SOLARNA ENERGIJA

1. SOLARNA ENERGIJA Solarne ćelije Ivan Huđber R 3148

2. Uvod • U središtu Sunca u termonuklearnim reakcijama (nuklearna fuzija) vodik se pretvara u helij. Svake sekunde u nuklearnim reakcijama sudjeluje 3,8 x 1038 protona (vodikovih jezgri). • Oslobođena energija biva izračena sa sunčeve površine u obliku elektromagnetskog zračenja i neutrina, te manjim dijelom kao kinetička i toplinska energija čestica sunčevog vjetra i energija sunčevog magnetskog polja. • Sunčeva energija od 1013 kW koja pristigne na Zemlju je za 104 puta veća od trenutačne globalne potrebe za energijom.

3. Pretvorbom energije sunčeva zračenja dobivamo električnu energiju, tzv. fotonaponsku energiju. Uređaji u kojima se odvija fotonaponska pretvorba energije nazivaju se solarne ćelije. Proces konverzije zasnovan je na fotoelektričnom efektu kojeg je otkrio Alexandre-Edmond Becquerel1839. godine. Prva moderna fotonaponska solarna ćelija napravljena je 1956. godine u Bellovom laboratoriju. Prve fotonaponske ćelije bile su razvijane za svemirske programe. Pretvorba energije

4. Pri fotoelektričnom efektu samo dio fotona može izazvati fotoelektrični efekt. Za pojedine materijale postoje različite granice energija fotona koje mogu izazvati fotoelektrični efekt. • Pri upotrebi samo jednog materijala za izradu FN solarne ćelije veliki dio energetskog spektra fotona ostaje neiskorišten. Zbog toga se istražuju FN solarne ćelije izrađene od više PN spojeva, odnosno od više poluvodičkih materijala. • Svaki materijal koristi dio spektra sunčevog zračenja. Ovakve solarne ćelije nazivaju se višeslojne fotonaponske solarne ćelije, a pošto su ovakvi novi materijali vrlo skupi, sunčeva svjetlost se optičkim sustavom zrcala ili leća koncentrira na male površine skupih fotonaponskih ćelija.

5. Sve nabijene čestice, a tako i fotoelektroni gibaju se usmjereno pod utjecajem električnog polja. Električno polje koje je ugrađeno u sam materijal nalazi se u poluvodičima i to u osiromašenom području PN spoja (diode). • Za poluvodiče treba naglasiti da uz slobodne elektrone u njima postoje i šupljine kao nosioci naboja koje su svojevrstan nusprodukt pri nastanku slobodnih elektrona. • Fotoelektroni i šupljine u poluvodičima se nagomilavaju na suprotnim N i P krajevima poluvodiča i na taj način stvaraju elektromotornu silu. Ako na takav sustav spojimo trošilo, poteći će struja i dobiti ćemo električnu energiju.

6. Razvoj FN tehnologije zadnjih se godina, potaknut jakim razvojem tržišta, intezivno mijenja. • Također postoji više tehnologija izrade FN ćelija. Tako su razvijene tehnologije izrade FN ćelija od kristalnih poluvodiča i u obliku tankog filma. Tipovi FN ćelija od kristalnih poluvodiča su: • Silicijeve Si monokristalne, polikristalne i amorfne • Galij arsenidne GaAs • Bakar-inidum-diselenidne CuInSe2 • Kadmij-telurijeve CdTe Dijagram prikazuje teorijsku korisnost u ovisnosti o energetskoj barijeri za fotonaponske solarne ćelije.

7. Primjena • Primjena FN solarnih ćelija danas je dosta raširena i postaje sve raširenija. U Hrvatskoj FN ćelije najčešće možemo vidjeti kao izvore napajanja parkirališnih automata, ili na kalkulatorima kao pomoćni izvor napajanja. Koriste se i u dekorativne svrhe kao npr. u Zadru - instalaciji Pozdrav Suncu). Koriste se na kao izvori napajanja na umjetnim stelitima i svemirskim stanicama. Također se koriste za proizvodnju električne energije u solarnim elektranama. • Najčešće primjene FN sunčanih ćelija je napajanje električnom energijom uređaja, industrijskih objekata, kućanstava na mjestima gdje nema električne energije, na lokacijama koji su udaljene od elektroenergetskog sustava. • Postoje pokušaji da se FN ćelije koriste u transportu. U Australiji se primjerice svake godine održava utrka solarnih električnih automobila (eng. Australia World solar challange).

8. Ekonomičnost • Ekonomičnost FN solarnih ćelija jako zavisi od mjesta gdje je postrojenje instalirano. Za mjesto na kojem je instalirano FN postrojenje bitno je da ima mnogo dozračene sunčeve energije kroz godinu. Najbolje su pozicije oko ekvatora, dok su pozicije koje su udaljenije od ekvatora uglavnom sve lošije. Da bi se poboljšala ekonomičnost FN postrojenja, FN moduli se naginju i orjentiraju prema Suncu. • Pošto su ovakvi novi materijali vrlo skupi, sunčeva svjetlost se optičkim sustavom zrcala ili leća koncentrira na male površine skupih fotonaponskih ćelija. Ovakva izvedba ekonomski je opravdana ako su fotonaponske ćelije skuplje od optičkog sustava za koncentriranje. Uz ovakvu izvedbu potrebna je manja površina fotonaponskih solarnih ćelija.

9. U 2007. godini svijetska proizvodnja FN solarnih ćelija iznosila je oko 3800 MW, dok je porast proizvodnje u odnosu na 2006. godinu iznosio 50%. Ovakav drastičan porast može se objasniti državnim poticajima za obnovljive izvore energije, sve većom brigom za okoliš unazad nekoliko godina (Kyoto protokol), te rastom cijena nafte. • Kada govorimo o tržištu FN energije mislimo na instalirane kapacitete solarnih ćelija u nekoj regiji ili svijetu. Unazad desetak godina, tržište FN tehnologije raste praktički eksponencijalno. Države u kojima je proizvedeno najviše FN solarnih ćelija su Japan, Njemačka, zatim SAD, te Tajvan i Kina.

10. Utjecaj na okoliš • Sam rad FN solarnih ćelija praktički ne opterećuje okoliš. Pri radu FN ćelija ne proizvode se staklenički plinovi. • Ono što u fotonaponskoj tehnologiji opterećuje okoliš jest proizvodnja FN ćelija, te uporaba toksičnih materijala poput kadmija. Proces dobivanja silicija, kao najčešćeg materijala od kojega se izrađuju fotonaponske ćelije, energetski je vrlo zahtjevan. • Loša strana, što se tiče utjecaja na okoliš, je to što je potrebno zauzeti vrlo veliku površinu za instalaciju kapaciteta kako bi se osigurala dovoljna količina električne energije.

11. POPIS SLIKA: • slajd 1. www. space.about.com • slajd 3. www.ecofriend.org (gore) • www.komatsu-electronics.co.jp (dolje) • slajd 5. www.wikipedia.org • slajd 6. www. wikipedia.org • slajd 7. www.trosjed.net.hr (gore) • www.unpluggedliving.com (sredina) • www.device.com (dolje) • slajd 8. www.oksolar.com (gore) • www.extremelimitsoffroad.com.au (dolje) • slajd 9. www.wikipedia.org