Ogniwa słoneczne - bezpośrednia przemiana energii słonecznej w elektryczną.
Prace nad wykorzystaniem bezpośredniej przemiany energii słonecznej w elektryczną metodą fotowoltaiczną prowadzone są w Polsce od 1973 roku. Polega ona na powstawaniu siły elektromotorycznej w wyniku napromieniowania półprzewodnika przez promienie słoneczne. W celu wykorzystania tego zjawiska buduje się kolektory w postaci baterii słonecznych stanowiących zestaw ogniw fotowoltaicznych połączonych szeregowo, aby uzyskać odpowiednie napięcie i równolegle aby uzyskać niezbędną moc. Oprócz kolektorów instalacje fotowoltaiczne zawierają konstrukcję wspierającą wraz z układem sterującym ruchem kolektorów, system regulacji i kontroli, urządzenie
przekształcające prąd stały uzyskiwany z kolektorów w prąd zmienny i system magazynowania energii lub rezerwowe źródło energii.Podstawowe cechy instalacji fotowoltaicznych są następujące:
Podstawowym parametrem fizycznym cechującym ogniwo słoneczne jest jego sprawność. Sprawnością ogniwa nazywamy stosunek uzyskiwanej z ogniwa energii elektrycznej do energii promieniowania słonecznego padającego na ogniwo. Około1960 roku ogniwa miały 19 mm średnicy, a ich sprawność wynosiła 6 do 7%. W pięć la
t później sprawność wzrosła do 9%, średnica do 30 mm, średnia moc do 2,5W.Trzecia generacja ogniw pojawiła się w latach 70-tych. Średnica wynosiła 57 mm, sprawność zaś 12,5%.Dziś sprawność ogniw słonecznych osiąga już 25%.
Obecnie energia elektryczna z ogn
iw fotowoltaicznych jest jednak wyraźnie bardziej kosztowna niż innych źródeł. Jednakże, jeżeli najbliższa sieć elektryczna jest dalej niż 10 km od odbiorcy, a zapotrzebowanie na energię jest małe (np. pojedynczy dom), to nawet dziś może być bardziej opłacalne zainstalowanie ogniw fotoelektrycznych.Dwa główne typy systemów fotowoltaicznych naziemnych są możliwe do wykorzystania w celu wytwarzania dużej ilości energii:
W obu przypadkach można stosować kolektory z koncentracją optyczną, czyli wykorzystujące promieniowanie słoneczne rozproszone, które w naszych warunkach najczęściej występuje.
Szczególnie atrakcyjnym rozwiązaniem jest połączenie kolektorów termicznych z fotowoltaicznymi w jeden system, ponieważ większość budynków potrzebuje zarówno ciepła, jak i energii elektrycznej. W tym przypadku powierzchnia pochłaniająca kolektorów cieplnych jest uformowana częściowo z ogniw słonecznych, które przetwarzają część promieniowania w energię elektryczną, promieniowania pozostałe zaś około 50% promieniowania przekształcane jest w ciepło użytkowe. Chociaż w rezultacie tego połączenia sprawność kolektorów fotowoltaicznych ulega częściowemu zmniejszeniu, to jednak w sumie instalacje takie pozwalają łącznie spożytkować do 60% promieniowania słonecznego oraz są bardziej efektywne gdyż wykorzyst
ywana jest wspólna powierzchnia dla kolektorów cieplnych i fotowoltaicznych.O zastosowaniu ogniw słonecznych do produkcji energii elektrycznej decyduje cena ogniwa słonecznego w przeliczeniu na 1W uzyskanej mocy elektrycznej.
Według badań amerykańskich energia fotoelektryczna jest jeszcze 10 - krotnie droższa niż energia jądrowa. Należy jednak uwzględnić, że ogniwa słoneczne tanieją a koszty pozyskiwania energii w elektrowniach jądrowych drożeje.
Obecnie koszt jednostki energii z układów fotowoltaicznych wynosi 0,6 ECU/kW*h(1992), a przewiduje się spadek do 0,3 ECU/kW*h w 2000r.
Koszt zainstalowania systemu fotowoltaicznego wynosi 3 ECU/W (w szczycie przy napromieniowaniu 1000 W/m2
dla modułów krzemowych monokrystalicznych przy sprawności 13% i trwałości 20 lat). Dla ogniw cienkowarstwowych polikrystalicznych koszt zainstalowania wynosi 2,1 ECU/W (przy sprawności 5%). Przewiduje się szybka obniżkę kosztów już do 2000 roku.