Energetyka słoneczna
Energia słoneczna jest najbardziej dostępnym i najpowszechniejszym rodzajem energii odnawialnej na Ziemi. Promieniowanie słoneczne to strumień fal elektromagnetycznych i cząstek elementarnych docierający ze Słońca do Ziemi.
Do ziemi dociera ok. 23% promieniowania całkowitego jako promieniowanie rozproszone, natomiast pozostała część w postaci wiązki bezpośredniej. Promieniowanie. bezpośrednie jest to promieniowanie, które przy bezchmurnym niebie bez przeszkód przedostaje się przez atmosferę i może być zaabsorbowane przez różne obiekty. Promieniowanie rozproszone powstaje wyniku odbicia promieniowania słonecznego. W wyniku rozproszenia dociera ono bez przeszkód ze zmniejszoną intensywnością na powierzchnię Ziemi.
Suma promieniowania bezpośredniego i rozproszonego to promieniowanie słoneczne całkowite (całkowite natężenie promieniowania (W/m2). Całkowite promieniowanie słoneczne określa się jako natężenie promieniowania słonecznego na płaską poziomą powierzchnię dochodzącą do całej półkuli niebieskiej.
W Polsce, w zależności od miejsca, słońce dostarcza w ciągu roku od 900 kWh do 1 200 kWh na każdy m2 powierzchni poziomej.
Źródło: https://jbenergia.pl/blog/naslonecznienie-w-polsce
W Polsce 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego (od początku kwietnia do końca września), natomiast pozostałe 20% na okres jesienno-zimowy. Czas aktywności słońca w zimie skraca się do 8 godzin dziennie, zaś w lecie w miesiącach najbardziej słonecznych osiąga 16 godzin.
Fotowoltaika (PV)
W przypadku systemów PV podstawą powstawania energii elektrycznej jest zjawisko konwersji fotowoltaicznej.
Konwersja fotowoltaiczna – jest to bezpośrednia przemiana energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną, miejscem gdzie zachodzi jest ogniwo fotowoltaiczne. Efekt fotowoltaiczny zachodzi w wyniku powstawania siły elektromotorycznej w materiale półprzewodnikowym, złączu p-n, przez oświetlanie go promieniowaniem o odpowiedniej długości fali. W ogniwach fotowoltaicznych wykorzystywane jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne zaporowe zachodzące w półprzewodnikach, np. w krzemie.
Budowa instalacji PV
Ogniwem fotowoltaicznym nazywa się urządzenie, w którym energia słoneczna jest zamieniana bezpośrednio na energię elektryczną. Materiałem, który jest najpowszechniej używany do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest krzem.
Ogniwa fotowoltaiczne można podzielić na:
Ogniwa I generacji:
- Ogniwa fotowoltaiczne monokrystaliczne – zbudowane z monolitycznego kryształu krzemu. Ich sprawność waha się w granicach 18–22%, w dni słoneczne radzą sobie lepiej niż panele polikrystaliczne, ale równocześnie podczas ich pracy odnotowuje się najwyższy wskaźnik spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury wśród powszechnie dostępnych modułów PV. Charakteryzują się dosyć wysoką ceną, posiadają ciemny, jednolity kolor. Ich sprawność jest nieznacznie większa od ogniw polikrystalicznych, a co za tym idzie potrzeba mniej powierzchni, aby zamontować instalację o takiej samej mocy.
- Ogniwa fotowoltaiczne polikrystaliczne – wykonane są z wykrystalizowanego krzemu, a ich sprawność mieści się w przedziale 14–18%. W przypadku tych ogniw również odnotowuje się znaczny spadek mocy wraz ze wzrostem temperatury, jednakże niższy niż w przypadku ogniw monokrystalicznych. Porównując je do ogniw monokrystalicznych można stwierdzić, że są ich tańszą alternatywą przy nieznacznie mniejszej wydajności. Zaletą ogniw polikrystalicznych jest to, że dobrze sobie radzą w warunkach zachmurzenia, czyli takich gdzie jest wiele promieniowania rozproszonego charakterystycznego dla warunków polskich.
