19
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA SEMINAR Paneli sunčanih ćelija Ivan Debelec Marko Vraničar Zagreb, siječanj, 2013.

Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

  • Upload
    lydung

  • View
    228

  • Download
    4

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RA ČUNARSTVA

SEMINAR

Paneli sun čanih ćelija

Ivan Debelec

Marko Vrani čar

Zagreb, siječanj, 2013.

Page 2: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

2

Sadržaj

1. Uvod .................................................................................................................... 3

2. Fizikalne osnove.................................................................................................. 5

2.1. PN spoj – dioda............................................................................................ 5

2.2. Fotonaponski efekt ....................................................................................... 5

2.3. Princip rada sunčane ćelije .......................................................................... 6

3. Paneli sunčanih ćelija .......................................................................................... 8

3.1. Opis i usporedba materijala za izradu sunčanih ćelija.................................. 8

3.2. Postupak proizvodnje solarnih ćelija .......................................................... 10

3.3. Primjena solarnih ćelija .............................................................................. 12

4. Solarni fotonaponski sustavi.............................................................................. 14

4.1. Samostalni fotonaponski sustavi ................................................................ 15

4.2. Fotonaponski sustavi priključeni na javnu elektroenergetsku mrežu.......... 16

5. Zaključak ........................................................................................................... 18

6. Literatura ........................................................................................................... 19

Page 3: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

3

1. Uvod

U današnje vrijeme sve više se teži ekološkoj proizvodnji energije iz

obnovljivih izvora energije. Na taj način uvelike se smanjuje proizvodnja stakleničkih

plinova te su upravo zbog te činjenice članice Europske unije zacrtale veoma

ambiciozan plan da se 8,5% energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije u

2005. godini poveća na 20% do 2020. godine. Ova inicijativa Europske unije na

području obnovljivih izvora daje više od 350 000 radnih mjesta s godišnjim prometom

od preko 30 milijardi eura. Upravo zbog tih činjenica Europska unija je svjetski lider u

području razvoja, upotrebe i instalacije tehnologija za iskorištavanje obnovljivih izvora

energije.

Obnovljivi izvori energije su izvori energije koji se dobivaju iz prirode te se

mogu obnavljati. Najčešće se koriste energija sunca, vjetra i vode. Većina tehnologije

obnovljivih izvora energije se na direktan ili indirektan način napaja iz Sunca.

Uzmemo li u obzir da Sunce samo u jednoj sekundi oslobodi više energije nego što je

naša civilizacija tijekom svojeg razvoja iskoristila, važnost istraživanja energije Sunca

i pretvorbe energije sunčeva zračenja u korisne oblike energije poprima sasvim novu

dimenziju s velikom mogućnošću rješavanja problema energetske krize, koja je u

svijetu sve prisutnija. Zanimljivo je da se tek tisućitim dijelom energije, koja dolazi do

tla, koriste biljke u procesu fotosinteze za nastajanje biomase, a čovječanstvo se

uglavnom koristi energijom koju su biljke skupljale milijunima godina i to kroz

eksploataciju nafte, ugljena ili prirodnog plina. Neznatan dio energije sunčeva

zračenja uzrokuje nastajanje valova i vodenih strujanja u morima i oceanima te

stvaranje vjetra i zračnih strujanja u atmosferi, a takoñer i zanemariv dio služi u

fotosintezi za proizvodnju biomase. Udio sunčeve energije na kopnenoj površini

iznosi samo jednu petinu, a ostatak sunčeve energije apsorbiraju mora i oceani. Zbog

toga kažemo da su svi izvori energije, osobito obnovljivi, samo različite pretvorbe i

oblici energije sunčeva zračenja.

Slika 1. zorno pokazuje prirodni potencijal energije sunčeva zračenja. To je velika

žuta kocka, koja je 50 puta veća od zbroja svih zaliha fosilnih i nuklearnih goriva.

Trenutačno je tehnički potencijal energije sunčeva zračenja još uvijek veći od

svjetske potrošnje energije, koja je prikazana malom plavom kockicom.

Page 4: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

4

Slika 1. Godišnje sunčevo zračenje na površini zemlje u usporedbi s godišnjom potrošnjom energije u svijetu te svjetskim zalihama fosilnih i nuklearnih goriva

Snaga sunčevog zračenja iznosi oko 3,8⋅1023 kW, odnosno 3,3⋅1027 kWh/god., od

čega samo mali dio stigne na zemlju pod prostornim kutom od 32', odnosno 0,53°.

