Fotowoltaika

Fotowoltaika to kompleks do przekształcania promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Konwersja światła słonecznego na energię elektryczną zachodzi w bateriach fotowoltaicznych. Fotowoltaika jest dziś najbardziej popularna i obiecująca. Jest to zestaw urządzeń składający się z jednego lub więcej paneli słonecznych i komponentów (regulatorów solarnych, przetworników, sterowników itp.). Instalacje przeznaczone są do odbioru energii elektrycznej ze słońca z jej późniejszą rezerwacją lub dostarczeniem do sieci.

Fotowoltaika to metoda generowania energii elektrycznej za pomocą paneli słonecznych do przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną. Proces ten polega na bezpośredniej konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną za pomocą specjalnych elementów półprzewodnikowych - przetworników fotoelektrycznych. W jego fizycznej podstawie leży zjawisko efektu fotoelektrycznego wyciąganie elektronów z materii (krzemu) pod wpływem cząstek światła (fotonów), które mają niezbędną energię (długość fali).

Panele słoneczne lub inaczej fotowoltaiczne przeznaczone są do wytwarzania prądu stałego, działają w pochmurną pogodę, a nawet o zmierzchu i o świcie. Słabe oświetlenie powoduje, że wydajność paneli jest niewielka, ale nadal daje możliwość gromadzenia niewielkiej ilości energii, która pozostanie w bateriach. Już dawno stwierdzono, że panele słoneczne należą do najbardziej ekologicznych źródeł energii. Występują w dwóch rodzajach: monokrystaliczne i polikrystaliczne. Oceniono, że opłacalność fotowoltaiki może być większa, jeżeli zostaną wybrane modele nowej generacji, czyli panele słoneczne monokrystaliczne. Panele występują w różnej mocy np.: 5W, 20W, 30W, 120W, 150W, 160W.

Panele słoneczne są wykorzystywane na całym świecie nie tylko w przemyśle, ale coraz częściej również dla potrzeb gospodarstw domowych. Panele fotowoltaiczne są trwałe, proste w obsłudze i niezawodne. Dają użytkownikowi całkowitą samodzielność przy zaopatrywaniu się w energię elektryczną. Panele wytwarzają energię elektryczną w każdych warunkach, bez względu na pory roku i warunki pogodowe, ich funkcjonalność zależy, od jakości montażu i instalacji systemu.

Jak działą fotowoltaika? Dzięki zjawisku nazywanemu efektem fotowoltaicznym następuje produkowanie energii elektrycznej. Polega na tym, że w półprzewodniku powstaje siła elektromotoryczna, w wyniku, czego energia słoneczna jest przekształcona w prąd stały. Fotowoltaika jest obecnie najbardziej obiecującym rodzajem energii alternatywnej. W porównaniu do innych rodzajów energii alternatywnej energia słoneczna ma wiele zalet. Po pierwsze, surowce i materiały eksploatacyjne nie są wymagane do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą paneli słonecznych, do wytworzenia potrzebne jest tylko światło słoneczne.

Autonomiczne systemy energii słonecznej nie mają ruchomych mechanizmów, co znacznie zwiększa niezawodność podczas pracy. Panele słoneczne nie szkodzą środowisku ani zwierzętom, w przeciwieństwie do innych rodzajów energii. Wykorzystanie energii słonecznej jest możliwe w dowolnym miejscu na świecie. Dzisiaj energia słoneczna stała się powszechna ze względu na szereg zalet w stosunku do innych źródeł energii. Moduły słoneczne są coraz częściej wykorzystywane do zasilania domów prywatnych. Ponadto są aktywnie wdrażane w scentralizowanej sieci w ramach programów oszczędzania energii przyjętych w najbardziej rozwiniętych krajach.

Regulator solarny jest sercem systemu fotowoltaicznego, stanowi połączenie paneli słonecznych oraz akumulatora żelowego i gwarantuje odpowiednią charakterystykę ładowania akumulatora. Regulator solarny chroni go przed zbyt dużym rozładowaniem i nadmiernym napięciem pochodzącym z panelu słonecznego. Jego kolejnym zadaniem jest pełnienie funkcji diody hamującej przepływ wsteczny napięcia z akumulatora do modułu słonecznego w sytuacji, gdy nie ma słońca.

Ponadto jest informatorem, ponieważ na wyświetlaczu pokazuje stan regulatora, usterki i czy w danym momencie odbywa się ładowanie baterii oraz czy jest naładowana. Regulator solarny jest niezbędny w każdej fotowoltaice, jego brak doprowadziłby do zniszczenia baterii na przykład w przypadku zbyt głębokiego rozładowania. Dostępne są dwa rodzaje regulatorów solarnych: tradycyjny z systemem PWM i zaawansowany MPPT. Po podłączeniu akumulatora regulator solarny automatycznie odczytuje napięcie baterii 12V lub 24V. Zapewniają o 20-30 proc. więcej energii z paneli słonecznych i ograniczają częstotliwości odłączania urządzeń.

Zestaw fotowoltaiczny wygląda jak zamknięta skrzynka, do której z jednej strony wchodzi promieniowanie elektromagnetyczne natomiast z drugiej dostaje się energia elektryczna. Panele słoneczne przetwarzają światło słoneczne na energię elektryczną, jeżeli chmury zasłonią słońce zestaw fotowoltaiczny przekształca promieniowanie elektromagnetyczne na energię elektryczną. Działanie paneli słonecznych opiera się na efekcie wewnętrznym fotoelektrycznym. Jednak, aby dostały się do paneli, konieczne jest dotarcie fotonu o energii większej od bariery potencjału półprzewodnika. Zestaw fotowoltaiczny składa się z trzech bloków: panele, interfejs, bufor. Dostępne na rynku zestawy zawierające w swoim składzie takie elementy jak: panel, lampa LED z okablowaniem, wbudowany regulator solarny, wbudowane przewody do akumulatora zakończone klemami.

Fotowoltaika pozwoli rozwiązać problemy w przypadku braku sieciowych źródeł energii, zapewnia niezależność od scentralizowanych źródeł zaopatrzenia w energię, infrastruktury użyteczności publicznej. Ponadto usunie ograniczenia dotyczące przydzielonych zdolności poboru energii i gwarantuje oszczędzanie energii. Co bardzo istotne, jest ochroną terytoriów i zasobów naturalnych przed układaniem linii energetycznych.