Solarna energija

Upotrebom samo 1% dostupne energije Sunca zadovoljile bi se sve energetske potrebe zemlje u 21-om vijeku. Sunce je gasovita sfera poluprečnika 6.96×105km i mase od približno 1.99×1030kg. Osnovu njegove građe čine dva elementa – vodonik i helijum. Prisutni su i neki teži elementi kao što su:gvožđe, silicijum, neon i ugljenik ali u malim količinama. Vodonik je prisutan u iznosu od oko75% dok ostalih 25% praktično otpada na helijum.

Izvor ogromne količine energije sa kojom Sunce raspolaže jeste termonuklearna fuzija koja se pri temperaturi od desetak miliona Celzijusovih stepeni odigrava u dubokim slojevima.Tom prilikom mehanizmom fuzije u svakom trenutku četiri atoma vodonika se spajaju u atom helijuma pri čemu se oslobaña velika količina energije.

Energija sunčeve radijacije više je nego dovoljna da zadovolji sve energetske zahteve u svetu.U toku jedne godine, sunčeva energija koja dospeva na zemlju 10.000 puta je veća od energije neophodne da zadovolji potrebe celokupne populacije naše planete.Oko 37% svetske energetske potražnje zadovoljava se proizvodnjom električne energije. Ako bi se ova energija generisala fotonaponskim sistemima skromne godišnje izlazne snage od 100kWh po kvadratnom metru, neophodna bi bila površina od 150 x 150 km² za akumulaciju sunčeve energije. Energija Sunčeve radijacije dovoljna je da proizvede prosečno 1.700 kWh električne energije na svakom kvadratnom metru tla, a što je radijacija veća na nekoj lokaciji, veća je i generisana energija.

1.1. FOTONAPONSKI EFEKAT

Svakog dana sunčeva energija, koja nam besplatno stiže na Zemlju, može slobodno da se koristi zahvaljujući tehnologiji fotonaponske konverzije sunčeve enegrije u električnu.

Direktnu konverzija sunčeve energije u električnu, tzv. Fotonaponski efekat, prvi je pre skoro dva veka uočio francuski naučnik Edmond Bekerel (Edmond Bequerel). Međutim tek je razvojem kvantne teorije početkom 20-og vijeka ovaj efekat objašnjen, čime je omogućene izrada fotonaponskih uređaja.Prva solarna ćelija izrađena je u Bel laboratirijama (Bell Laboratories) 1954 godine. Fotonaponske ćelije izrađene od poluprovodnog silicijuma ubrzo su, sa razvojem istraživanja svemira, postale osnovni izvori električne enerije na satelitima. Značaja njihove zemaljske upotrebe postao je aktuelan u toku svjetske energetske krize ranih 70-ih godina.

Da bi dobili solarnu energiju, potrebne su nam solarne ploče koje se sastoje od jedne ili više solarnih ćelija. Kad sunčeva svetlost obasja solarnu ćeliju, materijal solarne ćelije apsorbuje fotone. Svaki foton nosi određenu količinu energije. Kad se foton apsorbuje on predaje tu energiju elektronima u materijalu solarne ćelije. Kako su oba kraja solarne ćelije povezani žicama, proteći će struja kad se apsorbuje foton. Od tog trenutka solarna ćelija proizvodi električnu energiju koja može odmah da se koristi ili skladišti u baterije.

Fotonaponske ćelije, koje postoje u raznim oblicima, najčešće se formiraju kada se od poluprovodnog materijala naprave specijalne diode veće površine. Izdavanje električne struje generisane u poluprovodniku vrši se sa kontakata na prednjoj i zadnjoj strani ćelije. Gornja kontaktna struktura mora da dozvoljava prolaz svetlosti, a ćelija takođe pokrivena tankim slojem dielektričnog materijala – antireflektivnog sloja kako bi se minimizovalo odbijanje svetlosti od gornje površine.

Specijalni poluprovodni materijal od koga se prave fotonaponske ćelije, omogućava elektronima koji apsorbuju svetlosnu energiju da se oslobode od svojih atoma, i da se potom slobodno kreću kroz materijal prenoseći električnu energiju. Tako generisana struja je, pošto se kreće samo u jednom smeru (kao kod baterija), jednosmerna.

Pošto je izlazna snaga jedne solarne ćelije relativno mala one se grupišu u module, tako da moduli postaju osnovni sastavni delovi fotonaponskih sistema.Moduli sadrže određen broj redno ili paralelno povezanih fotonaponskih ćelija kako bi se dobio željeni napon, odnosno struja, a enkapsulirani su kako bi se zaštitili od neželjenih uticaja sredine i u cilju produženja radnog veka.

Fotonaponski paneli sadrže jedan ili više modula koji se mogu koristiti pojedinačno ili u grupama u cilju formiranja modularnih sistema . Sistemi se fiksiraju u odeđenom položaju prema suncu ili se mehaničkim putem njihov položaj kontinualno može prilagođavati pravcu sunčevih zraka (sistemi sa praćenjem sunca).

Fotonaponski sistemi se klasifikuju ili po njihovoj predviđenoj upotrebi (zemaljski i svemirski), ili po konstrukciji (ravni ili koncentratori), kao i po njihovoj konfiguraciji (fiksni ili pokretni). Solarni moduli proizvode se u širokom opsegu snaga od 1W do 170W. Modul snage 170W ima dimenzije od 790 x 1600 mm.