Szczególnie atrakcyjnym rozwiązaniem jest połączenie kolektorów termicznych z fotowoltaicznymi w jeden system, ponieważ większość budynków potrzebuje zarówno ciepła, jak i energii elektrycznej. W tym przypadku powierzchnia pochłaniająca kolektorów cieplnych jest uformowana częściowo z ogniw słonecznych, które przetwarzają część promieniowania w energię elektryczną, promieniowania pozostałe zaś około 50% promieniowania przekształcane jest w ciepło użytkowe. Chociaż w rezultacie tego połączenia sprawność kolektorów fotowoltaicznych ulega częściowemu zmniejszeniu, to jednak w sumie instalacje takie pozwalają łącznie spożytkować do 60% promieniowania słonecznego oraz są bardziej efektywne gdyż wykorzystywana jest wspólna powierzchnia dla kolektorów cieplnych i fotowoltaicznych.
Obecnie koszt jednostki energii z układów fotowoltaicznych wynosi 0,6 ECU/kW*h (1992), a przewiduje się spadek do 0,3 ECU/kW*h w 2002r.
Koszt zainstalowania systemu fotowoltaicznego wynosi 3 ECU/W (w szczycie przy napromieniowaniu 1000 W/m2 dla modułów krzemowych monokrystalicznych przy sprawności 13% i trwałości 20 lat). Dla ogniw cienkowarstwowych polikrystalicznych koszt zainstalowania wynosi 2,1 ECU/W (przy sprawności 5%).
Fotoogniwa są wykorzystywane także do celów wojskowych i kosmicznych, między innymi w układach pomiarowych i zasilających. Prace naukowo - badawcze nad fotoogniwami na świecie są rozwijane i prowadzone bardzo intensywnie i dotyczą głównie optymalizacji ich parametrów, korekcji charakterystyk widmowych czułości, wykorzystania nowych materiałów półprzewodnikowych ze związków międzymetalicznych AIIIBV itp. (AIII oznacza materiały półprzewodnikowe z III grupy układu okresowego pierwiastków, natomiast BV - z V grupy tego układu).
Ogniwa fotowoltaiczne mają następujące zalety:
energia elektryczna wytwarzana jest bezpośrednio;
sprawność przetwarzania energii jest taka sama, niezależnie od skali produkcji;
moc jest wytwarzana nawet w pochmurne dni przy wykorzystaniu światła rozproszonego;
obsługa i konserwacja wymagają minimalnych nakładów,
w czasie produkcji energii elektrycznej nie powstają szkodliwe gazy.
Rynek wykorzystania fotoogniw jest zróżnicowany, w 1995 roku około 45% wyprodukowanych fotoogniw wykorzystano do elektryfikacji domów, wiosek, systemów pompowania wody (pompownie), 36% wykorzystano w komunikacji, 14% wykorzystano w ogólnopaństwowym systemie energetycznym, a 5% w kalkulatorach i innych podobnych urządzeniach.
Poniżej zostały scharakteryzowane główne zastosowania ogniw słonecznych.
Elektrownie fotowoltaiczne
Służą do masowej produkcji energii elektrycznej. Najczęściej są położone poza miastem, na terenach które nie są normalnie użytkowane (np. w strefie ochronnej lotniska, na pustyni). Instalacja fotowoltaiczna jest w tym przypadku umieszczona na powierzchni ziemi. Elektrownie słoneczne są na ogół instalacjami o dużej mocy - największa, położona we Włoszech ma moc nominalną 13 MW. Elektrownie słoneczne mogą być również usytuowane na płaskich dachach biurowców.
Pierwszą osadą na świecie, całkowicie zaopatrywaną w energię elektryczną ze Słońca, jest Al-Ainach w Arabii Saudyjskiej. W 1980 roku powstała tam elektrownia o mocy 50 kW, której moc została powiększona do 350 kW. W sferze badań i doświadczeń naukowych jest problem wykorzystania energii Słońca do wytwarzania prądu elektrycznego dla Ziemi poprzez budowę słonecznych elektrowni w kosmosie. Przewiduje się, że już na początku XXI wieku można będzie umieścić na orbicie okołoziemskiej wielkie stacje słoneczne, które zamieniałyby promieniowanie słoneczne w energię elektryczną i przekazywałyby na Ziemię przy pomocy fal ultrakrótkich lub promieni laserowych. Oszacowano, że 60÷100 takich stacji pokryłoby prawie całe aktualne zapotrzebowanie ziemian na energię elektryczną.
Elektrownia fotowoltaiczna
Zasilanie domów mieszkalnych i biurowców
Nie tylko w krajach południowych, ale także w Niemczech, Anglii, Danii, Holandii, w krajach Skandynawskich, a przede wszystkim w USA i Japonii coraz częściej spotyka się domki jednorodzinne z umieszczonymi na dachach modułami fotowoltaicznymi. Obecnie projektuje się całe kolonie takich domków. Są one połączone siecią elektryczną umożliwiającą sprzedawanie elektrowni nadmiarowo wyprodukowanej energii elektrycznej.
W Niemczech jest realizowany tzw. „program tysiąca dachów” pokrytych ogniwami słonecznymi. Popularyzacja fotowoltaiki jest prowadzona w szkołach począwszy od szkół podstawowych. W wielu z nich pracują moduły fotowoltaiczne, a dzieci, ich rodzice i nauczyciele mają możliwość obserwacji, jak wiele energii elektrycznej można uzyskać w dni słoneczne, a ile w dni pochmurne. Wyniki tego działania są już widoczne. W 1990 roku na terenie Niemiec działało 228 siłowni fotowoltaicznych , natomiast w 1997 roku - już blisko 7000! Te wiadomości winny być i u nas szeroko propagowane, aby także w Polsce na dachach pojawiały się moduły fotowoltaiczne.
