Systemy Fotowoltaiczne a Słoneczne

Home  /   Systemy Fotowoltaiczne a Słoneczne
Systemy Fotowoltaiczne a Słoneczne

Słońce dostarcza energii. Rozwój rynku energii odnawialnej opiera się w dużej mierze na tym twierdzeniu. Większość obecnie wykorzystywanych zielonych technologii pobiera energię słoneczną bezpośrednio lub pośrednio.

 

Bezpośrednie i pośrednie źródło energii

 

Do pośrednich źródeł energii możemy zaliczyć wiatr, geotermię niskiej jakości, pływy i fale. Geotermia niskiej jakości wykorzystywana jest w gruntowych systemach pomp ciepła. Energia wiatru jest popularnie stosowana. Natomiast pływy i fale dopiero zaczynają być wykorzystywane do wytwarzania energii.

 

Bezpośrednie źródło energii słonecznej składa się z promieni słonecznych, docierających do atmosfery. Można je gromadzić za pomocą dwóch różnych technologii: słonecznej (znanej też jako fotowoltaika) i słonecznych systemów grzewczych.

 

Nowoczesna technologia

 

Podstawowa różnica między słoneczną a fotowoltaiczną technologią wynika z zasad działania. Solar PV opiera się na zjawisku fotowoltaicznym, w wyniku którego foton (podstawowa jednostka światła) uderzająca o powierzchnię ze specjalnego materiału generuje uwolnienie elektronu. Natomiast słoneczna energia cieplna wykorzystuje światło słoneczne do podgrzewania płynu (w zależności od konkretnego zastosowania może być to woda albo inny płyn).

 

Efekt fotowoltaiczny zachodzi tylko w ograniczonej liczbie materiałów, nazywanych półprzewodnikami. Do najpopularniejszych możemy zaliczyć krzemowo-monokrystaliczne, polikrystaliczne, amorficzne i kadmowe. Po specyficznych procedurach chemicznych umożliwiają generowanie prądu elektrycznego pod wpływem światła. Te półprzewodniki są ukształtowane w cienkie warstwy, które odpowiadają elementowi rdzenia ogniw słonecznych, czyli podstawowego elementu systemu PV. Wytwarza prąd stały.

 

Ogniwa słoneczne są zintegrowane z większymi strukturami znanymi jako panele słoneczne. Można w nich osiągnąć pożądane wartości prądu i napięcia. W przypadku systemów podłączonych do sieci (stanowią dużą część rynku) konieczne jest użycie falownika. Jest on odpowiedzialny za konwersję prądu stałego, generowane przez ogniwa na prąd przemienny, wykorzystywany w sieci.

 

Zasada działania słonecznych systemów grzewczych jest znacznie mniej skomplikowana. Pozwala jednak na wytwarzanie energii zużywalnej, tak samo jak efekt fotowoltaiczny. Polega na bezpośrednim podgrzaniu wody (albo innych płynów) przez światło słoneczne. Taka konwersja energii jest możliwa w różnych urządzeniach w zależności od zakresu temperatur, w których jest podgrzewany płyn roboczy.

 

Kolektory o niskiej lub średniej temperaturze mogą być płytami z płaskimi płytkami lub rurami próżniowymi. Z kolei kolektory o wysokiej temperaturze składają się ze skoncentrowanych układów słonecznych, np. parabolicznej rynny, reflektorów Fresnela, silników Stirlinga czy wież solarnych.

 

Czym są ogniwa słoneczne?

 

Ogniwa słoneczne są używane do przechwytywania energii słonecznej i tworzenia energii elektrycznej. Wykorzystywane są w większości paneli słonecznych. Komórki są płaskie, ciemne i błyszczące.

 

Co najważniejsze, każda komórka zawiera wszystko, co jest niezbędne do przekształcenia światła słonecznego bezpośrednio w energię elektryczną. Wszystkie pozostałe komponenty są używane tylko po to, by zwiększyć moc i przekształcanie energii elektrycznej z prądu stałego na prąd zmienny.

 

Konstrukcja ogniw słonecznych

 

Ogniwa słoneczne są złożoną i precyzyjną konstrukcją, składającą się z wielu różnych materiałów. Najwyższa warstwa ogniw słonecznych składa się ze szkła z powłoką antyrefleksyjną. Szkło chroni skutecznie znajdujące się pod nim materiały, a powłoka antyrefleksyjna zapewnia więcej światła słonecznego, docierającego do półprzewodników. Kiedy popatrzymy na ogniwo słoneczne, zobaczymy mały wzór siatki. Jest to siatka metalowych pasków pod szkłem. Szklana, antyrefleksyjna powłoka i metalowe paski tworzą górną warstwę komórek.

 

Środkowa warstwa ogniwa słonecznego jest najważniejsza. To właśnie tam energia słoneczna jest wytwarzana przez efekt fotowoltaiczny. Składa się z dwóch warstw półprzewodników. Pierwsza warstwa wykonana jest z materiału typu n. Zazwyczaj jest to krzem zmieszany z niewielką ilością fosforu. Dlatego krzem jest ujemnie naładowany. Z kolei druga warstwa jest wykonana z materiału typu p. Ten materiał jest naładowany dodatnio. Zwykle wytwarza się go przez zmieszanie krzemu z niewielkimi ilościami boru.

 

Dolna warstwa ogniwa fotowoltaicznego również się składa z dwóch części. Tylna metaliczna elektroda znajduje się bezpośrednio pod półprzewodnikiem typu p. Ta tylna elektroda współpracuje z metalową siatką w górnej warstwie, aby wytworzyć prąd elektryczny. Ostatnia warstwa jest odblaskowa. W ten sposób zmniejsza utratę światła słonecznego w systemie.

 

Różne ogniwa słoneczne mogą wykorzystywać rozmaite materiały. Jest to uzależnione od przeznaczenia i budżetu. Mogą mieć również dodatkowe warstwy. Jednak wszystkie ogniwa używają tej podstawowej konfiguracji.

 

Ogniwa słoneczne wykonują najważniejszą pracę. Wytwarzają energię elektryczną bezpośrednio z promieni słonecznych. Każdy inny element sprawia, że system jest bardziej wydajny i pozwala przekształcić prąd stały na zmienny. Bez unikalnej konstrukcji ogniw produkcja energii nie byłaby możliwa.