Baterie słoneczne - budowa, zalety, opłacalność

Działanie baterii słonecznej opiera się na zjawisku fotowoltaicznym, polegającym na powstaniu siły elektromagnetycznej w wyniku zespołu zjawisk fizycznych w niejednorodnym ośrodku, jaki może być złącze dwóch półprzewodników lub półprzewodnika i metalu, a także elektrolitu i metalu, w następstwie oświetlenia. Ruch nośników, generowanych przez padające kwanty promieniowania słonecznego o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika, może być sterowany przez powstałe pola elektryczne. Prowadzi to do ustalenia się różnicy potencjałów elektrycznych między dwoma punktami półprzewodnika. Zjawisko fotoelektryczne może również powstać w jednorodnym półprzewodniku pod wpływem jego oświetlenia.

fot.: Hewalex - panele fotowoltaiczne 3kW w domu jednorodzinnym

Współczesne ogniwa słoneczne składają się z kilku warstw. Pierwszą stanowi warstwa metalicznego podłoża (folia Al), drugą dwutlenek krzemu, kolejną spolaryzowana dodatnio warstwa półprzewodnika P, następną warstwa półprzewodnika N, dalej warstwa zbiorczych, metalowych elektrod, warstwa dwutlenku krzemu oraz warstwa przeciwodblaskowa. Powierzchnie są laserowo grawerowane tak, aby zapewnić ich odpowiednią fakturę. Domieszki, w wyniku dyfuzji,  są wprowadzone na odpowiednią głębokość kryształu krzemu.

Od czego zależy moc

W przypadku baterii słonecznych uzyskiwana przez nie moc ulega zmniejszeniu w wyniku strat, jakie powodują rozmaite czynniki. Można do nich zaliczyć odbicie promieniowania, wynoszące w okolicach 36%. Natomiast dla powierzchni o odpowiedniej fakturze i pokrytej powłoką antyrefleksyjną, odbicie wynosi tylko 5%. Moc ulega zmniejszeniu również na skutek wpływu temperatury ogniwa, ponieważ jej podwyższona wartość przyspiesza proces rekombinacji dziur, co powoduje w efekcie wzrost przepływu prądu wstecznego. W ogniwach fotowoltaicznych, tak samo jak w kolektorach słonecznych, można zastosować dwa systemy koncentratorów, tj. soczewkowe (załamujące) oraz lustrzane (odbiciowe). Oba mogą skupiać promieniowanie liniowo lub punktowo. Poprawienie sprawności jest możliwe przede wszystkim poprzez zmniejszenie odbić (przez zastosowanie powłok antyrefleksyjnych), przez zmniejszenie temperatury powierzchni adsorpcyjnej lub zastosowanie koncentratorów promieniowania słonecznego oraz przez zmianę materiału, z którego wykonane jest ogniwo. Np. ogniwo polikrystaliczne jest blisko półtorakrotnie wydajniejsze od krzemu amorficznego. Jeszcze lepszy wynik uzyskuje ogniwo monokrystaliczne, osiągając współczynnik 1,8. Z kolei ogniwo z arsenku galu jest wydajniejsze od krzemowego ponad dwukrotnie.

fot.: Immergas

Opłacalność

Analizując koszty można stwierdzić, że produkcja energii elektrycznej za pomocą ogniw fotowoltaicznych staje się coraz bardziej opłacalna. Jednak granica opłacalności mieści się w nakładach finansowych, które należy ponieść, by uzyskać moc zaspokajającą potrzeby przeciętnego gospodarstwa. Do niedawna uważało się, że energia słoneczna pozyskiwana za pomocą baterii jest opłacalna przy cenie ogniw poniżej 200 dolarów na metr kw. Realne zmniejszenie kosztów baterii słonecznych jest możliwe przez zastosowanie koncentratorów promieniowania słonecznego, które zwiększają powierzchnię absorbowania energii nie zmieniając jednocześnie powierzchni ogniw. Poza tym cena soczewki czy zwierciadła jest wyraźnie niższa niż cena płytki krzemowej, co może obniżyć koszt pozyskiwania energii elektrycznej w przeliczeniu na 1 metr kwadratowy powierzchni. Oferowane aktualnie na rynku pojedyncze baterie słoneczne małej mocy (do 20 do 50W) można nabyć już w cenie do kilkuset złotych. Natomiast koszt większych zestawów, które zapewniają niezależne funkcjonowanie pojedynczych gospodarstw domowych i przejmują zasilanie wielu urządzeń elektrycznych oraz systemów oświetleniowych, waha się obecnie od kilku do kilkunastu tysięcy złotych.

fot.: Solsum

ZOBACZ FIRMY Z DZIAŁU >> Instalacje ekologiczne