Jak zaobserwowano, szczególnie wysokie wykorzystanie fotoogniw jest w krajach rozwijających się, które stanowią wspaniały rynek ich rozwoju. W krajach tych w ponad 400 tys. domów zainstalowano systemy słoneczne. Systemy te mają bardzo prostą budowę, zawierają małe fotoogniwo o mocy od 25 do 55 watów, akumulator elektryczny, który wykorzystuje się w nocy, jedno lub więcej źródeł światła oraz połączenia z urządzeniami zewnętrznymi (odbiornikami).
Domy mieszkalne i schroniska
Ostatnio bardzo popularne stało się montowanie modułów fotowoltaicznych na gmachach użyteczności publicznej. Oprócz walorów użytkowych stanowią one niewątpliwie elementy dekoracyjne, tym bardziej, że ogniwa nowej generacji są dostępne w różnych kolorach (nie tylko w tradycyjnym kolorze granatowym, ale także w niebieskim, zielonym, czerwonym i pomarańczowym).
Moduły fotowoltaiczne na biurowcu
Elektroniczny sprzęt powszechnego użytku
zegarki, kalkulatory, ładowarki do baterii.
Zasilanie sygnalizacji drogowej
sygnalizacji ostrzegawczej,
oświetlania znaków drogowych,
telefonów awaryjnych na autostradach.
Zasilanie systemów telekomunikacyjnych
przenośnych lub stałych stacji nadawczo-odbiorczych,
radiowo-telewizyjnych stacji przekaźnikowych,
stacji przekaźnikowych telefonii komórkowej.
stacja nadawczo-odbiorcza stacja przekaźnikowa radiowo-telewizyjna
Zasilanie systemów ostrzegania
lądowych i morskich radiolatarni,
znaków nawigacyjnych na wodach morskich i śródlądowych,
światła ostrzegawcze na szczytach gór, wysokich budynkach.
wodny znak nawigacyjny morska radiolatarnia
Transport kolejowy
awaryjne zasilanie kolejowych systemów sterowania,
telefony awaryjne.
Kolejowy fotowoltaiczny system sterowania
Rolnictwo i hodowla
Systemy pompowe mogą być zasilane przez moduły fotowoltaiczne podłączone bezpośrednio do zasilanego urządzenia (pompy). Instalacje tego typu, stosuje się na ogół w przypadku gdy zasilane urządzenia mogą działać okresowo (nie muszą działać codziennie). Urządzenia podłączone do takiej instalacji załączają się samorzutnie w chwili, gdy słońce jest wystarczająco silne, by moduły fotowoltaiczne wyprodukowały odpowiednią ilość prądu do ich zasilenia. Jeśli promieniowanie słoneczne słabnie, urządzenia same się wyłączają. W przypadku systemów pompowych do podlewania pół lub napełniania poideł, taki cykliczny system jest korzystny, gdyż działa wtedy gdy woda najbardziej jest potrzebna - w dni słoneczne. W przypadku systemów pompowych, które mają dostarczać wodę niezależnie od pogody, konieczne jest zastosowanie zbiorników akumulacyjnych, do których woda pompowana jest w dni słoneczne, a z których można ją czerpać o każdej porze. Najczęstsze zastosowania: pompy do studni głębinowych i powierzchniowych współpracujące ze zbiornikami akumulacyjnymi, przepompownie, fontanny, urządzenia klimatyzacyjne, systemy nawadniania pól i szklarni, systemy do przepompowywania stawów.
Systemy fotowoltaiczne są dobrze przystosowane do zasilania urządzeń o małej mocy (< 500 W) takich, jak np. suszarki ziół, warzyw, itp., ogrzewanie i wentylacja szklarni, napowietrzanie stawów rybnych i jezior, pompowanie wody itd..
Zasilanie urządzenia do pompowania wody
Wykorzystanie modułów fotowoltaicznych w mieście do zasilania:
parkomatów, automatów sprzedających bilety, zegarów itp..
Zasilanie pojazdów kosmicznych
Fotoogniwa zasilające z siarczku kadmu są stosowane do bezpośredniej przemiany energii promienistej Słońca na energię elektryczną w pojazdach i rakietach bezzałogowych.
Obecnie satelity Ziemi wykorzystują już promienie Słońca, przetwarzając je przy pomocy procesów chemicznych i baterii słonecznych w energię elektryczną, służącą do napędu urządzeń pokładowych. Są to jednak niewielkie ilości energii. Ostatnie doświadczenia naukowców z firmy Boeing przewidują, że słoneczne elektrownie w kosmosie posiadałyby olbrzymie płaszczyzny o powierzchni do 100 km2 pokryte płytkami baterii słonecznych do pochłaniania promieni słonecznych. Stacje te byłyby umieszczone na orbicie równikowej, przestrzeni nasłonecznionej niemal przez całą dobę. Obecnie jedyną trudnością pozostaje sposób przekazywania tej energii na Ziemię. Promienie energii przesyłane na Ziemię trafiałyby do swojego ziemskiego “zbiornika”. W tym przypadku promień laserowy byłby bardziej skoncentrowany i szybszy niż fale ultrakrótkie.
Wyszukiwarka