Fotowoltaika pozwala zagospodarować energię słoneczną jaka dociera do ziemi. Energia ta, to moc ok. 81 x 109 MW, z czego 27 x 109 MW przypada na lądy.
  Światowe zapotrzebowanie na moc wszystkich postaci energii jest szacowana na ok. 0,01 x 109 MW. Można więc dostrzec, jak ogromnym potencjalnym źródłem energii jest energia słoneczna, która jest nieszkodliwa dla środowiska i niewyczerpalna. Tymczasem większość potrzeb energetycznych człowieka jest zaspokajana przez paliwa kopalne: 65%, reszta to energia wodna (18%) i energetyka jądrowa (17%). Spalanie takiej ilości paliw ma bardzo negatywny wpływ na środowisko naturalne, głównie powoduje wzrost ilości CO2, H2O i CH4 w atmosferze ziemskiej, a co za tym idzie podwyższenie średniej temperatury (efekt cieplarniany).
Fotowoltaika uważana jest za jedno z najbardziej obiecujących i przyjaznych środowisku źródeł energii. Z uwagi na swój potencjał związany z bezpośrednią konwersją promieniowania słonecznego na energię elektryczną ma ona szansę stać się w przyszłości alternatywą dla energetyki konwencjonalnej. Dzięki temu fotowoltaika bardzo dobrze da się wykorzystać w projektach energetycznych i ekologicznych na wszystkich poziomach, tj.  międzynarodowym, krajowym czy lokalnym.  Fotowoltaika, generując energię elektryczną w sposób zdecentralizowany i rozproszony, odgrywa kluczową rolę w tworzeniu zrównoważonego systemu gospodarowania energią.

fotowoltaikaJuż 5 minut promieniowania słonecznego na powierzchnię Ziemi odpowiada rocznemu zużyciu energii na całym świecie. Ilość tej energii nie jest jednak jednakowa dla każdego miejsca na naszym globie. Dodatkowo ilość energii słońca docierająca do powierzchni Ziemi zależy od lokalnych warunków pogodowych (np. od liczby dni bezchmurnych w ciągu roku) i w związku z tym może docierać do powierzchni Ziemi jako promieniowanie bezpośrednie lub dyfuzyjne. Promieniowanie dyfuzyjne powstaje w wyniku rozpraszania, odbijania i załamywania promieniowania słonecznego na chmurach i cząsteczkach zawartych w powietrzu. Pomimo tego promieniowanie dyfuzyjne jest, z punktu widzenia techniki solarnej, promieniowaniem użytecznym. I tak w ciągu pochmurnego dnia, gdy promieniowanie dyfuzyjne stanowi powyżej 80% promieniowania całkowitego, ciągle możemy zmierzyć do 300 W/m2 strumienia mocy promieniowania słonecznego. W uproszczeniu przyjmuje się, że średnio w Polsce do 1 m2 powierzchni dociera w ciągu roku 1000 kWh energii słonecznej. Z tego względu instalacje solarne w Polsce służą głównie do celów przygotowania ciepłej wody użytkowej i sporadycznie jako wspomaganie systemu ogrzewania. Do obliczeń dla konkretnych instalacji solarnych należy przyjmować dokładne wartości promieniowania słonecznego dla danej lokalizacji. Na rysunku poniżej przedstawiono rozkład sum nasłonecznienia w Polsce na jednostkę powierzchni poziomej. 

Atmosfera eliminuje część energii promieniowania słonecznego poprzez odbijanie lub pochłanianie przez gazy, pyły i parę wodną tak, że ilość energii docierająca do Ziemi w obszarze podzwrotnikowym wynosi ok. 1000 W/m2. Jest to wartość średnioroczna natężenia promieniowania słonecznego. Jest ona różna dla różnych obszarów geograficznych i pór roku.

