Фотонапонске ћелије

Фотонапонске ћелије су полупроводнички елементи који директно претварају енергију сунчевог зрачења у електричну енергију. Ефикасност им је од 10% за јефтиније израде са аморфним силицијумом, до 25% за скупље израде. За сада су још увек економски нерентабилни, јер им је цена око 6000$/kW.

Принцип рада фотонапонске ћелије

Шема кућног система фотонапонских ћелија

Фотонапонске ћелије могу се користити као самостални извори енергије или као додатни извор енергије. Као самостални извор енергије користи се нпр. на сателитима, знаковима на путу, калкулаторима и удаљеним објектима који захтевају дуготрајни извор енергије. У свемиру је и снага сунчевог зрачења пуно већа, јер Земљина атмосфера апсорбује велики део зрачења, па је и добијена енергија већа. Као додатни извори енергије, фотонапонске ћелије могу се прикључити на електричну мрежу, али за сада је то неисплативо.

Историјат

Фотонапонски ефекaт почео је 1839. године проматрати Хенри Бекерел и на почетку двадесетог века био је предмет многих истраживања. Једина Нобелова награда коју је добио Алберт Ајнштајн, била је за истраживање соларне енергије.

Године 1954. су Бел Лабс у САД-у представиле прву фотонапонску ћелију, која је генерисала употребљиву количину електричне енергије. Због превисоке цене, тада није пронашла практичну примену.

Тек 1960. године нараста интересовање за фотонапонски ефекат захваљујући развоју индустрије оријентисане ка свемирским истраживањима; сателите и космичке бродове требало је снабдевати електричном енергијом у космосу.

Кроз свемирске програме, технологија израде фотонапонских ћелија нагло је напредовала. Повећана је поузданост, а цена производње је смањена. За време енергетске кризе 1970-1973. фотонапонске ћелије, прихваћене као обновљиви извор електричне енергије, ушле су у комерцијалну употребу.

Технологија фотонапонске ћелије

Фотонапонска ћелија се састоји од материјала полупроводника као што је силицијум, који се допује фосфором у првом Н-силицијум слоју за негативно наелектрисање и бором П-силицијум у другом за позитивно наелектрисање. Силицијум се користи јер је најобилнији елемент нађен у природи (у песку) и има специјалне хемијске карактеристике, где атом силицијума садржи 14 електрона који су подељени у три прстена. Унутрашња два прстена су потпуно пуна, а трећи прстен је полу пун и садржи 4 електрона од могућих 8. Када се два атома силицијума споје, креира се чврста веза и нема слободних електрона који могу да преносе електрични ток.

Због ових чврстих веза се у силицијум додају "нечистоће", као што су фосфор и бор. Атом фосфора има 5 електрона у спољашњем прстену, а веза између силицијума и фосфора оставља један слободан електрон. Када сунце реагује на ове атоме, уз мало енергије се пети, слободни електрон фосфора, ослобађа. Ови електони слободно путују кроз кристалну мрежу, тражећи слободно место да се повежу и тако се ствара струјни ток.

Други део је допован бором, који има сам три електрона у свом спољашњем прстену и назива се П-типом силицијума, због позитивног наелектрисања. Оваква структура нема слободне електроне, али има једно празно место које може да прихвати слободан електрон који "шета" по структури и тако ствара електрични ток, односно струју.

Принцип рада вишеслојне фотонапонске ћелије

Тренд раста употребе фотонапонских ћелија

У Европској унији тренутно је 40% годишњи раст инсталиране снаге фотонапонских ћелија. То се наизглед чини као велики раст, али ту ипак ради о врло малим количинама, па раст од 40% не утиче посебно на укупну заступљеност таквих извора енергије.

2000. godina

У 2000. години у Европској унији било је инсталирано 183.5 MWp, а то је 43.6% повећања у односу на 1999. И у том подручју Немачка је са 113.8 MWp (укључујући 100 MWp прикључених на електричну мрежу) водећа држава у Европи. Тако велики удео може се захвалити Немачком закону о обновљивим изврима енергије. По том закону откупна цена енергије из фотонапонских ћелија је 0.5 евра по kWh за првих 350 MWp.

2010. godina

План Европске уније био је инсталирање 3000MWp до 2010. године, али се испоставило да је до тада инсталирано 1780 MWp.

2020. godina

Државе Европске уније задале су себи амбициозан циљ да повећају удео обновљивих извора енергије са 8.5% у 2005. години на 20% целокупне потрошње енергије у Европској унији до 2020. године. Ово повећање удела обновњивих извора енергије је нужни допринос у борби са глобалним климатским променама и велики искорак према већој енергетској независности Уније, што је такође врло важан дугорочни циљ држава чланица Европске уније. Боља контрола енергетске зависности све је важнија због високе цене сирове нафте и нестабилне политичке и економске ситуације у Украјини, а та ситуација увек може резултовати смањењем снабдевања Уније природним плином из Русије.

Примери соларних панела са фотонапонским ћелијама

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Литература

• Richard J. Komp and John Perlin (2002). Practical Photovoltaics: Electricity from Solar Cells (3rd sub ed изд.). Aatec Publications. ISBN 093794811X.  CS1 одржавање: Текст вишка (веза)
• Simon Roberts, Nicolò Guariento (2005). Building Integrated Photovoltaics (Second Edition изд.). Birkhäuser Architecture. ISBN 3764399481.  CS1 одржавање: Текст вишка (веза)

Спољашње везе

• Принцип рада фотонапонске ћелије
• Технологија фотонапонске ћелије
• Енергија сунца