Solarne fotonaponske ćelije - fotoćelije

Objavljeno 26.07.2011.


Efikasnost im je od 10% za jeftinije izvedbe s amorfnim silicijem do 25% za one skuplje materijale. Fotonaponske ćelije (FN) mogu se koristiti kao samostalni ili dodatni izvor energije. Samostalni izvor energije koriste sateliti, cestovni znakovi, kalkulatori i udaljeni objekti koji zahtijevaju dugotrajni izvor energije. Svemirske misije puno polažu u ovu tehnologiju, jer je u Svemiru snaga sunčeva zračenja puno veća (zemljina atmosfera apsorbira veliki dio zračenja) pa je i dobivena sunčeva energija veća. Kao dodatni izvori energije fotonaponske ćelije mogu se priključiti na distribucijsku električnu mrežu nekog državnog sustava, ali za sada je to ekonomski neisplativo.


fotonaponska celija 1



Paralelno i serijsko spajanje

Električnim povezivanjem fotonaponskih ćelija tijekom proizvodnje nastaju standardizirani fotonaponski moduli (FNM) od kojih se grade i nadograđuju mali, pouzdani i posve neovisni energetski sustavi. Povezivanje FN ćelija može biti izvedeno paralelnim i serijskim spajanjem.

- paralelnim spajanjem dolazi do povećanja jakosti struje (A) s povećanjem površine (m²), a izvodi se tako, da se svi (+) polovi spoje na isti vodič, a analogno je i za (-) vodiče.

- serijskim spajanjem dolazi do povećanja napona (V) s povećanjem površine (m²), a izvodi se tako, da se naizmjenično spajaju (+) i (-) pol ćelija u nizu.

Zahvaljujući dugom životnom vijeku i jednostavnoj građi ovi fotonaponski sustavi pogodni su za postavljanje svuda, gdje je izgradnja konvencionalnog energetskog razvoda složena i skupa. Održavanje je jednostavno i ne zahtijeva posebna stručna znanja niti opremu. I dok se na alpskim strmim krovovima sve češće vide respektabilni energetski sustavi s dvadesetak i više fotonaponskih ploča u Hrvatskoj je to još uvijek iznimno rijedak prizor, iako ima puno više sunčanih dana. Zimi, u priobalnim dijelovima Hrvatske fotonaponski moduli mogu osigurat oko 160 W/h električne energije, a u ljetnim mjesecima i do 1000 W/h dnevno. U kontinentalnim dijelovima zimi to prosječno iznosi oko 120, a ljeti do 900 W/h dnevno. Ta gotovo besplatna i obnovljiva energija pohranjuje se u odgovarajuće akumulator bez buke i zagađivanja okoliša, a dostatna je za napajanje kućanskih trošila u opsegu uobičajene dnevne uporabe. U slučaju povećanih energetskih potreba takav se sustav jednostavno proširuje nadogradnjom dodatnih fotonaponskih modula.

Vrste fotonaponskih ćelija

Fotonaponske (FN) ćelije proizvode se iz silicija a izvode se kao monokristalne, polikristalne i amorfne.



fotonaponska Ćelija 2

fotonaponska celija 2

Monokristalne FN silicijeve ćelije mogu pretvoriti 1000 W/m² sunčevog zračenja u 140 W električne energije s površinom ćelija od 1 m². Za njihovu proizvodnju potreban je apsolutno čisti poluvodički materijal, a monokristalni štapići se vade iz rastaljenog silicija i režu na tanke pločice što

omogućava relativno visoki stupanj iskoristivosti.

Polikristalne FN silicijeve ćelije mogu pretvoriti 1000 W/m² sunčevog zračenja u 130 W električne energije, s površinom ćelija od 1 m². Proizvodnja ovih ćelija je ekonomski isplativija u odnosu na monokristalne. Tekući silicij se ulijeva u blokove, koji se režu u ploče. Tijekom skrućivanja stvaraju se kristalne strukture različitih veličina na čijim granicama se pojavljuju greške, zbog čega solarna ćelija ovog tipa ima manju iskoristivost.

Amorfne FN silicijeve ćelije mogu pretvoriti 1000 W/m² sunčevog zračenja u 50 W električne energije, s površinom ćelija od 1 m². Prevlačenjem tankog filma silicija po staklu ili nekoj drugoj podlozi dobiva se amorfna ili tankoslojna ćelija. Debljina sloja iznosi manje od 1 µm pa su i troškovi proizvodnje manji. Iskoristivost amorfnih FN ćelija je puno niža u usporedbi s drugim tipovima. Prvenstveno se koristi u opremi, gdje je potrebna mala snaga (satovi, kalkulatori).

Postoje još neke vrste FN solarnih ćelija.

Galij-arsenidne FN ćelije (GaAs) izrađuju su od poluvodiča napravljenog iz mješavine galija (Ga) i arsena (As). Pogodne su za uporabu u višeslojnim i visoko učinkovitim ćelijama. Imaju visoku apsorpciju pa je potreban sloj debljine od samo nekoliko mikrona (μ). Relativno su neosjetljive na toplinu i zračenja u usporedbi s silicijskim ćelijama. Zbog visoke cijene koristi se u svemirskim programima i sustavima s koncentriranim zračenjem (u razvoju).

Galij-indijum-fosfidne/galij-arsenidne FN ćelije (GaInP/GaAs) su dvoslojne fotonaponske solarne ćelije s iskoristivošću od 30%. Koristi se za svemirske aplikacije. Ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m² sunčevog zračenja u 300 W električne energije, s površinom ćelije od 1 m².

Kadmij-telurijeve (CdTe) ćelije mogu pretvoriti 1000 W/m² sunčevog zračenja u 160 W električne energije, s površinom ćelije od 1 m² u laboratorijskim uvjetima. Kadmij-teleurid je spoj metala kadmija(Cd) i polumetala telurija(Te). Pogodan za uporabu u tankim fotonaponskim modulima zbogo fizikalnih svojstava i jeftinih tehnologija izrade. Zbog kadmijeve otrovnosti i sumnje na kancerogenost ove FN ćelije nisu široko komercijalno zastupljane.


Izvor:   http://www.zelenaenergija.org/solarne-fotonaponske-celije-fotocelije/