- Ogniwa fotowoltaiczne quasi-monokrystaliczne – charakteryzują się tym, że ich centralną część stanowi monokryształ, natomiast na obrzeżach pokryte są krzemem polikrystalicznym. Posiada-ją sprawność bliską sprawności modułów monokrystalicznych, ale ich cena oraz spadek mocy w korelacji ze wzrostem temperatury są niższe.
Ogniwa II generacji:
- Ogniwa cienkowarstwowe amorficzne – wykonane są z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu, ich cena oraz sprawność są niskie. Z reguły posiadają lekko bordowy bądź czarny kolor oraz brak widocznych kryształów krzemu. Do zalet tego typu ogniw zaliczyć można niski spadek mocy w stosunku do wzrastającej temperatury, natomiast do wad – słabe zagospodarowanie promieniowania podczerwonego.
- Ogniwa cienkowarstwowe CdTe – wykonane są z półprzewodnikowego tellurku kadmu CdTe. Produkcja tego typu ogniw odbywa się bardzo podobnie jak w przypadku ogniw amorficznych. W tej technologii zazwyczaj cały moduł zbudowany jest z jednego ogniwa. Często wykorzystuje się tą technologię do produkcji modułów elastycznych, które da się przyklejać na różne powierzchnie.
- Ogniwa cienkowarstwowe CIS – wykonane z selenku indowo-miedziowego (CIGS). W tej techno-logii bardzo często cały moduł zbudowany jest również z jednego ogniwa. Są obecnie prawie tak sprawne jak ogniwa wykonane z krzemu krystalicznego.
Rodzaje instalacji
Ze względu na sposób podłączenia do sieci elektroenergetycznej – on grid, off grid, system mieszany:
- On-Grid – instalacja fotowoltaiczna sieciowa On-grid jest podłączona do sieci elektroenergetycznej, działa i współpracuje z siecią.
- Off-Grid – instalacja fotowoltaiczna działająca poza siecią „w systemie wyspowym”, nie jest podłączona do sieci elektroenergetycznej, działa poza nią.
- System mieszany (hybrydowy) – podłączony do sieci wraz z akumulatorami – może funkcjonować „wyspowo”, jak i sieciowo.
Optymalne ustawienie paneli PV względem kąta padania promieni Słonecznych.
Źródło: http://www.efrwp.pl/files-to-download/czym-jest-fotowoltaika
Kolektory słoneczne
Kolektor słoneczny (solarny) to urządzenie, w którym zachodzi proces konwersji energii słonecznej na energię cieplną (konwersja fototermiczna). Zamiana energii promieniowania słonecznego na energię cieplną zachodzi poprzez absorber. Fale krótkie promieniowania słonecznego przechodzą przez szybę solarną i trafiają na powierzchnię absorbera (w postaci blachy prze-wodzącej ciepło zintegrowanej z systemem rurek przepływowych), gdzie zachodzi ich przemiana promieniowanie o dużej długości fal (ciepło). Ciepło to z uwagi na gromadzenie się wewnątrz kolektora może w ograniczonym stopniu wydostawać się z niego. Rolą blachy absorbera oprócz absorbowania promieniowania słonecznego jest także ograniczenie emisji ciepła z kolektora. Zwykła blacha o czarnej powierzchni oddaje ciepło w sposób praktycznie nieograniczony, a więc występują duże straty ciepła, dlatego w technice solarnej do pokrycia blachy absorbera stosuje się tzw. powłoki selektywne. Powłoki te to zwykle cienka warstwa niklu, czarnego chromu lub tlenków tytanu, czyli materiałów o wysokiej absorpcji. Czynnikiem grzewczym (płynem solarnym) może być woda lub płyn niezamarzający, np. glikol. Po ogrzaniu czynnik grzewczy przepływa do zasobnika i oddaje ciepło przez wymiennik. Odbiornikiem jest najczęściej instalacja c.w.u. Schłodzony czynnik grzewczy wraca do kolektora.
Schemat działania instalacji solarnej
Typy kolektorów słonecznych:
kolektory płaskie;
kolektory próżniowe rurowe;
kolektory próżniowe Heat – Pipe;
kolektory próżniowe U – Pipe;
kolektory skupiające – zwierciadło.