie własności falowe i materialne. Wyjaśnienie i matematyczny opis efektu fotoelektrycznego zawdzięczamy Albertowi Einsteinowi, który wykorzystał hipotezę kwantów wysuniętą w 1905 roku przez Maxa Plancka.

Półprzewodnikowe fotoogniwa produkowane są z wykorzystaniem krzemu (Si), germanu (Ge), selenu (Se). Pojedyncze krzemowe ogniwo słoneczne generuje napięcie ok. 0,5V. Połączenie szeregowe pojedynczych ogniw powoduje sumowanie się napięcia i w ten sposób tworzy się baterie słoneczne o porządnym napięciu wyjścia.

Zastosowania ogniw fotowoltaicznych:

  • Elektronika użytkowa, kalkulatory, lampy ogrodowe, oświetlanie znaków drogowych i wspomaganie sygnalizacji świetlnej
  • Zasilanie elektroniki promów i sąd kosmicznych, stacji orbitalnych i sztucznych satelit ziemi.
  • Próby konstrukcji samolotów i samochodów zasilanych za pośrednictwem ogniw fotowoltaicznych.
  • Doładowywanie akumulatorów w dzień i wykorzystywanie energii w nocy na jachtach, kempingach, domach jednorodzinnych.
  • Zasilanie układów telemetrycznych w stacjach pomiarowo rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej oraz energii elektryczne.
  • Zasilanie automatyki przemysłowej i pomiarowej
  • Pierwsze elektrownie słoneczne.