Ogniwa słoneczne i panele bateryjne
Ogniwa słoneczne przetwarzają światło na energię elektryczną. Ogniwo słoneczne może być
produkowane z wielu różnych pierwiastków, ale najczęściej używanym jest krzem.
Mówi się o ogniwach pojedynczych (monokrystalicznych), wielokrystalicznych (polikrystalicznych) albo
cienkowarstwowych (amorficznych). Różnica między ogniwem mono- i polikrystalicznym nie jest zbyt
duża, właściwie chodzi o różny sposób produkcji materiału bazowego ogniwa. Dzięki jednolitemu
materiałowi ogniwo monokrystaliczne ma nieco wyższą sprawność, tzn, że wytwarza nieco więcej
energii na jednostkę powierzchni, niż ogniwo polikrystaliczne. Różnica jest jednak niewielka, 12-15% dla
monokrystalicznego i 10-14 % dla polikrystalicznego.
Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznego krzemu o wymiarach ok. 10 x 10 cm ma nominalne napięcie
ok. 0,5 V. Poprzez połączenie szeregowe ogniw słonecznych, można otrzymać tzw. baterie słoneczne.
Istnieją baterie z różną ilością ogniw, w zależności od zastosowania, jak i od jakości ogniw. Bateria
słoneczna, która będzie używana do ładowania baterii ołowiowych na naszej długości i szerokości
geograficznej, potrzebuje conajmniej 30 ogniw, jeśli chodzi o monokrystaliczne, i 32 ogniwa, jeżeli
chodzi o ogniwa polikrystaliczne. Przy wzrastającej temperaturze napięcie ogniwa spada, co oznacza,
że może być potrzebna bateria z jeszcze większą ilością ogniw ( o ile jest bardzo gorąco w miejscu,
gdzie będzie ona zainstalowana).
Zwykła bateria składająca się z 30-32 ogniw ma maksymalną moc rzędu 40-45 W. Inne wielkości można
otrzymać poprzez albo dołożenie większej ilości ogniw, albo poprzez podział ogniwa na mniejsze
części. Jest to jednak dość drogie, ponieważ wymaga dodatkowych zabiegów w procesie produkcji.
Technika cienkowarstwowa oferuje bardzo wiele zalet z punktu widzenia możliwości produkcyjnych,
ponieważ można bardzo dokładnie określić charakterystykę poprzez ułożenie wzoru połączeń w
specjalny sposób. Bateria cienkowarstowa produkowana jest w ten sposób, że nkłada się cienką
warstwę aktywnego materiału na specjalnie przygotowaną szybę ze szkła. Następnie można przy
pomocy lasera wycinać ogniwa w pożądanych wielkościach i ilościach. Niestety sprawność tego typu
ogniw jest znacznie niższa niż ogniw krystalicznych, ale do prostych zastosowań, np. do zasilania
kalkulatorów, ten typ stał się bardzo powszechny. Standardowa bateria cienkowarstwowa do ładowania
akumulatorów ma zazwyczaj moc ok. 10 W.
Baterii słonecznych używa się normalnie do ładowania akumulatorów lub do bezpośredniego zasilania
jakiegoś rodzaju urządzeń np. pompy wodnej, wentylatora itp. Do ładowania akumulatora buduje się
system złożony z jednego lub wielu paneli słonecznych i regulatora ładującego tak, aby akumulator
mógł być maksymalnie ładowany, jak również zabezpieczony od przeładowania i szkodliwego
głębokiego rozładowania. Akumulatory mogą być różnych typów. Zwykły typ akumulatora
samochodowego nie jest odpowiedni, ze względu na to, że jest skonstruowany tak, żeby oddawać dużo
energii w ograniczonym czasie, a nie do tego, aby dawać mniejsze ilości energii w dłuższym czasie, co
ma zazwyczaj miejsce tam, gdzie mamy doczynienia z urządzeniami słonecznymi. Do tego celu
doskonale nadają się akumulatory ogólnego przeznaczenia, np. takie jak stosowane w układach
podtrzymywania zasilania.
Baterie słoneczne powinny być montowane w ten sposób, aby były maksymalnie wyeksponowane do
światła. Moc wyjściowa jest wprost proporcjonalna do ilości energii odbieranej z baterii. Kierunek
ustawienia powinno się wybierać pomiędzy południowym wschodem i południowym zachodem, a
miejsce powinno być nie ocienione. Panele krystaliczne są szczególnie wrażliwe na zaciemnienie i
nawej jeżeli jedno ogniwo w baterii jest zacienione traci się dużą część energii. Półcień nie jest tak
niebezpieczny, jak całkowite zacienienie. Kąt ustawienia w kierunku słońca ma również znaczenie; w
czasie półrocza zimowego jest ważne, aby panel był ustawiony pod kątem prostym do promieni
słonecznych, podczas gdy w letniej porze roku wystarczy kąt 30-45 storpni. Bateria słoneczna
produkuje energię również wówczas, gdy słońce jest za chmurami, lecz oczywiście energia, która jest
produkowana jest zależna od natężenia promieniowania świetlnego. W słoneczny, letni dzień w Szwecji
napromieniowanie wynosi aż do 1000 W/m2 i w tym czasie można ładować akumulator maksymalnie
prądem 3 A, o ile oczywiście jest on już w pełni naładowany.
W pochmurny, letni dzień napromieniowanie może wynieść tylko ok. 200 W/m2 i wówczas prąd nie
będzie większy niż ok. 0,5 A.