Solarna fotonaponska energija — разлика између измена
Садржај обрисан Садржај додат
Нема описа измене |
м разне исправке; козметичке измене |
||
Ред 2:
Sunčeva FN energija ubraja se u [[obnovljivi izvori energije|obnovljive izvore energije]].
[[
== Princip rada ==
Prema [[kvantna fizika|kvantnoj fizici]] [[svetlost]] ima dvojni karakter. Svetlost je i čestica i talas. Čestice svetlosti nazivaju se [[foton
:<math>E=h\nu\,</math>
Ред 14:
:<math>\nu\,</math> - Frekvencija fotona
U [[metali
:<math>h\nu\,=W_i+E_{kin}</math>
Ред 30:
Proces konverzije je zasnovan na [[Fotoelektrični efekt|fotoelektričnom efektu]] kojeg je otkrio [[Hajnrih Rudolf Herc]] [[1887]]. godine, a prvi ga objasnio [[Albert Ajnštajn]] [[1905]]., za šta je [[1921]]. godine dobio [[Nobelova nagrada|Nobelovu nagradu]].
[[
Da bi dobili [[električna energija|električnu energiju]] fotoelektričnim efektom trebamo imati usmereno kretanje fotoelektrona, odnosno [[struja|struju]]. Sve naelektrisane čestice, a tako i fotoelektroni kreću se usmjereno pod uticajem [[električno polje|električnog polja]]. [[Električno polje]] koje je ugrađeno u sam materijal nalazi se u [[poluprovodnik|poluprovodnicima]] i to u osiromašenom području [[PN spoj
Na ovakav način [[sunčane ćelije]] proizvode [[napon]] oko 0.5-0.7 -{V}- uz [[gustina struje|gustonu struje]] od oko nekoliko desetaka -{mA/cm}-<sup>2</sup> zavisno od snage sunčevog zračenja, ali i o [[spektar|spektru]] zračenja.
Ред 43:
:''P<sub>el</sub>'' - Izlazna električna snaga
:''P<sub>sol</sub>'' - Snaga zračenja (najčešće Sunčevog)
:''U'' - Efektivna vrednost izlaznog [[napon
:''I'' - Efektivna vrednost izlazne [[struja|struje]]
:''E'' - Specifična snaga zračenja (npr. u W/m<sup>2</sup>)
Ред 50:
Korisnost FN solarnih ćelija kreće se od svega nekoliko postotaka do četrdesetak posto. Ostala [[energija]] koja se ne pretvori u električnu uglavnom se pretvara u [[toplota|toplotnu]] i na taj način greje ćeliju. Uopšte porast [[temperatura|temperature]] solarne ćelije utiče na smanjene korisnosti FN ćelije.
=== Karakteristike pojedinih ćelija ===
PV ćelije iz [[silicijum
* Monokristalne -{Si}- ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 -{W/m<sup>2</sup>}- sunčevog zračenja u 140 -{W}- [[električna energija|električne energije]] s površinom ćelija od 1 -{m<sup>2</sup>}-. Za proizvodnju monokristalnih -{Si}- ćelija potreban je apsolutno čisti poluprovodički materijal. Monokristalni štapići se izvade iz rastopljenog silicijuma i režu na tanke pločice. Takav način izrade omogućuje relativno visoki stupanj iskoristivosti.
* Polikristalne -{Si}- ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 -{W/m2}- sunčevog zračenja u 130 -{W}- električne energije s površinom ćelija od -{1 m2}-. Proizvodnja ovih ćelija je ekonomski efikasnija u odnosu na monokristalne. Tekući silicijum se uliva u blokove koji se zatim režu u ploče. Tokom skrućivanja materijala stvaraju se kristalne strukture različitih veličina na čijim granicama se pojavljuju greške, zbog čega solarna ćelija ima manju iskoristivost.
Ред 59:
* [[Amorfna tvar|Amorfne]] -{Si}- ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 -{W/m2}- sunčevog zračenja u 50 -{W}- električne energije s površinom ćelija od 1 -{m<sup>2</sup>}-. Ukoliko se tanki film silicijuma stavi na [[staklo]] ili neku drugu podlogu to se naziva amorfna ili tankoslojna ćelija. Debljina sloja iznosi manje od 1 -{µm}-, stoga su troškovi proizvodnje manji u skladu sa niskom cenom materijala. Međutim iskoristivost amorfnih ćelija je puno niža u usporedbi s drugim tipovima ćelija. Prvenstveno se koristi u opremi gde je potrebna mala [[snaga]] (satovi, džepna računala) ili kao element fasade.
* Galijum arsenidne (-{GaAs}-) ćelije: galijum arsenid je [[poluprovodnik]] napravljen iz mešavine [[galijum
* Kadmijum telurove (-{CdTe}-) ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 -{W/m<sup>2</sup>}- sunčevog zračenja u 160 -{W}- električne energije sa površinom ćelija od 1 -{m<sup>2</sup>}- u laboratorijskim uslovima. Kadmijum telurid je jedinjenje elementa: [[metal
=== Povezivanje ćelija u veće celine ===
Povezivanje ćelija može biti izvedeno na dva načina:
Ред 69:
# Serijski – serijskim spajanjem dolazi do povećanja napona s povećanjem površine, izvodi se tako da se naizmjenično spajaju (+) i (-) pol ćelija u nizu.
