Fotowoltaika jest to dziedzina techniki zajmująca się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną, czyli inaczej wytwarzanie prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego.

Każdego roku wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną. Roczny wzrost zużycia w krajach rozwiniętych wynosi ok. 1%, a w krajach rozwijających się ok. 5%. Z tego powodu oraz z faktu, że światowe zasoby paliw kopalnych są ograniczone, istnieje pilna potrzeba pozyskiwania energii elektrycznej innymi metodami niż tradycyjne.
Jedną z metod jest stosowanie układów fotowoltaicznych wykorzystujących do produkcji energii elektrycznej promieniowanie słoneczne. Prognozy wskazują, że około od roku 2050 energetyka słoneczna będzie stanowić główną pozycję w wykorzystaniu źródeł energii. Do urządzeń wchodzących w skład instalacji fotowoltaicznej należą:

• moduł fotowoltaiczny,
• inwerter,
• kontroler napięcia (regulator napięcia),
• akumulatory,
• centrala komunikacyjna,
• wyświetlacze danych instalacji,
• sensory do pomiaru napromieniowania, temperatury modułu, prędkości wiatru (opcja) i temperatury otoczenia,
• system montażowy. Ich wybór, liczba i rodzaj zależą od zastosowanego trybu pracy liczby modułów, zasilania jedno- lub trzyfazowego.

Współczesne instalacje fotowoltaiczne stosowane są do zasilania różnych obiektów, począwszy od obszarów poza zasięgiem sieci elektroenergetycznej, gospodarstw domowych i rolnych, domów letniskowych itp., aż do instalacji energetyki zawodowej i sprzedaży energii do sieci. Najczęstsze zastosowania przedstawiono w tabeli 1.  
Typy modułów fotowoltaicznych
 Istnieje wiele kryteriów podziału modułów fotowoltaicznych. Wyznacznikiem może być zarówno zastosowany rodzaj materiału półprzewodnikowego (Si, Ge, związki półprzewodnikowe CdTe, CdS), struktura półprzewodnika (monokrystaliczne, polikrystaliczne, amorficzne), jak i typ złącza (homozłączowe, heterozłączowe) oraz oparte na złączach metal-półprzewodnik lub p-i-n), a także grubość ogniwa, np. cienkowarstwowe (poniżej 20 μm), grubowarstwowe. Wśród modułów fotowoltaicznych wykonanych na bazie krystalicznego krzemu wyróżnia się głównie:
• Monokrystaliczne (mc-Si)– składają się z pojedynczych ogniw wykonanych z jednorodnego kryształu o uporządkowanej budowie wewnętrznej. Moduły monokrystaliczne charakteryzują się długą żywotnością oraz najwyższą sprawnością dochodzącą nawet do 15%.
• Polikrystaliczne (multikrystaliczne, c-Si) – zbudowane są z małych kryształków krzemu tworzących niejednorodną powierzchnię. Charakteryzują się mniejszą mocą niż monokrystaliczne, prostotą produkcji oraz niską ceną.
• Amorficzne (a-Si) – cienka, na ok. 2 mikrony, warstwa krzemu osadzona jest na powierzchni innego materiału, np. na szkle. Cechują się niskim kosztem produkcji oraz niską sprawnością – do 8,5%. Oprócz wymienionych powyżej modułów fotowoltaicznych dostępne są także inne, jak np. cienkowarstwowe (CIS), hybrydowe – heterozłączowe (mono-Si + a-Si), charakteryzujące się wysoką sprawnością do ok. 20%, jednak koszt ich produkcji jest wysoki.

Osobną grupę modułów fotowoltaicznych stanowią moduły zbudowane z ogniw organicznych. Są one tworzone z materiałów organicznych o małym ciężarze cząsteczkowym lub z polimerów aktywnie uczestniczących w konwersji energii świetlnej na elektryczną. Tego typu moduły są lekkie, elastyczne, giętkie, tanie w produkcji i częściowo przeźroczyste. Mogą być wytwarzane na dużej powierzchni. Wszystkie te cechy powodują, że zakres zastosowań fotowoltaiki organicznej w przyszłości znacznie się rozszerzy, np. zasilanie przenośnych urządzeń elektronicznych, montaż na ścianach, dachach i oknach budynków, wykorzystanie w przemyśle odzieżowym, turystycznym i wojskowym. (…)

dr Grzegorz Lange
Viessmann

globe 4 2012