Do vrha Zemljine atmosfere dolazi samo pola milijarditog dijela emitirane energije, tj.

oko 1,75⋅1014kW ili 1,53⋅1018kWh/god. Ta snaga prelazi više od 100 000 puta snagu

svih elektrana na zemlji kad rade punim kapacitetom. Ogromna je količina energije

od sunčeva zračenja. Manje od jednog sunčanog sata dovoljno je da pokrije

cjelokupnu potrebu za energijom gotovo 6,5 milijardi ljudi koji žive na ovom planetu.

Unatoč tome da se oko 30 % energije sunčeva zračenja reflektira natrag u svemir,

još uvijek Zemlja od Sunca godišnje dobiva oko 1,07·1018 kWh energije, što je

nekoliko tisuća puta više nego što iznosi ukupna godišnja potrošnja energije iz svih

primarnih izvora.

Page 5: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

5

2. Fizikalne osnove

2.1. PN spoj – dioda

Sunčana je ćelija u biti PN-spoj (poluvodička dioda). PN-spoj nastaje kada se

jednom dijelu kristala čistog poluvodiča dodaju trovalentne (akceptorske) primjese,

tako da nastane p-tip poluvodiča, a drugom dijelu peterovalentne (donorske)

primjese, te nastaje n-tip poluvodiča. Na granici izmeñu tih dvaju područja (PN-spoj),

kao posljedica gradijenta koncentracije, nastaje difuzija elektrona iz n-područja

prema p-području i šupljina iz p-područja prema n-području. Bitno je svojstvo PN-

spoja njegovo ispravljačko djelovanje, tj. lakše vodi struju kad je p-područje pozitivno,

a n-negativno. Tada je napon u propusnom smjeru, a suprotno tome je napon u

zapornom smjeru. Dakle, PN-spoj radi kao dioda, i propušta struju samo u jednom

smjeru. Ako se na PN-spoj priključi izvor vanjskog napona u propusnom smjeru, tako

da je pozitivan pol na p-strani a negativan na n-strani, protekne struja elektrona iz n-

područja prema p-području i šupljina iz p-područja prema n-području.

2.2. Fotonaponski efekt

Godine 1839. Edmond Becquerel (1820.-1891.) otkriva fotonaponski efekt. On

je to opisao kao proizvodnju električne struje kada se dvije ploče platine ili zlata

urone u kiselu, neutralnu ili lužnatu otopinu te izlože na nejednolik način sunčevu

zračenju. Fotoelektrični učinak ili fotoefekt je fizikalna pojava kod koje djelovanjem

elektromagnetskog zračenja dovoljno kratke valne duljine (npr. Vidljivi ili UV dio

spektra) dolazi do izbijanja elektrona iz obasjanog metala. Upravo na taj način dolazi

do stvaranja viška elektrona i kroz zatvoreni krug počinju teći struja. Zračenje valnom

duljinom većom od granične ne izbija elektrone jer elektroni ne mogu dobiti dovoljno

energije za raskidanje veze s atomom.

Page 6: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

6

2.3. Princip rada sun čane ćelije

U silicijevoj su solarnoj ćeliji, prikazanoj na slici 2, na površini pločice P-tipa silicija

difundirane primjese (npr. Fosfor), tako da na tankom površinskom sloju nastane

područje N-tipa poluvodiča. Da bi se skupili naboji nastali apsorpcijom fotona iz

sunčeva zračenja, na prednjoj površini ćelije nalazi se metalna rešetka koja ne

pokriva više od 5% površine, tako da gotovo ne utječe na apsorpciju sunčeva

zračenja. Stražnja strana ćelije prekrivena je metalnim kontaktom. Da bi se povećala

djelotvornost ćelije, prednja površina ćelije može biti prekrivena prozirnim

proturefleksnim slojem koji smanjuje refleksiju sunčeve svjetlosti. Kada se solarna

ćelija osvijetli, na njezinim se krajevima pojavljuje elektromotorna sila, tj. napon. Tako

solarna ćelija postaje poluvodička dioda, tj. PN-spoj, i ponaša se kao ispravljački

ureñaj koji propušta struju samo u jednom smjeru.