=== Planiranje i prilagođavanje sastava ===
'''Jedan kvadratni metar''' fotonaponskih solarnih panela može proizvesti do ''150 -{W}-'' bez održavanja snage do trideset godina. Oni će čak i raditi na difuzno svetlo kad su oblačni dani, ali sa manje izlazne snage. Napon proizveden fotonsponskim panelom ostaje približno isti bez obzira na vreme, ali jačina (''A'') i snaga (''W'') će varirati.
Ред 93:
Uvijek je najbolje da se paneli usmere prema jugu sa idealnim uglom nagiba zavisno od geografskog položaja i doba godine. Sunčevi zraci trebaju padati strmo na panel. Idealna situacija u Evropi je da imamo krov okrenut prema jugu s uglom između 40 i 60 stupnjeva, ili, još bolje, ravni krov ili površinu na kojem možemo panele podesiti po volji. Može se odstupati od ovih vrednosti ako je to neophodno ili iz estetskih razloga, da bi ih uklopili u postojeće arhitektonske strukture. Budućnost fotonaponskih sistema zavisiće će u velikoj meri o skladnoj integraciji panela u gradnji zgrada.
=== Ostali parametri ===
Od ostalih parametara koji još nisu spomenuti, sa energetskog stanovišta, bitno je vreme povratka uložene [[energija|energije]]. Kao i svaki uređaj, tako i FN solarne ćelije, da bi se proizvele, zahtevaju određeni ulog energije. Vreme povratka uložene energije je vreme koje FN ćelija mora raditi da bi proizvela [[električna energija|električnu energiju]] koja je bila potrebna za njenu proizvodnju. To vreme iznosi od jedne do nekoliko [[godina]], dok je [[rok trajanja]] od 10 do 30 godina, zavisno o [[tehnologija|tehnologiji]].
== Razvoj fotonaponske tehnologije i tržišta ==
Pod razvojem fotonaponske tehnologije podrazumeva se razvoj [[tržište|tržišta]] sunčeve FN energije i razvoj same tehnologije.
=== Razvoj tržišta ===
Kada govorimo o tržištu FN energije mislimo na instalirane kapacitete solarnih ćelija u nekoj [[regija|regiji]] ili [[svet
[[
U [[2007]]. godini svetska proizvodnja FN solarnih ćelija iznosila je oko 3800 -{[[vat|MW]]}-, dok je porast proizvodnje u odnosu na [[2006]]. godinu iznosio 50%. Ovakav drastičan porast može se objasniti državnim podsticajima za [[obnovljivi izvori energije|obnovljive izvore energije]], sve većom brigom za [[životna sredina|okolinu]] zadnjih godina ([[Kjoto protokol]]), te rastom cena [[nafta|nafte]].
Ред 110:
Zbog komplikovane političke situacije u [[Evropa|Evropi]] i različite politike država članica, ne postoji usaglašen pristup obnovljivim izvorima energije. Uprkos tome, [[Evropska unija]] je postavila cilj da do [[2010]]. godine 12% ukupne i 22% električne energije bude proizvedeno iz [[obnovljivi izvori energije|obnovljivih izvora energije]]. Postavljen je cilj da se ukupno ugradi 3000 MW fotonaponskih sustava do 2010. godine, što je povećanje od sto puta u odnosu na [[1995]]. godinu. Godišnja proizvodnja električne energije je između 2,4 i 3,5 -{TWh}-, zavisno o lokaciji na kojoj je sastav ugrađen.
=== Razvoj tehnologije ===
Prva moderna fotonaponska solarna ćelija napravljana je [[1956]]. godine u [[Belova laboratorija|Belovoj laboratoriji]]. Prve FN ćelije bile su razvijane za [[svemir
* Silicijumove -{Si}- monokristalne, polikristalne i amorfne
* Galijum arsenidne -{GaAs}-
Ред 123:
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 [[naboj
[[
[[
[[
Pri [[fotoelektrični efekt|fotoelektričnom efektu]] samo deo fotona može izazvati fotoelektrični efekat. Za pojedine materijale postoje različite granice [[energija]] fotona koje mogu izazvati fotoelektrični efekt. Na primjer, silicijumska FN ćelija ima maksimum spektralne osetljivosti za talasnu dužinu od 800 -{nm}-, tj. najbolje apsorbira svetlost te talasne dužine. Pri upotrebi samo jednog materijala za izradu FN solarne ćelije veliki deo energetskog [[spektar|spektra]] fotona ostaje neiskorišten. Zbog toga se istražuju FN solarne ćelije izrađene od više [[PN spoj
Pošto su ovakvi novi materijali vrlo skupi, [[sunčeva svetlost]] se [[optika|optičkim]] sistemom ogledala ili [[sočivo (optika)|sočiva]] koncentriše na male površine skupih fotonaponskih ćelija. Ovakav dizajn [[ekonomija|ekonomski]] je opravdan ako su fotonaponske ćelije skuplje od optičkog sistema za koncentrisanje. Uz ovakav dizajn potrebna je manja površina fotonaponskih solarnih ćelija. Na taj način grade se moduli kao na slici koja je prikazana levo od teksta.
