Solarna energija i fotonaponski sustavi
Sunčeva energija je obnovljivi i neograničeni izvor energije te se može izravno pretvoriti - u toplinsku energiju, koja se koristi za grijanje i pripremu tople vode, te u električnu energiju, koja se dobiva iz fotonaponskih sustava.
Na zemljinu površinu stiže godišnje 7.500 puta više energije, od ukupne godišnje potrošnje energije iz svih primarnih izvora. Sunčeva energija je obnovljivi i neograničeni izvor energije, te se može izravno pretvoriti:
- u toplinsku energiju – koja se koristi za grijanje i pripremu tople vode
- električnu energiju – koja se dobiva iz fotonaponskih sustava.
Postoje tri vrste zračenja sunca (jedinica za zračenje W/m²):
- direktno – zračenje koje izravno dolazi na plohu raspršeno
- raspršeno – zračenje koje dolazi iz svih smjerova nebeskog svoda
- reflektirano – zračenje koje dolazi na plohu nakon odbijanja od okolnih ploha.
Postoje dvije osnovne skupine fotonaponskih sustava:
- samostalni sustavi – sustavi koji nisu prikopčani na javnu mrežu (off grid)
- sustavi priključeni na javnu mrežu.
Samostalni fotonaponski sustavi koriste se za kuće i vikendice gdje nema mogućnosti priključka na javnu mrežu, te za kampere, nautičare i samostojeće uređaje – ulična rasvjeta, prometna signalizacija.
Osnovne komponente samostalnih sustava su: fotonaponski modul, regulator punjenja, akumulator ili baterija, te izmjenjivač koji pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu, te trošilo.
Od sunčeve do električne energije
U fotonaponskoj ćeliji sunčeva energija pretvara se u električnu energiju, na način da se poluvodička ćelija sastoji od N-poluvodiča i P-poluvodiča između kojih se nalazi neutralna zona. Djelovanjem fotona iz sunčeve energije, u N-sloju oslobađaju se elektroni iz atoma, čime N-sloj postaje negativno električki nabijen. Atomi koji su ostali bez elektrona postaju pozitivno nabijeni – šupljine, koje putuju prema P-sloju, koji na taj način postaje pozitivno električki nabijen. Tako proizvedena električna energija preko regulatora punjenja pohranjuje se u akumulatoru ili ide direktno na trošilo. Više solarnih ćelija koje su međusobno spojene u paralelno – serijskoj kombinaciji oblikuju solarni modul. Da bi se dobila određena snaga fotonaponskog sustava treba spojiti više fotonaponskih modula. Njihovim serijskim spajanjem, napon između pozitivnog i negativnog pola jednak je zbroju napona pojedinih modula. Paralelnim spajanjem fotonaponskih modula ukupni napon jednak je naponu pojedinog modula, a ukupna struja jednaka je zbroju pojedinih modula.
Regulatori punjenja imaju funkciju kontrole punjenja akumulatora, kontrolu ispražnjenosti akumulatora i cikličko punjenje akumulatora.
Akumulatori služe za pohranu električne energije, kako bi se mogla koristiti noću kada nema sunčeve svjetlosti. Svaki akumulator ima svoj kapacitet izražen u Ah – umnožak vremena pražnjenja akumulatora s prosječnom jakošću struje pražnjenja. Vrste akumulatora – olovni, olovni suhopunjeni (gel), NiCd, NiMh.
Izmjenjivači pretvaraju istosmjernu struju DC, iz akumulatora u izmjeničnu struju AC, za trošila 230 V i 50 Hz.
Različite primjene fotonaponskih modula
Sustavi priključeni na javnu mrežu preko kućne instalacije sastoje se od fotonaponskih modula spojenih serijski ili paralelno, spojne kutije, glavne sklopke za odvajanje, izmjenjivača sinhroniziranog s naponom i frekvencijom javne mreže, te brojila predane, odnosno preuzete energije.
Prema instaliranoj snazi fotonaponski sustavi dijele se na sustave do 10 kW, od 10 kW do 30 kW, i preko 30 kW. Takvi sustavi mogu se montirati na kose krovove, ravne krovove, pročelja zgrada, samostojeće jedinice i velike solarne parkove od više od 50 MW. Danas se u arhitekturi koriste različite primjene fotonaponskih modula – pročelja zgrada, stakleni krovovi objekata, nadstrešnice parkirališta i mnoge druge.
Vrste fotonaponskih ćelija:
- ćelije od monokristalnog silicija
- ćelije od polikristalnog silicija
- ćelija od amorfnog silicija
- ćelije od bakar-indij-diselenija (CIS)
Najčešće korištene su monokristalne i polikristalne ćelije, te danas u svijetu ima mnogo proizvođača od kojih se najkvalitetnijima smatraju proizvođači iz Njemačke, Amerike i Japana, a najmasovnijim proizvođači iz Kine.
Danas na tržištu fotonaponskih modula najviše udjela ima Europa sa 78%, dok SAD i Japan svaki s po 7%, a Južna Koreja i Kina s po 2%, dok je ostatak zastupljen s 4%. U Europi su najjači u iskorištenju fotonaponske energije Njemci s ugrađenih 10 000 MW, a slijede ih Španjolci, Talijani i Česi.
Hrvatski slučaj
U Hrvatskoj iskorištenje sunčeve energije zastupljeno je u malim jedinicama i to na stambenim objektima s cca. ugrađenih 52 kW. Treba podsjetiti da je na temelju zahtjeva EU do 2020. godine, energijske potrebe u Hrvatskoj trebaju biti pokrivene sa 20% iz obnovljivih izvora energije. Hrvatska još puno mora učiniti kako bi sunčeva energija dobila ulogu koju bi trebala imati s obzirom na zemljopisni položaj Hrvatske kao sredozemne zemlje. Da bi se to učinilo trebali bi se ugledati na druge susjedne zemlje, i nužno mijenjati zakone i podzakonske propise iz područja obnovljivih izvora energije. To znači pojednostavljenje u administrativnom postupku za dobivanje statusa povlaštenog proizvođača električne energije.
Trebalo bi uvesti razliku između velikih i malih proizvođača električne energije, kako bi se krajnje pojednostavio postupak dobivanja suglasnosti za male proizvođače. Isti tako, trebalo bi povećati rok trajanja ugovora s 12 na 15 godina (kao u Sloveniji, dok je u Njemačkoj 20 godina). Mišljenja smo da je Hrvatska veliki potencijal za proizvodnju energije iz obnovljivih izvora, samo treba pojednostaviti administrativne postupke, jer se ne treba bojati da će se netko obogatiti na prodaji takve energije, nego treba gledati koliko bi se otvorilo radnih mjesta.