dominantni   izvori   obnovljive   energije   u   Evropi.   Dodavanje   velikih   kapaciteta   gasnih,
vetroelektrana i solarnih elektrana sa jedne strane, i gašenje nuklearnih, kao i elektrana na
ugalj i naftu sa druge, je definitivno promenilo stanje u energetskom sektoru u prethodnoj
deceniji.   U   2013.   godini,   po   prvi   put   u   istoriji,   prvih   pet   izvora   električne   energije   po
novoizgrađenim   kapacitetima   su   zapravo   obnovljivi   izvori,   sa   vetroelektranama   (VE)   i
fotonaponskim (PV) elektranama na čelu (a prate ih hidroelektrane, elektrane na biomasu i
koncentrisane solarne elektrane – KSE. Postoje dva različita načina na koji se energija sunca
(solarna   energija)   može   pretvoriti   u   električnu.   Prvi   način   je   direktnom   konverzijom
korišćenjem   solarnih   ćelija   u   fotonaponskim   (PV)   elektranama.   Drugi   način   je   pomoću
koncentrisanih   solarnih   elektrana   (KSE),   koje   su   drugačije   poznate   kao   i   solarne
termoelektrane (STE). Kod ovih elektrana, solarna energija se prvo konvertuje u termičku,
zatim u mehaničku i na kraju u električnu energiju. U narednim poglavljima, obe tehnologije
(PV i KSE) će biti opisane a zatim će se sprovesti uporedna analiza različitih parametara kao
što   su   efikasnost,   proizvedena   energija,   uticaj   na   elektroenergetski   sistem   (EES),   ukupna
cena, prostor koji zauzimaju i sl.

[1]

Prva moderna fotonaponska solarna ćelija napravljana je 1956. godine u Belovoj

laboratoriji. Prve FN ćelije bile su razvijane za svemirske programe. Razvoj FN tehnologije se
zadnjih godina, podstaknut jakim razvojem tržišta, intenzivno menja. Do danas je razvijeno
mnogo materijala od kojih su najčešće u upotrebi silicijum, zatim galijum-arsenid, kadmijum-
sulfid, kadmijum-telurid i mnogi drugi. Takođe postoji više tehnologija izrade FN ćelija. Tako
su razvijene tehnologije izrade FN ćelija od kristalnih poluprovodnika i u obliku tankog filma.
Tipovi FN ćelija od kristalnih poluprovodnika su:



Silicijumove Si monokristalne, polikristalne i amorfne



Galijum arsenidne GaAs



Bakar-indijum-diselenidne CuInSe



Kadmijum-teluridne CdTe

Za sada na tržištu preovladavaju ćelije od kristalnog silicijuma, dok se predviđa da će u
budućnosti sve veći udeo pripasti tankom filmu. Tehnologija tankog filma omogućuje znatnu
uštedu materijala, mnogo fleksibilniju ugradnju FN ćelija, pošto ih je moguće saviti. Nadalje,
solarne ćelije napravljene tehnologijom tankog filma imaju znatno kraće vreme povratka
uložene energije dok im je korisnost nešto niža.

Silicijum kao osnovni materijal apsolutno dominira s udelom 98,3%, i to pretežito

tehnologija kristalnog silicijuma s 93,7% udela u ukupnoj proizvodnji. Sve do nedavno (2000.
g.) preovladavala je tehnologija proizvodnje monokristalnog silicijuma dobivenog tzv.
Czochralskijevim postupkom ili tehnologijom lebdeće zone (engl.

float zone

). Proizvodnja

monokristalnog silicijuma je skuplja ali je učinak ćelija veći. Danas ta tehnologija sve više
gubi korak u poređenju s tehnologijom multikristalinog silicijuma (Mc-Si). Prednosti

multikristalnog   silicijuma   su   manja   kapitalna   ulaganja   za   proizvodnju   vafera,   veća
iskoristivost   silicijuma   zbog   korištenja  četvrtastih   vafera  koji   daju   veću   aktivnu   površinu
modula u usporedbi s okruglim ili kvazi-okruglim oblikom monokristalnog vafera. U Mc-Si
tehnologiji lakše se proizvode ćelije većih površina veličina (150×150 i 200×200 mm), što
pojednostavljuje   njihovu   ugradnju   u   module.   Mc-S   i   tehnologije   u   ukupnoj   proizvodnji
sunčanih ćelija u 2003. g. su sudelovale sa 57.2%.