Slika 2. Silicijeva solarna ćelija

Kada se solarna ćelija, odnosno PN-spoj osvijetli, apsorbirani fotoni proizvode parove

elektron-šupljina. Ako apsorpcija nastane daleko od PN-spoja, nastali par ubrzo se

rekombinira. Meñutim, nastane li apsorpcija unutar, ili blizu PN-spoja, unutrašnje

električno polje, koje postoji u osiromašenom području, odvaja nastali elektron i

šupljinu. Elektron se giba prema N-strani, a šupljina prema P-strani. Zbog skupljanja

elektrona i šupljina na odgovarajućim suprotnim stranama PN-spoja dolazi do pojave

Page 7: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

7

elektromotorne sile na krajevima solarne ćelije. Kada se solarna ćelija osvijetli,

kontakt na P-dijelu postaje pozitivan, a na N-dijelu negativan. Ako su kontakti ćelije

spojeni s vanjskim trošilom, kao što je prikazano na slici 3., proteći će električna

struja, a solarna ćelija postaje izvorom električne energije.

Slika 3. Solarna ćelija kao izvor električne energije

Page 8: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

8

3. Paneli sun čanih ćelija

3.1. Opis i usporedba materijala za izradu sun čanih ćelija

Kristali su čvrsta tijela sastavljena od atoma, iona ili molekula u kojima se

ponavlja njihov trodimenzionalni raspored s pravilnom meñusobnom udaljenošću

tvoreći tzv. kristalnu rešetku. Kristali sa savršeno pravilnom rešetkom idealizacija su,

dok je u realnoj kristalnoj rešetki geometrijska pravilnost narušena raznim utjecajima

(npr. toplinskim, klizanjem i sl.). Promjena strukture utječe na mehanička, toplinska,

električna i magnetska svojstva kristala. Materijali važni za izradu fotonaponskih

solarnih ćelija mogu doći u obliku monokristala, polikristala (multikristala) ili kao

amorfne tvari. Ako se čitav aktivni obujam ćelija sastoji od samo jednog kristala, onda

je takva ćelija monokristalna. Ako se u procesu rasta kristala većih dimenzija formira

više kristala (obično zajednički orijentiranih), i iz takva kristalnog bloka izreže pločica

za izradu solarne ćelije, onda takve ćelije nazivamo polikristalnim ili multikristalnim.

Amorfne tvari ne posjeduju pravilan raspored atoma duljeg dosega kao kristali.

Obično nastaju ako se rastaljeni materijal vrlo brzo hladi, tako da se molekule ne

stignu organizirati u termodinamički stabilnija kristalna stanja. Drugi je način da se

pravilna kristalna rešetka nekog materijala ošteti vanjskim utjecajem, npr.

usañivanjem (implantacijom) ubrzanih iona koji ih, zbog sudara s atomima mete,

izbacuju iz čvorova rešetke. Pritom će površinski slojevi mete postati amorfni samo

ako je temperatura mete previše niska da bi izbačeni atomi kasnije mogli difundirati

natrag na svoje početne položaje.

Monokristalne Si plo če mogu pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 140

W električne energije s površinom ploče od 1 m2. Za proizvodnju monokristalnih Si

ćelija potreban je apsolutno čisti poluvodički materijal. Monokristalni štapići se izvade

iz rastaljenog silicija i režu na tanke pločice. Takav način izrade omogućuje relativno

visoki stupanj iskorištenja.

Polikristalna Si plo ča može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 130 W

električne energije s površinom ploče od 1 m2. Proizvodnja ovih ploča je ekonomski

efikasnija u odnosu na monokristalne. Tekući silicij se ulijeva u blokove koji se zatim

Page 9: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

9

režu u ploče. Tijekom skrućivanja materijala stvaraju se kristalne strukture različitih

veličina, na čijim granicama se pojavljuju greške, pa zbog tog razloga sunčeva

fotonaponska ćelija ima manji stupanj iskorištenja.

Amorfne Si plo če mogu pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 50 W

električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Ukoliko se tanki film silicija stavi

na staklo ili neku drugu podlogu, to se naziva amorfna ili tankoslojna ćelija. Debljina

sloja iznosi manje od 1µm, stoga su troškovi proizvodnje manji u skladu sa niskom

cijenom materijala. Meñutim stupanj iskorištenja amorfnih ćelija je puno niži u

usporedbi s drugim tipovima ćelija. Prvenstveno se koristi u opremi gdje je potrebna

mala snaga (satovi, džepna računala) ili kao element fasade na zgradama.

Galij arsenid je poluvodič napravljen iz mješavine galija (Ga) i arsena (As).