Wykorzystywanie energii odnawialnej pozwala na częściowe zastępowanie z sieci energetycznej mocy tradycyjnych elektrowni, co przekłada się na redukcję emisji spalin. Związane jest to z obowiązkiem prawnym posiadania energii odnawialnej na poziomie 10,4% w 2010 r., wynikającym z dyrektyw Unii Europejskiej.

fotowoltaika System elektroenergetyczny w Polsce pracuje obecnie na granicy swoich możliwości. Wynika to ze stale rosnącego popytu na energię elektryczną i jednocześnie braku większych inwestycji w moc elektrowni systemowych i sieci przesyłowych najwyższych napięć. Biorąc pod uwagę to, że wiele elektrowni to wyeksploatowane elektrownie węglowe, będą one musiały być stopniowo wyłączane ze względu na „śmierć techniczną” oraz wysoki koszt opłat za emisję CO2, czyniący je nieekonomicznymi lub zmuszający do drastycznych podwyżek cen energii.

Jedną z szybszych metod uzupełniania mocy jest lokalna generacja ze źródeł odnawialnych, gdyż jednocześnie:
– dostarcza energię elektryczną  bezemisyjnie,
– jest to energia odnawialna zgodnie z porozumieniami i dyrektywami UE,
– lokalna generacja blisko odbiorcy nie obciąża sieci przesyłowych, a więc ogranicza konieczność dalszych inwestycji w tym zakresie.
 
Efekt fotowoltaiczny został zaobserwowany przez francuskiego fizyka, Edmonda Becquerela w 1839 roku w obwodzie dwóch oświetlonych elektrod zanurzonych w elektrolicie. Zjawisko to polega na bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p–n, w którym pod wpływem fotonów, o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p, przemieszczanie się ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego. Podstawę konstrukcji ogniwa stanowi półprzewodnikowa płytka, w której uformowana została bariera potencjału. W półprzewodniku, na skutek absorpcji promieniowania, wytwarzane są pary nośników ładunku elektron–dziura, które po rozdzieleniu przez pole elektryczne bariery potencjału powodują pojawienie się napięcia na zaciskach przyrządu. Po dołączeniu do nich obciążenia płynie przez nie prąd elektryczny.

Obecnie na rynku dostępne są ogniwa fotowoltaiczne trzech generacji. Pierwsza generacja ogniw fotowoltaicznych są to ogniwa o pojedynczym złączu p–n. Ogniwa te wykonane są z krzemu i jest to dominująca do tej pory technologia. Materiały fotowoltaiczne drugiej generacji bazują na technologii półprzewodników cienkowarstwowych. Na ich podstawie, dla osiągnięcia wysokich sprawności, zaczęto konstruować ogniwa wielozłączowe. Materiały używane do produkcji ogniw drugiej generacji to krzem amorficzny, tellurek kadmu, chalkopiryty. Typowe ogniwa drugiej generacji mają niższą sprawność od ogniw krzemowych, jednak niska cena (na wat mocy) sprawia, iż są one coraz popularniejsze.

Ogniwa trzeciej generacji są oparte na innych technologiach niż na tradycyjnym złączu p–n. Do ogniw trzeciej generacji możemy zaliczyć ogniwa barwnikowe i organiczne.  Pojedyncze ogniwo może dostarczyć tylko kilka wat (1–1,5W) mocy przy wartości napięcia rzędu 0,5–0,6 V i natężeniu prądu 2 A, co jest niewystarczające do większości zastosowań. Dla uzyskania większych napięć i mocy, ogniwa łączy się szeregowo lub równolegle w tak zwane moduły, a te z kolei w panele. Dzięki temu można dopasować parametry wytwarzanej energii do wymagań użytkownika. (…)

Instalacje autonomiczne działające okresowo
Systemy autonomiczne nie są połączone z siecią elektroenergetyczną, korzystają więc jedynie z energii wyprodukowanej przez ogniwa słoneczne. Urządzenie podłączone do instalacji autonomicznej działającej okresowo włącza się automatycznie w chwili, gdy promieniowanie słoneczne jest wystarczająco silne, aby moduł wyprodukował odpowiednią ilość prądu do jego zasilenia.

Instalacje autonomiczne z akumulatorem
Instalacje autonomiczne z akumulatorem stosowane są do zasilania urządzeń na obszarach, na których nie ma dostępu do sieci elektrycznej lub dostęp do niej jest utrudniony. Dzięki zastosowaniu przetwornicy lub falownika w instalacji, podłączone do niej urządzenia mogą być zasilane zarówno prądem stałym, jak też prądem przemiennym. Produkowany prąd może być gromadzony w akumulatorze, dzięki czemu urządzenie może pracować również wtedy, gdy ogniwo nie wytwarza prądu.