Trakasti silicijum ima prednost što je u njegovom procesu proizvodnje izbjegnuta

potreba rezanja vafera, čime se gubilo i do 50% materijala u procesu presecanja. Međutim,
kvalitet i mogućnost proizvodnje nije takva da bi ova tehnologija preuzela vodstvo u bliskoj
budućnosti.   Najveći   tehnološki   nedostatak   kristalnog   silicijuma   je   svojstvo   da
je poluprovodnik sa tzv. indirektnim zabranjenim pojasom zbog čega su potrebne relativno
velike   debljine   aktivnog   sloja   kako   bi   se   u   najvećoj   meri   iskoristila   energija   Sunčevog
zračenja.   U   tehnologiji   tankog   filma   primjenjuju   se   poluprovodnici   s   tzv.   direktnim
zabranjenim pojasom i njihove debljine mogu biti znatno manje, uz značajno manji utrošak
materijala, što obećava nisku cenu i mogućnost proizvodnje velikih količina ćelija. Nažalost,
iako dugo najavljivane, tehnologije sunčanih ćelija u tankom filmu s amorfnim silicijumom,
CIS, CdTe i druge, zbog cijene, niskog učinka, i stabilnosti modula još uvijek nisu pokazale
svoju tržišnu sposobnost i biće potrebna značajna ulaganja da postanu konkurentne kristalnom
silicijumu. Udeo tehnologija tankog filma (amorfni silicijum, CdTe, CIS), uprkos značajnim
naporima uloženim u istraživanja ostao je vrlo skroman, oko 6,3 % tržišta u 2003. godini.
Međutim,   snažan   rast   proizvodnje   sunčanih   ćelija   s   kristalnim   silicijumom   može
prouzrokovati   porast   cene   i   nestašicu   sirovog   silicijuma   pa   je   moguć   i   veći   proboj   ovih
tehnologija u budućnosti.

Električno polje osiromašenog područja, osim što služi da razdvoji i usmjeri kretanje

slobodnih naboja u PN   spoju,   stvara   dodatnu   energetsku   barijeru   slobodnim   nosiocima
naboja.   Slobodni   nosioci   (elektroni i   šupljine)   nastali   iz   sudara   valentnog   elektrona
i fotona trebaju imati dovoljno energije da bi savladali i energetsku barijeru. S tog stanovišta,
energetska barijera bi trebala biti što manja, ali kada je ne bi bilo, ne bi bilo niti električnog
polja,   niti   funkcije   koju   ono   obavlja.   Prema   ovakvom   rezoniranju   izračunata   je   teorijska
maksimalna korisnost za određene energetske barijere. Iznos (širina) energetske barijere ima
različite iznose za PN spojeve izrađene od različitih materijala. Širini energetske barijere
električnog polja u PN spoju u FN ćeliji posvećuje se puno pozornosti u tehnologiji izrade FN
ćelija. Optimalno je da iznosi oko 1.4 eV.

[2]

Grafik 1. Energija praga eV

2. GLOBALNI POTENCIJAL SUNČEVE ENERGIJE

Od svih obnovljivih izvora energije, solarna energija ima najveći potencijal. Energija

sunčeve radijacije je ogromna i količina energije koja dospe na Zemlju u toku jedne godine
čak je 10.000 puta veća od ukupne energije (dakle uključujući i transport i grejanje) koju
čitavo čovečanstvo potroši u istom periodu.

Koliko električne energije možemo dobiti od Sunca zavisi od toga u kom delu sveta se

nalazimo. Regioni u kojima dominira toplo i suvo vreme u prednosti su u odnosu na one sa
hladnijom   klimom.   U   Evropi   na   primer   je   energija   sunčeve   radijacije   dovoljna   da   se
proizvede   prosečno   1000   kWh   (kilovat   sati)   električne   energije   godišnje   na   svakom
kvadratnom metru tla, dok je na Bliskom istoku moguće proizvesti čak 1800 kWh godišnje.
Ipak, treba imati u vidu da ovo nije električna energija koju bi u ovom trenutku bilo moguće
proizvesti   na   godišnjem   nivou   jer   je   efikasnost   postojećih   solarnih   panela   negde   oko
20%. Srbija ima veliki potencijal za korišćenje solarne energije pošto je jedna od zemalja sa
najvećim intenzitetom sunčeve radijacije u Evropi.

[3]

Energija zračenja Sunca koja dolazi do zemljine površine, dakle potencijalno

iskoristivo zračenja Sunca, iznosi oko 1.9 x 108 TWh (190 miliona teravat časova) godišnje.
Ta je energija oko 170 puta veća od energije ukupnih rezervi uglja u svetu i kada se uporedi
sa energetskim potrebama čovečanstva, koje iznose 1.3 x 105 TWh (130 hiljada teravat
časova) godišnje, dobija se podatak da je sunčeva energija koja stiže na površinu Zemlje u
toku samo 6 časova dovoljna da zadovolji sve svetske potrebe na godišnjem nivou. Da bi se
dobio bolji uvid u ove veličine prosečno domaćinstvo u nekim od najrazvijenijih zemalja
sveta troši godišnje oko 10,000 kWh električne energije i bilo bi potrebno oko 100 000 godina
da se potroši 1 TWh [1]. Oko 37% svetske energetske potražnje zadovoljava se proizvodnjom
električne energije koja je u toku 2008. godine iznosila 17 000 TWh. Ako bi se ova energija
generisala fotonaponskim (FN) sistemima (sistemi koji pretvaraju solarnu energiju u
električnu) skromne godišnje izlazne snage od 100 kWh po kvadratnom metru, neophodna bi
bila površina od 150 x 150 km2 za akumulaciju sunčeve energije. Veliki deo ove apsorpcione
površine mogao bi se smestiti na krovovima i zidovima zgrada, te ne bi zahtevao dodatne
površine na tlu. Energija sunčeve radijacije dovoljna je da proizvede prosečno 1,700 kWh
električne energije godišnje po kvadratnom metru tla, a što je radijacija veća na nekoj lokaciji,
veća je i generisana energija. Tropski regioni su u ovom pogledu povoljniji od ostalih regiona
sa umerenijom klimom (slika 1). Srednja ozračenost u Evropi iznosi oko 1,000 kWh po
kvadratnom metru dok, poređenja radi, ona iznosi 1,800 kWh na Bliskom istoku.