Fotonaponski solarni sistemi

Što je to fotonaponski (PV – photovoltaic) solarni sistemi?
Fotonaponski sistemi koriste sunčevu svjetlost za proizvodnju električne energije. Princip rada je da tokom dana fotonaponski sistemi pretvara svjetlost u električnu energiju koja se može odmah koristiti ili akumulirati u baterije za upotrebu kada nema Sunca (tijekom noći).

Kako fotonaponski sistemi proizvode struju?
Sunčevo zračenje je najveći poznati obnovljivi izvor energije. Solarni fotovoltaici koriste sunčevo zračenje za proizvodnju električne energije, koja se putem invertera pretvara u standardnu struju za domaćinstva, industriju ili povremenu upotrebu. Solarni fotovoltaični sistemi proizvode struju dok god ima sunčevog zračenja, a količina dobivene struje proporcionalna je intenzitetu sunčevog zračenja. Ovako dobivena energija je čista, svojim radom ne zagađuje okolinu, ne zahtijeva skupo održavanje i radi dugi niz godina.

Solarni fotonaponski sistemi vlasniku omogućuju višetruku korist, kao što je ušteda energije, ušteda troškova, smanjenje emisije štetnih gasova u atmosferu itd.

Gdje se mogu upotrebljavati fotonaponski sistemi? 
Solarni sistemi za proizvodnju struje mogu se upotrebljavati svugdje gdje postoji potreba za električnom energijom. To uključuje struju za rasvjetu, različite pumpe, hlađenje, aparate u domaćinstvu, punjače za razne aparate (mobilne telefone, prenosne komjutere…), na lokacijama gdje ne postoji strujna mreža, na brodovima, jahtama i slično. Jedini zahtjev je početna investicija u sistem koja zbog raznih faktora može biti nešto viša, no to je rijetko odlučujući faktor u implementaciji ovih solarnih sistema.

Najčešći tip instalacije solarnih sistema za proizvodnju struje je sa direktnom primjenom na objektu (npr. na kući ili zgradi gdje se ugrađuje), te se koristi u kombinaciji sa električnom strujom iz mreže. Tokom dana, kada je struja skuplja, koristi se fotonaponski sistem, a tokom noći jeftinija struja iz mreže. Ukoliko je proizvodnja fotonaponskog sistema veća od potreba samog objekta, višak struje se može prodati, vratiti nazad u distributivnu mrežu po povoljnoj tarifi. Na taj se način ostvaruje i dodatna zarada, te se početna investicija brže isplaćuje.

Fotonaponska ćelija
Jedna fotonaponska (PV = Photo Voltaic) ćelija sastoji se od dva ili više tankih slojeva poluvodičkog materijala (najčešće od silicijuma). Ispod silicijuma nalazi se tanki metalni provodljivi sloj. Kada se silicijum izloži sunčevoj svjetlosti stvaraju se mali električni naboji koji se provode na metalni sloj kao jednosmjerna struja (DC). Fotonaponska ćelija će raditi i za vrijeme difuznog svjetla kada su oblačni dani, ali sa manje izlazne snage.

Fotonaponski moduli
Električni napon jedne ćelije je mali, stoga se pojedinačne ćelije spajaju zajedno u blokove, tj. module (odnosno “panele”). U svrhu zaštite ćelija, gornji sloj modula je najčešće zaštićen staklom. Fotonaponski moduli se međusobno spajaju u veće sisteme te se tako izgrađuju PV sistem bilo koje velićine.

Od jednosmjerne (DC) do naizmjenične (AC) struje
Fotonaponski moduli proizvode jednosmjernu struju napona 12, 24, 36, 48 ili više volti (V), dok je za kućnu upotrebu potrebna naizmjenična struja (AC) napona 230 volti (V). Za industrijske potrebe koristi se još i naizmjenična struja napona 400 volti. Kako bi se napon kolektora pretvorio iz jednosmjernog u naizmjenični, na 230 V, odnosno na 400 V, koriste se posebni strujni inverteri. Postoje razni tipovi i vrste invertera, a posebnu pažnju treba obratiti na invertere koji se ugrađuju u sisteme gdje se višak električne energije vraća (prodaje) u energetski sistem.

Prednosti fotonaposnkih sistema:

  • Besplatna električna energija; energija Sunca je praktički neograničena, a prosječni vijek trajanja PV modula je 25 godina,
  • Fotonaponska oprema nema pokretnih dijelova, te stoga zahtijeva minimalno održavanje nakon ugradnje,
  • Proizvodnja struje je čista, te nema emisije štetnih gasova odnosno bilo kakvih drugih zagađujućih faktora,
  • Rad PV modula i proizvodnja struje je praktički bešumna.

    Razlikujemo dvije vrste solarnih fotonaponskih panela:

     

    • Monokristalne silicijumske ćelije mogu pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 200 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Za proizvodnju monokristalnih Si ćelija potreban je apsolutno čisti poluprovodnički materijal. Monokristalni štapići se izvade iz rastopljenog silicijuma i režu na tanke pločice. Takav način izrade omogućuje relativno visoki stepen iskoristivosti.

    • Polikristalne silicijumske ćelije mogu pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 180 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Proizvodnja ovih ćelija je ekonomski efikasnija u odnosu na monokristalne. Tečni silicijum se uliva u blokove koji se zatim režu u ploče. Tokom stvrdnjavanja materijala stvaraju se kristalne strukture različitih veličina na čijim granicama se pojavljuju “greške”, zbog čega solarna ćelija ima manju iskoristivost.