Pogodan je za upotrebu u višeslojnim i visoko učinkovitim pločama. Širina

zabranjene vrpce (engl. band gap) je pogodna za jednoslojne sunčeve ćelije. Ima

visoku apsorpciju, pa je potrebna debljina od samo nekoliko mikrometara da bi

apsorbirao sunčeve zrake. Relativno je neosjetljiv na toplinu u usporedbi sa

silicijevim pločama, te na zračenja. Zbog visoke cijene koristi se u svemirskim

programima i u sustavima s koncentriranim zračenjem, gdje se štedi na ćelijama.

Projekti koncentriranog zračenja su još u razdoblju istraživanja.

Galij indijum fosfidna/galij arsenid (GaInP)/GaAs dvoslojna ćelija ima stupanj

iskorištenja od 30% i koristi se u komercijalne svrhe za svemirske aplikacije. Ovaj tip

ploče može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 300 W električne energije sa

površinom ćelija od 1 m2.

Kadmij telurijeve (CdTe) ploče mogu pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja

u 160 W električne energije sa površinom ploče od 1 m2 u laboratorijskim uvjetima.

Kadmij teleurid je spoj elementa: metala kadmija i polumetala telurija. Pogodan za

upotrebu u tankim fotonaponskim modulima zbog fizikalnih svojstava i jeftinih

tehnologija izrade. Usprkos navedenim prednostima zbog kadmijeve otrovnosti i

sumnje na kancerogenost nije u širokoj upotrebi.

U tablici 1. usporeñene su osnovne karakteristike sunčanih ćelija izrañenih od gore

opisanih vrsta materijala.

Page 10: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

10

Tablica 1. Usporedba parametara solarnih ploča

Povezivanje ćelija može biti izvedeno na dva načina:

1. Paralelno – paralelnim spajanjem dolazi do povećanja jakosti struje s

povećanjem površine, izvodi se tako da se svi (+) polovi spoje na isti vodič,

analogno i za (-) vodiče.

2. Serijski – serijskim spajanjem dolazi do povećanja napona s povećanjem

površine, izvodi se tako da se naizmjenično spajaju (+) i (-) pol ćelija u nizu.

3.2. Postupak proizvodnje solarnih ćelija

Pošto su solarne ćelije poluvodički ureñaji, dijele mnoge tehnike procesiranja i

proizvodnje s ostalim poluvodičkim ureñajima poput računala i memorijskih čipova.

Meñutim, zahtjevi za čistoćom i kontrolom kvalitete izrade poluvodiča nisu toliko

strogi za solarne ćelije. Većina velikih komercijalnih tvornica solarnih ćelija danas

izrañuje solarne ćelije od polikristalnog silicija tiskanog na zaslonu. Iz pojedinačnih

kristalnih pločica koje se koriste u poluvodičkoj industriji mogu se izraditi izvrsne

visokoučinkovite solarne ćelije, ali općenito se smatraju preskupima za masovnu

proizvodnju.

Pločice od polikristalnog silicija izrañuju se piljenjem lijevanih poluga silicija žicom u

vrlo tanke (180 do 350 mikrometara) kriške ili pločice. Pločice su obično slabo

dopirani poluvodič p-tipa. Za dobivanje solarne ćelije iz pločice, izvodi se površinska

difuzija dopanada n-tipa s prednje strane pločice. To stvara p-n spoj nekoliko stotina

nanometara ispod površine.

Page 11: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

11

Iduće se obično aplicira antirefleksijska prevlaka, za povećanje količine svjetlosti

iskorištene u ćeliji. Silicij nitrid je postupno zamijenio titan dioksid kao antirefleksijsku

prevlaku zbog svojih izvrsnih mogućnosti pasivizacije površine. Sprečava

rekombinaciju nosilaca naboja na površini solarne ćelije. Obično se primjenjuje u

sloju debelom nekoliko stotina nanometara uporabom PE-CVD postupka. Neke

solarne ćelije imaju teksturirane prednje površine koje, poput antirefleksijskih obloga,

služe uvećanju količine svjetlosti iskorištene u ćeliji. Takve se površine obično mogu

formirati samo na pojedinačnim kristalima silicija, iako su se zadnjih godina razvile

metode njihova formiranja na multikristalnom siliciju.

Pločici se tada dodaje metalni kontakt po cijeloj stražnjoj površini, i mrežasti metalni

kontakt napravljen od tankih "prstiju" i većih "sabirnica" koje se tiskaju na zaslon

prednje površine uporabom srebrne paste. Stražnji kontakt se takoñer formira

tiskanjem metalne paste na zaslon, obično aluminijske. Taj kontakt najčešće pokriva

cijelu stražnju stranu ćelije, iako se u nekim dizajnima ćelija tiska u mrežasti uzorak.

