PRZEGLĄD TECHNOLOGII OGNIW SŁONECZNYCH

Rys. 5. Przykład aktywnej instalacji grzewczej, którą można zbudować z produktów oferowanych przez firmę Viessmann

Obecnie około 90% ogniw słonecznych jest produkowanych na bazie krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego. Fotowoltaika to jednak jedna z najbardziej innowacyjnych gałęzi energetyki słonecznej. Naukowcy nieustannie opracowują nowe technologie, np. ogniwa cienkowarstwowe oraz konstrukcje hybrydowe. Celem jest zwiększenie sprawności w porównaniu do wartości uzyskiwanych obecnie, które w warunkach laboratoryjnych wynoszą 25% w przypadku ogniw monokrystalicznych oraz 18% w ogniwach z krzemu polikrystalicznego.

Moduły dostępne na rynku mają sprawność odpowiednio 20% oraz 17%. Jak na razie nowe technologie nie dorównują tym wartościom. Przykładowo sprawność modułów słonecznych z krzemu amorficznego to zaledwie od 6 do 8%, zbliżone możliwości mają też ogniwa z krzemu mikrokrystalicznego. Z kolei w komponentach hybrydowych, które stanowią konstrukcję warstwową powstałą z połączenia ogniw z krzemu amorficznego i mikrokrystalicznego uzyskuje się sprawność 10%.

Podobnym rozwiązaniem są ogniwa HIT (Heterojunction with Intristic Th in Layer), w których płytka z krzemu monokrystalicznego, pokrywana jest z dwóch stron krzemem amorficznym. Laboratoryjna sprawność ogniw tego typu sięga 23%. Największą teoretyczną sprawność zapewniają dziś ogniwa wielozłączowe. Chociaż w praktyce ich sprawność wynosi około 25%, w warunkach laboratoryjnych sięgać może nawet 41%.

By zwiększyć absorpcję promieniowania słonecznego ogniwa tego typu wykonuje się jako strukturę zbudowaną z kilku złączy p-n, w tym stosując różne materiały. Ogniwa tego typu są zazwyczaj bardzo lekkie, odporne na wysokie temperatury, ale jednocześnie bardzo drogie. Stąd eksploatowane są głównie w przestrzeni kosmicznej.

SYSTEMY FOTOWOLTAICZNE

Rys. 6. Solarne termiczne elektrownie dzieli się na dwie grupy: a) z liniową i b) punktową koncentracją promieni słonecznych

Energię elektryczną wyprodukowaną w instalacjach fotowoltaicznych dużej skali, tzn. dostarczającej zasilanie o mocy rzędu megawatów, najczęściej odsprzedaje się do publicznej sieci energetycznej. Właściciele przydomowych instalacji również mogą skorzystać z tej możliwości, sprzedając zakładowi energetycznemu część energii produkowanej na własne potrzeby. W takim wypadku niezbędnym elementem systemu jest inwerter, który przetwarza prąd stały produkowany w ogniwach na prąd zmienny o parametrach odpowiadających standardom jakościowym obowiązującym w publicznej sieci energetycznej.

Autonomiczne instalacje fotowoltaiczne, czyli takie które nie są włączane do sieci miejskiej, najczęściej zasilają urządzenia o niedużej mocy, np. sprzęty AGD. Ogniwa słoneczne są też popularnym rozwiązaniem w zakresie zasilania łodzi i jachtów. Tego typu systemy składają się zazwyczaj z jednego lub kilku modułów, ładowarki, baterii akumulatorów magazynującej wyprodukowaną energię oraz inwertera.

Instalacje autonomiczne są szczególnie użyteczne tam, gdzie sieć energetyczna jest słabo rozwinięta. By zwiększyć niezawodność dostaw energii w wypadku, gdy nie można liczyć na zasilanie awaryjne z sieci publicznej, często jednocześnie wykorzystuje się inne źródła energii, np. budując hybrydowe instalacje wiatrowo-słoneczne lub słoneczne z zasilaniem pomocniczym z silników spalinowych.

PERSPEKTYWY ENERGETYKI SŁONECZNEJ

Najpopularniejszą gałęzią energetyki słonecznej jest wciąż fotowoltaika, mimo że niedawno sektor ten przeżywał poważny kryzys. Główną przyczyną była szybko rosnąca produkcja modułów PV, która nie szła jednak w parze z zapotrzebowaniem na te urządzenia. Doprowadziło to w 2009 roku do przesycenia rynku i od tamtej pory analitycy na zmianę prognozują poprawę lub pogorszenie się sytuacji. Stopniowo rośnie też zainteresowanie CSP.

Według BCC Research globalny rynek solarnych technologii termicznych w instalacjach przemysłowych oraz użytkowych, który w minionym roku miał wartość zaledwie 3,7 mld dol., w 2014 roku będzie wart już około 13 mld dol. (wzrost około 28% rocznie). Wzrost popularności energetyki słonecznej możemy też obserwować w Polsce. Własne moduły PV rozwija np. Wamtechnik. W naszym kraju budowane są też kolejne elektrownie PV, jak np. instalacja na terenie lotniska w Gryźlinach o mocy 1MW, która ma powstać do 2013 roku.

Sprzyja to inwestycjom w zakłady produkujące komponenty dla tej branży. Przykładem jest fabryka kolektorów słonecznych, którą firma Watt buduje w Sosnowcu. Na zamówienie firm zewnętrznych w Kwidzynie panele fotowoltaiczne produkuje też Jabil. Dzięki temu rośnie zapotrzebowanie na sprzęt do produkcji. Ponieważ większość procesów jest zautomatyzowana, wzrasta też popyt na roboty przemysłowe i współpracujące z nimi systemy wizyjne.

Dostawcy automatyki, którzy dostrzegli tę tendencję, uzupełniają ofertę o kolejne urządzenia i całe linie technologiczne do produkcji komponentów systemów solarnych. W drugiej części artykułu przedstawimy przykłady takich rozwiązań wykorzystywanych w produkcji ogniw i modułów PV.

Monika Jaworowska