Fotowoltaika

Krótka historia

Systemy fotowoltaiczne są technologią służącą do zamiany energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Zjawisko fotowoltaiczne zostało zaobserwowane po raz pierwszy w 1839 roku we Francji przez Alexandra Edmonda Becquerela, który w momencie eksperymentu miał dopiero 19 lat. Kolejne odkrycie nastąpiły w 1877 roku, kiedy to W.G. Adams i R.E. Day zaobserwowali zjawisko fotowoltaiczne w selenie. Do swojego badania wykorzystali pręt selenu, ktory umieszczony został w szklanej rurce i od którego odchodziły platynowe elektrody. W ten sposob stworzyli prototyp ogniwa fotowoltaicznego, które miało jednak sprawność na poziomie tylko 0,5-1%. Do rozwoju technologii fotowoltaicznych przyczynił się rownież Albert Einstein, jeden z najbardziej znanych naukowców na świecie, który w 1921 roku opublikował pracę opisującą proces zjawiska fotowoltaicznego. W 1927 roku testowano z kolei ogniwa miedziano-tlenowe, które mimo niskiej sprawności zaczęły być używane w urządzeniach fotograficznych. Największy rozwój technologii fotowoltaicznych nastąpił jednak dopiero w połowie XX wieku i podyktowany był wyścigiem kosmicznym między Stanami Zjednoczonymi, a ZSRR. W 1940 roku Jan Czochralski opracował metodę produkcji kryształów krzemu, ktore posłużyły do budowy ogniw fotowoltaicznych. Dzięki tej technologii rozwiązany został problem zasilania urządzeń kosmicznych. Początkowo, w 1954 roku moduły fotowoltaiczne miały sprawność 4%, ale już cztery lata później zwiększono ich wydajność do 9% i zostały one po raz pierwszy wykorzystane do zasilania satelit. W latach 70 zaczął spadać koszt produkcji ogniw fotowoltaicznych, dzięki czemu trafiły one do powszechnego użytku. Najpierw zastosowano fotowoltaikę do zasilania świateł nawigacyjnych na morzu, platformach wiertniczych i sygnalizacji kolejowej. W 1978 roku, instytut NASA wykorzystał natomiast moduły fotowoltaiczne o mocy 3,5 kW do zasilenia 15 domów tworzących indiańską wioskę. Energię słoneczną próbowano zastosować rownież w środkach komunikacji. W 1981 roku Paul MacCready zbudował samolot napędzany systemem fotowoltaicznym, którym pokonał trasę 262 km nad kanałem La Manche. Rok później w Australli zbudowano z kolei samochód, ktory dzięki modułom fotowoltaicznym pokonał w 20 dni trasę 2000 mil. Pod koniec lat 80 stworzono ogniwa, ktorych sprawność przekraczała 20%, dzięki czemu technologia fotowoltaiczna zaczęła być szeroko stosowana. Obecnie jest to najszybciej rozwijająca się technologia energetyczna na świecie.

Charakterystyka techniczna

Instalacje fotowoltaiczne możemy podzielić na dwie główne grupy:

• Nadachowe – montowane na dachach domów, budynków użytkowych
• Wolnostojące – montowane na gruncie i wykorzystywane zazwyczaj na farmach słonecznych

Rodzaje i typy modułów fotowoltaicznych

Moduły fotowoltaiczne dzielimy ze względu na ich rodzaj i możliwości zastosowania:

Moduły monokrystaliczne

• Najbardziej wydajne, nawet 20% (małe powierzchnie)
• Bardziej estetyczne (1 kolor)
• Długa żywotność (ok. 25 lat)
• Niższe koszty instalacyjne na 1Wp

Moduły polikrystaliczne

• Nie wymagają uziemienia (TL inw.)
• Tańsze od monokrystalicznych
• Stosunkowo wydajne 10-16%
• Krótszy i mniej energochłonny proces produkcji
• Lepsze osiągi w wyższych temperaturach (południe Europy)

Moduły cienkowarstwowe (amorficzne, CdTe, CIS, CIGS)

• Warunki z małą ilością światła lub z światłem nieregularnym (odbitym)
• Dowolność instalacji (na ścianie, różne kąty, nachylenia, ekspozycje, materiał dachu), budownictwo BIPV
• Niektóre są półprzezroczyste
• Stosunkowo tanie

Rodzaje akumulatorów

W zależności od składu elektrolitu i budowy elektrod rozróżnia się następujące rodzaje akumulatorów:

• Akumulator kwasowo-ołowiowy
• Akumulator NiCd – zwany też wtórną baterią alkaliczną
• Akumulator NiMH – ulepszona odmiana akumulatorów NiCd
• Akumulator litowo – jonowy
• Akumulatory żelowe

Dla systemów fotowoltaicznych zaleca się stosowanie akumulatorów żelowych ze względu na ich długoletnią żywotność. Producenci podają żywotność takich akumulatorów nawet do 12 lat – dla droższych, tańsze – 5 lat.