Pasta se zatim grije na nekoliko stotina stupnjeva celzijusa da formira metalne

elektrode u omskom kontaktu sa silicijem. Neke kompanije koriste dodatni korak

elektro-anodiranja da uvećaju učinkovitost ćelije. Nakon što se izrade metalni

kontakti, solarne ćelije se meñusobno spajaju u seriju (i/ili paralelu) plosnatim žicama

ili metalnim trakama i sastavljaju u modul ili "solarni panel". Solarni paneli imaju s

prednje strane ploču tvrdog stakla, a sa stražnje strane čahuru od polimera. Cijeli

postupak proizvodnje ćelija i panela prikazan je na slici 4.

Page 12: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

12

Slika 4 . Postupak proizvodnje ćelija i solarnih panela

3.3. Primjena solarnih ćelija

Primjena solarnih ćelija danas postaje sve raširenija. U Hrvatskoj solarne ćelije

najčešće možemo vidjeti kao izvore napajanja parkirališnih automata, ili

na kalkulatoru kao pomoćni izvor napajanja. Koriste se na kao izvori napajanja

na umjetnim satelitima i svemirskim stanicama. Koriste se i u dekorativne svrhe u

arhitekturi. Takoñer se koriste za proizvodnju električne energije u

solarnim elektranama. Zapravo, jedna od najčešćih primjena sunčanih ćelija je

napajanje električnom energijom ureñaja, industrijskih objekata, kućanstava na

mjestima gdje nema električne energije, na lokacijama koji su udaljene od

elektroenergetskog sustava ili je jeftinije ugraditi fotonaponski sustav nego napraviti

Page 13: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

13

instalacije za napajanje iz elektroenergetskog sustava. Fotonaponski sustav najčešće

čine fotonaponske ćelije spojene sa baterijama i potrošačem.

Slika 5. Primjeri primjene solarnih panela

Page 14: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

14

4. Solarni fotonaponski sustavi

Solarni fotonaponski sustavi mogu se podijeliti na dvije osnovne skupine:

fotonaponski sustavi koji nisu priključeni na mrežu (engl. off-grid), a često se nazivaju

i samostalnim sustavima (engl. stand-alone systems), i fotonaponski sustavi

priključeni na javnu elektroenergetsku mrežu (engl. on-grid). Podjela fotonaponskih

sustava prikazana je na slici 6.

Slika 6 . Podjela fotonaponskih sustava

Fotonaponski sustavi koji nisu priključeni na mrežu, odnosno samostalni sustavi,

mogu biti sa ili bez pohrane energije, što će ovisiti o vrsti primjene i načinu potrošnje

energije, i hibridni sustavi koji mogu biti s vjetroagregatom, kogeneracijom, dizelskim

generatorom ili gorivnim člancima. Fotonaponski sustavi priključeni na javnu

elektroenergetsku mrežu mogu biti izravno priključeni na javnu elektroenergetsku

mrežu ili priključeni na javnu elektroenergetsku mrežu preko kućne instalacije.

Page 15: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

15

4.1. Samostalni fotonaponski sustavi

Kao što je već rečeno, solarni fotonaponski sustavi koji nisu priključeni na mrežu

(engl. offgrid) često se nazivaju i samostalnim sustavima (engl. stand-alone

systems), a mogu biti sa ili bez pohrane energije, i hibridni sustavi koji mogu biti s

vjetroagregatom, kogeneracijom, gorivnim člancima ili dizelskim generatorom.

Slika 7. Samostalni sustav s pohranom energije

Fotonaponska pretvorba energije sunčeva zračenja, odnosno svjetlosne energije u

električnu, odvija se u solarnoj ćeliji, dok se u akumulatoru obavlja povratni

(reverzibilni) elektrokemijski proces pretvorbe, povezan s nabijanjem (punjenjem) i

izbijanjem (pražnjenjem) akumulatora. U trošilima se električna energija pretvara u

različite oblike, kao primjerice mehaničku, toplinsku, svjetlosnu ili neku drugu

energiju. Trošilo je definirano snagom, naponom i strujom.

