Pretvaranje energije sunčevog zračenja u električnu – Fotonaponski sistemi

UVOD

Sunce je nama najbliža zvijezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoložive energije na Zemlji. Ova se energija u vidu svjetlosti i toplote širi u svemiru, pa tako jedan mali dio dolazi i do Zemlje. Sunčeva energija je besplatan i bilo gdje dostupan izvor energije. Ovom energijom se koristimo oduvijek i svakodnevno, a da toga najčešće nismo ni svjesni.

Pored tradicionalnog korišćenja, danas se energija sunčevog zračenja najčešće koristiti na sledeća dva načina:
• Solarni kolektori – sistemi koji pretvaraju sunčevu energiju u toplotnu energiju vode (ili neke druge tečnosti). Sistemi za grijanje vode mogu biti otvoreni, u kojima voda koju treba zagrijati prolazi direktno kroz kolektor, ili zatvoreni, gdje kolektor predstavlja izmjenjivač toplote.
• Fotonaponski sistemi – na principu fotonaponskog efekta direktno pretvaraju sunčevu energiju u električnu. Fotonaponski sistemi se mogu koristiti kao samostalni ili dodatni izvori energije. Kao samostalni izvori energije koriste se za napajanje potrošača koji nemaju pristup elektroenergetskoj mreži, npr. plovni objekti, sateliti, manje kuće u planinskim predjelima i sl. Kao dodatni izvor energije, fotonaponski sistemi mogu da rade u kombinaciji sa elektroenergetskom mrežom u cilju uštede električne energije.

Sunčeva energija je besplatna, ali uređaji koji pretvaraju sunčevu energiju u električnu nisu. Troškovi održavanja i pogona su mali, ali je cijena uređaja relativno visoka i vrijeme povrata investicije relativno dugo. Broj kvalitetnih i iskusnih distributera i montažera opreme, na našim prostorima, također je nedostupan.

Ovaj rad ima za cilj da nas upozna sa osnovnim parametrima koji utiču na karakteristike pretvaranja energije sunčevog zračenja uz pomoć fotonaponskih sistema. Pošto energija sunčevog zračenja predstavlja najbitniji ulazni parametar prilikom projektovanja fotonaponkih sistema, prvi dio rada posvećen je upravo energiji Sunca, vrijednostima energije koja dopire do Zemlje i koja nam kao takva stoji na raspolaganju. Drugi parametar jeste pozicija fotonaponskog sistema u odnosu na geometriju Sunce – Zemlja. Zbog toga čitavo treće poglavlje opisuje osnovne pojmove solarne geometrije. Date su relacije pomoću kojih računamo određene uglove bitne za određivanje položaja fotonaponskog sistema.

U četvrtom poglavlju je pokazano na koji način možemo doći do podataka o energiji sunčevog zračenja, kao i to koja je pozicija fotonaposkog sistema optimalna sa stanovišta iskorišćenja energije. U petom poglavlju analizirana je sama fotonaponksa ćelija, kao osnovna jedinica fotonaponskog sistema. Opisan je princip rada i osnovne ulazno-izlazne karaktristike fotonaponske ćelije. Pored ovoga dat je pregled materijala i tehnologija koje se primjenjuju prilikom izrade fotonaponskih ćelija. Predstavljeni su modeli fotonaponskih ćelija koji se najčešće sreću u literaturi. Na kraju su dati rezultati simulacije fotonaponskog sistema koji je realizovan u MATLAB-u.