== Primjena ==
[[
[[
Primena FN solarnih ćelija danas je dosta raširena i postaje sve raširenija. FN ćelije se mogu videti kao izvori napajanja parkirališnih automata, ili na [[kalkulator
[[
Jedan od primera primene solarne energije je i prvi na svetu Javni solarni punjač za mobilne telefone i druge prenosive uređaje Stroberi Drvo ({{jez-en|Strawberry Tree}}). Ovaj uređaj je izumela, projektovala i napravila grupa studenata [[Univerzitet u Beogradu|Beogradskog Univerziteta]], koja je kasnije oformila i kompaniju [[
Zapravo, jedna od najčešćih primjena FN [[sunčana ćelija|sunčanih ćelija]] je napajanje električnom energijom uređaja, [[industrija|industrijskih]] objekata, [[domaćinstvo|domaćinstava]] na mestima gde nema električne energije, na lokacijama koje su udaljene od elektroenergetskog sistema ili je jeftinije ugraditi fotonaponski sistem nego napraviti instalacije za napajanje iz [[elektroenergetski sistem|elektroenergetskog sistema]]. Fotonaponski sistem čine fotonaponske ćelije spojene sa [[baterija
Postoje pokušaji da se FN ćelije koriste u [[transport
== Ekonomija ==
[[
Za sada, proizvodnja [[električna energija|električne energije]] iz fotonaponskih solarnih ćelija nije [[ekonomija|ekonomična]] u poređenju sa drugim izvorima, ako se u obzir ne uzmu podsticaji. Jedan [[vat|kilovat]] instalirane snage za FN ćelije iznosi preko nekoliko hiljada [[dolar|USD]] (4500-13500 USD), dok je za [[elektrana|elektranu]] na [[plin]] ta cijena oko 400 [[dolar|USD]].
U mnogim [[država
[[ekonomija|Ekonomičnost]] FN solarnih ćelija jako zavisi od mesta gde je [[postrojenje]] instalirano. Za [[mesto]] na kojem je instalirano FN postrojenje bitno je da ima mnogo sunčeve energije tokom [[godina|godine]]. Najbolje su pozicije oko [[ekvator
== Uticaj na okolinu ==
Sam rad FN solarnih ćelija praktično ne opterećuje [[životna sredina|okolinu]]. Pri radu FN ćelija ne proizvode se [[staklenički gasovi]]. Da se električna energija nije proizvodi u fotonaponskim ćelijama, morala bi se proizvesti iz nekog od konvencionalnog izvora [[električna energija|električne energije]] (npr. u [[termoelektrana|termoelektrani]]) koja pritom proizvodi stakleničke gasove. Zbog toga FN solarne ćelije imaju pozitivan uticaj na okolinu, a njihovom upotrebom smanjuju se emisije stakleničkih gasova.
Ono što u fotonaponskoj tehnologiji opterećuje okolinu je proizvodnja FN ćelija, te upotraba toksičnih materijala poput [[kadmijum
Loša strana, što se tiče utjecaja na okolinu, je to što je potrebno zauzeti vrlo veliku [[površina|površinu]] za instalaciju kapaciteta kako bi se osigurala dovoljna količina [[električna energija|električne energije]]. Za izradu tako velikih kapaciteta bilo bi potrebno vrlo mnogo materijala. Pošto su neki od materijala za izradu FN ćelija [[toksičnost|toksični]], to bi predstavljalo [[rizik]] za okolinu. Osim toga [[površina]] ispod FN ćelija ne može se obrađivati, tako da je bolje da se FN postrojenja grade na neobradivim područjima kao što su [[pustinja|pustinje]] i sl. Ovi negativni utjecaji na okolinu nikako se ne bi trebali podcenjivati i zanemarivati.
Ред 165:
Prednosti FN tehnologije su da je to relativno čista [[tehnologija]]. Tokom rada ne opterećuje, u prevelikoj meri, okolinu i ne proizvodi stakleničke gasove.
== Vidi još ==
* [[Fotoelektrični efekt]]
* [[Poluprovodnik]]
* [[Elektroenergetski sastav]]
* [[Električna energija]]
* [[Sunčeva toplotna energija]]
* [[Obnovljivi izvori energije]]
== Spoljašnje veze ==
* [http://powerlab.fsb.hr/osnoveenergetike/wiki/index.php?title=Glavna_stranica Osnove energetike]
* [http://www.besplatna-energija.com/solarni-fn-moduli/izracun-snage-fotonaponskih-panela Besplatna energija - Koliko će fotonaponski panel proizvesti struje?]
* [http://www.eihp.hr/hrvatski/e_obnovljivi.htm Obnovljivi izvori energije]
== Спољашње везе ==
{{Commonscat|Photovoltaics}}
[[Категорија:Електроенергетика]]
[[Категорија:Обновљиви извори енергије]]
[[Категорија:Соларне
[[af:Fotovoltaïese energie]]
|