Instalacje autonomiczne hybrydowe
Instalacja autonomiczna hybrydowa to połączenie instalacji fotowoltaicznej z innym systemem wytwarzania energii elektrycznej, takim jak: generator prądu na ropę lub gaz oraz często z elektrownią wiatrową. Generator włącza się automatycznie, gdy promieniowanie słoneczne oraz siła wiatru są niedostatecznie silne, aby wyprodukować potrzebną ilość prądu i samorzutnie doładować akumulator.

Instalacje podłączone do sieci energetycznej
Instalacje podłączone do sieci energetycznej stosuje się, aby zwiększyć niezależność zasilania urządzeń oraz zagospodarować ewentualne nadwyżki prądu. W dzień, kiedy moduły produkują więcej prądu niż istnieje potrzeba, jego nadwyżka jest odprowadzana do sieci energetycznej. W czasie gdy natężenie światła jest niewystarczające, istnieje możliwość pobrania prądu z sieci.

Elektrownie fotowoltaiczne
Elektrownie słoneczne składają się z odpowiednio połączonych modułów fotowoltaicznych dołączonych do sieci elektroenergetycznej poprzez falownik. Nie zawierają one akumulatorów, a cała wyprodukowana energia przekazywana jest do sieci.

Systemy fotowoltaiczne zintegrowane z budynkami (BIPV)
W trosce o oszczędność energii cieplnej w budynku elewacji stawia się zadanie zminimalizowania strat ciepła do otoczenia. Coraz powszechniej oczekuje się również pasywnego lub aktywnego wykorzystania energii słonecznej. Osobnym zagadnieniem jest dążenie architektów do projektowania fasad o niebanalnych kształtach – obiekt architektoniczny musi przykuwać uwagę. Wszystkie stawiane cele znakomicie spełnia technologia fotowoltaiczna zintegrowana z budynkiem. Wspomaga ona bilans cieplny budynku w sposób pasywny, generując jednocześnie prąd elektryczny.

Sytuacja fotowoltaiki na świecie i w Polsce
W krajach technologicznie rozwiniętych, o dużej świadomości społecznej odnośnie do ochrony środowiska naturalnego, widać coraz szersze stosowanie źródeł odnawialnych w miejsce konwencjonalnych. Sprzyja temu odpowiednia polityka wsparcia ze strony rządów tych krajów.

Całkowita światowa moc nowo zainstalowana w 2008 roku w porównaniu z rokiem 2007 wzrosła o 129%. Światowa skumulowana moc zainstalowanych systemów PV wyniosła 14,7 GWp w 2008 roku. W Polsce natomiast według obwieszczenia Ministra Gospodarki z dnia 20 kwietnia 2006 r. w sprawie ogłoszenia raportu zawierającego analizę realizacji celów ilościowych i osiągniętych wyników w zakresie wytwarzania energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii podaje się, że: „Moc zainstalowana ogniw fotowoltaicznych na koniec 2003 r. wyniosła około 120 kWp, a w 2004 r. około 234 kWp, w tym niepodłączonych do sieci około 165 kWp”. W 2007 r. w Polsce łączna moc zainstalowana w systemach fotowoltaicznych wynosiła 638 KW (wg danych Instytutu Energetyki Odnawialnej i Centrum Fotowoltaiki Politechniki Warszawskiej).

Jeżeli w innych krajach wysokorozwiniętych o podobnych warunkach nasłonecznienia (Niemcy, Czechy) opłaca się właścicielom domków jednorodzinnych oraz spółdzielniom mieszkaniowym zakładanie instalacji fotowoltaicznych, to w Polsce również tego typu wysoce ekologiczne inwestycje powinny być opłacalne. Niestety zmiany wprowadzane są  zbyt wolno i wciąż jesteśmy na peryferiach pozostałych krajów europejskich, jeśli chodzi o wykorzystanie fotowoltaiki.

Grzegorz Golubiewski, Maciej Duraczyński GLOBEnergia
Cały artykuł – GLOBEnergia 3/2009
fotowoltaika