Solarni fotonaponski sustavi mogu biti izvedeni i kao hibridni sustavi s

vjetroagregatom, kogeneracijom, gorivnim člancima ili, najčešće, generatorom na

dizel ili biodizel gorivo. Kod tih sustava se električnom energijom proizvedenom

solarnim modulima ili vjetroagregatom, prvotno napajaju trošila, a višak energije se

pohranjuje u tzv. solarne akumulatore. U slučaju da ne postoje uvjeti za proizvodnju

Page 16: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

16

električne energije solarnim modulima ili vjetroagregatom, izvor za napajanje

istosmjernih ili izmjeničnih trošila će biti akumulator. U slučaju da ni akumulator više

nema energije za napajanje trošila, uključuje se generator na dizel ili biodizel gorivo.

Slika 8 . Hibridni sustav

4.2. Fotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu

Razvojem tržišta fotonaponske tehnologije, primjerice ćelija, modula, izmjenjivača i

prateće opreme, počinju se fotonaponski sustavi ugrañivati ne samo na grañevinama

ili u njihovoj neposrednoj blizini, nego i na slobodnim površinama u blizini

elektroenergetske mreže, te gradnjom djela elektroenergetske mreže do priključka na

nisku, srednju ili visoku razinu napona elektroenergetskog sustava. Ti su sustavi

izravno priključeni na javnu elektroenergetsku mrežu i svu proizvedenu električnu

energiju predaju u elektroenergetski sustav, kao što je prikazano na slici 9. Za te je

sustave karatkeristična veća snaga i zahtijevaju veće površine.

Page 17: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

17

Slika 9 . Fotonaponski sustav priključen na EE mrežu

Osim fotonaponskih sustava koji su priključeni direktno na elektroenergetsku mrežu

postoje i sustavi koji su kombinacija samostalnih i spojenih na elektroenergetsku

mrežu, kod kojih se spajanje na elektroenergetsku mrežu izvodi koristeći kućnu

instalaciju te se zbog toga tako i nazivaju. Oni omogućuju povezivanje distribuiranih

sustava na centralizirane sustave, odnosno sustave priključene uglavnom na

niskonaponsku razinu elektroenergetskog sustava. Temeljne komponente

fotonaponskog sustava, priključenog na javnu elektroenergetsku mrežu preko kućne

instalacije prikazane su na slici 10.

Slika 10 . Fotonaponski sustav priključen na elektroenergetsku mrežu preko kućne

instalacije

Page 18: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

18

5. Zaklju čak

Tržište fotonaponskih sustava imalo je do sada snažan rast, što će se sigurno

nastaviti i u sljedećim godinama. Do kraja 2009. godine u svijetu je instalirano blizu

23 GW fotonaponskih sustava. U ugradnji fotonaponskih sustava prednjači Europa u

kojoj je instalirano 16 GW i koja obuhvaća oko 70 % ukupno instaliranih sustava,

zatim slijedi Japan sa 2,6 GW, SAD sa 1,6 GW, a ostalo otpada na ostatak svijeta.

Europsko udruženje industrije fotonapona EPIA (engl. European Photovoltaic

Industry Association), koje broji preko 200 tvrtki u svijetu koje se bave industrijom

fotonaponske tehnologije (95 % europskih tvrtki, odnosno 80 % svjetskih), dalo je

jasnu poruku i predviñanja do 2014. godine, s pogledom i do 2020. odnosno 2040.

godine. EPIA predviña (a sve što su do sada prognozirali, znatno je i nadmašeno) da

će solarna fotonaponska tehnologija do 2020. godine pokriti 12 % u Europskoj uniji

potrošene električne energije, a 2040. godine čak 28 %. Takoñer su iznijeli podatak

da je 2008. godine u industriji fotonaponske tehnologije izravno radilo 130 000

radnika te posredno još 60 000. Njihova je procjena da će 2020. godine raditi oko 1,4

milijuna radnika, a 2030. godine čak 2,2 milijuna radnika na području fotonaponskih

sustava. Upravo iz tih predviñanja industrija vezana uz razvoj i proizvodnju sunčevih

ćelija je jedna od najbrže rastućih industrija te ima sigurnu budućnost.

Page 19: Paneli sun čanih ćelija - fer.unizg.hr anih_ćelija... · PDF fileFotonaponski sustavi priklju čeni na javnu elektroenergetsku mrežu..... 16 5. Zaklju čak

19

6. Literatura

[1] Solarna ćelija, Wikipedija

http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_%C4%87elija

[2] Fotoelektrični učinak, Wikipedija

http://hr.wikipedia.org/wiki/Fotoelektri%C4%8Dni_efekt

[3] Solarna fotonaponska energija, Wikipedia

http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija

[4] Autor: Lj. Majdandžić

Naziv: Fotonaponski sustavi

[5] Tehnički listovi, Solvis

www.solvis.hr