Dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną, czyli inaczej wytwarzanie prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego.
W ciągu 5 min. do powierzchni Ziemi przy bezchmurnym niebie dociera promieniowanie słoneczne równe rocznemu zapotrzebowaniu na energii naszej planety. Konwersja energii słonecznej z 1% powierzchni Ziemi przy 10% sprawności wystarczyłaby na zaspokojenie zapotrzebowania energii dwukrotnie większe od obecnie zużywanej!!!
Proces budowy instalacji fotowoltaicznej
I etap
pomiary - wstępna wycena
II etap
opracowanie projektu – akceptacja inwestora – umowa
III etap
montaż
IV etap
odbiór techniczny - pomiary i zakończenie inwestycji
Budowa, mechanizm działania
Ogniwo słoneczne typu P, to struktura ogniwa słonecznego, która znana jest od czterech dekad i była wiodąca w tym czasie na rynku.
Termin typu P odnosi się do faktu, że ogniwo jest zbudowane na dodatnio(Positive) naładowanej (stąd typu P) podstawie krzemowej.
Do struktury krzemu jest dodawany pierwiastek Bor, który ma o jeden elektron mniej niż krzem. Górna część płytki jest następnie wzbogacana (typu N-Negative) fosforem, który ma o jeden elektron więcej niż krzem. Pomaga, to w utworzeniu złącza P-N, które umożliwia przepływ energii elektrycznej w ogniwie.
Ogniwa słoneczne typu N są zbudowane na odwrót, czyli krzem typu N służy jako podstawa ogniwa słonecznego. Ciekawym jest, że pierwsze ogniwo słoneczne wyprodukowane przez Bell Laboratories w 1954 roku, było ogniwem słonecznym typu N z kontaktem tylnym. Już w pierwszych latach nastąpił szybki i istotny wzrost wydajności. Stopniowo, struktura typu P przejęła wiodącą rolę historii rozwoju fotowoltaiki. Stało się tak, ponieważ we wczesnych latach jej rozwoju technologia słoneczna była używana głównie do zastosowań kosmicznych. W których struktura typu P ma lepszą odporność na promieniowanie w kosmosie. W związku z tym, wprost przenosząc rozwiązania kosmiczne branża fotowoltaiczna rozwinęła się i ustrukturyzowała w technologii typu P.
W 1954 roku Daryl Chapin, Clavin Fuller oraz Gerald Pearson zbudowali pierwsze krzemowe ogniwo fotowoltaiczne (PV) w laboratorium Bell Labs. Wtedy po raz pierwszy technologia fotowoltaiczna dostarczyła wystarczająco dużo energii, aby zasilić urządzenie elektryczne przez kilka godzin. Mimo, że ogniwo to było w stanie pracować z wydajnością jedynie 4%, przez wielu naukowców uznawane jest za pioniera współczesnych krzemowych ogniw fotowoltaicznych.
Ogniwo fotowoltaiczne - najczęściej stosowane rodzaje
- Monokrystaliczne
Cały panel składa się z pojedynczych ogniw, które tworzone są z jednorodnego kryształu krzemu o uporządkowanej budowie wewnętrznej. Podstawą do tworzenia ogniw są odpowiedniej wielkości bloki krzemu. Są one cięte na warstwy, których grubość wynosi około 0,3mm. Ogniwa monokrystaliczne osiągają najwyższy poziom sprawności (18 – 22%) oraz żywotności.
- Polikrystaliczne
Moduły polikrystaliczne zbudowane są z ogniw, składających się z wielu małych kryształów krzemu. W efekcie powstaje niejednolita powierzchnia, która wzorem przypomina szron na szybie. Moduły te są mniej wydajne (sprawnośc na poziomie 14 -18%) od paneli monokrystalicznych. Ich proces produkcji jest mniej złożony a cena niższa.
Rodzaje systemów fotowoltaicznych
System sieciowy (on-grid)
- Produkcja i sprzedaż energii elektrycznej
- Rozliczenia na zasadzie różnicy pomiędzy energią zużytą i wyprodukowaną
- Inwerter zarządza dopasowaniem wyprodukowanej energii elektrycznej do parametrów sieci publicznej
- Możliwość konfiguracji systemu do produkcji energii elektrycznej na własne potrzeby – dosilenie sieci podłączonej na stałe do publicznej sieci energetycznej – wymagany stały odbiór energii elektrycznej
A. Moduły fotowoltaiczne
B. Inwerter sieciowy
C. Licznik energii elektrycznej wyprodukowanej
D. Złącze elektryczne
E. Sieć energetyczna
F. Licznik energii elektrycznej zakupionej
G. Odbiorniki
System wyspowy (off-grid)
Niezależne źródło zasilania, bez podłączenia z siecią energetyczną
- Kontroler ładowania jako urządzenie zarządzające procesem uzysku energii i ładowania akumulatorów
- Nadmiar wyprodukowanej energii akumulowany w akumulatorach do wykorzystania np. na oświetlenie w nocy
- Napięcie wyjściowe: DC lub AC (poprzez użycie inwertera)
A. Moduły fotowoltaiczne
B. Regulator ładowania
C. Akumulatory
D. Inwerter wyspowy
E. Skrzynka połączeniowa
F. Odbiorniki
System hybrydowy/awaryjny (back-up)
- Produkcja energii elektrycznej + awaryjne zasilanie przy zaniku napięcia sieciowego
- Sprzedaż energii elektrycznej
- Awaryjny bufor energii zgromadzonej w akumulatorach
- Stosowany wszędzie tam gdzie z uwagi na specyfikę pracy niektórych urządzeń wymagane jest stałe źródło zasilania w energię elektryczną
- Kilka niezależnych źródeł zasilania
A. Moduły fotowoltaiczne
B. Inwertery sieciowe
C. Inwertery wyspowe
D. Regulatory ładowania
E. Turbiny wiatrowe
F. Inwertery sieciowe (turbiny wiatrowej)
G. Generator prądotwórczy (spalinowy)
H. Akumulatory
L. Odbiorniki