Sončne plošče: opredelitev, vrste, uporaba in način delovanja

Sončne plošče pridobivajo energijo iz sonca, ki jo ljudje lahko uporabljajo. Obstajata dve vrsti sončnih kolektorjev, in sicer tisti, ki zbirajo toploto (termični), in tisti, ki proizvajajo električno energijo (fotonapetostni). Toplota iz sončnih kolektorjev se pogosto uporablja za ogrevanje prostorov in pripravo tople vode.

Sončne plošče zbirajo obnovljivo energijo. V 20. stoletju so nekateri sončno toploto uporabljali za proizvodnjo pare za parni stroj, ki je vrtel generator. Danes je proizvodnja električne energije iz sončne svetlobe cenejša. To je polprevodniški način proizvodnje električne energije, kar pomeni, da nima gibljivih delov.

Domači sončni kolektorji so pogosto nameščeni na strehah. Komercialne ali industrijske naprave so pogosto nameščene na sledilnih napravah, ki so nameščene na tleh. Sledilniki usmerjajo panel proti soncu, ko se sonce premika po nebu. Fotonapetostne plošče se pogosto uporabljajo tudi v vesolju, kjer so eden redkih razpoložljivih virov energije.

Kaj so sončne plošče in osnovni principi delovanja

V splošnem izraz "sončne plošče" zajema dve glavni tehnologiji:

• Sončni kolektorji (termični) — zbirajo sončno energijo v obliki toplote, ki se lahko uporablja za ogrevanje sanitarne vode, prostorov ali industrijske procese.
• Fotonapetostne plošče (PV) — pretvarjajo sončno svetlobo neposredno v električno energijo s pomočjo polprevodniških materialov.

Pri fotonapetostnih modulih fotoni iz sončne svetlobe sprožijo gibanje elektronov v polprevodnikih (npr. silicij), kar ustvarja tok. Termični kolektorji pa absorbirajo sončno sevanje in ga prenesejo na prenosno tekočino (vodo ali protizmrzovalno mešanico).

Vrste in konstrukcija

• Fotonapetostne plošče:
  • Monokristalni silicij — višja učinkovitost, običajno temnejši videz.
  • Polikristalni (multikrystalni) silicij — nekoliko nižja cena in učinkovitost.
  • Tanek sloj (amorfni, CIGS, CdTe) — bolj prožni, manjša učinkovitost, primernejši za določene aplikacije.
• Termični kolektorji:
  • Ploskvi (flat-plate) — primerni za ogrevanje sanitarne vode in prostorov.
  • Cevaste (evacuated-tube) — boljši pri nizkih temperaturah in ob oblačnem vremenu.
  • Konzentratni (CSP) — za visoke temperature in industrijsko proizvodnjo pare.

Komponente sončnega sistema (PV)

• Moduli (plošče) — ustvarjajo enosmerni tok (DC).
• Inverter — pretvori DC v izmenični tok (AC), primeren za gospodinjstvo ali priklop v omrežje; pogosto vključuje tudi sistem za sledenje največji moči (MPPT).
• Merilna in varnostna oprema — odklopniki, zaščite pred prenapetostjo, in merilniki porabe/oddaje.
• Baterije (opcijsko) — za shranjevanje viška energije in zagotavljanje napajanja v času brez sonca.
• Sledilni sistemi (trackers) — povečajo proizvodnjo z usmerjanjem panelov proti soncu.

Uporaba sončnih plošč

• Domača raba: ogrevanje sanitarne vode, ogrevanje prostorov, napajanje električnih naprav, polnjenje vozil.
• Komercialne in industrijske instalacije: velike strešne ali zemljiške elektrarne, integracija v proizvodne procese (npr. sušenje, ogrevanje).
• Distribucija v omrežje: fotonapetostne elektrarne prodajajo presežno elektriko v elektroenergetsko omrežje (odvisno od regulacij lahko deluje sistem neto merjenja ali tarife za odkup).
• Izvenmrežne aplikacije: oskrba odmaknjenih območij, svetilka, telekomunikacijske postaje, vesoljske naprave (sateliti) — tu se PV sistemi pogosto uporabljajo zaradi zanesljivosti in razmerja moč/masa.

Namestitev, orientacija in sledilniki

Za optimalno delovanje so paneli običajno nameščeni na strehe usmerjeni proti jugu (na severni polobli). Naklon strehe vpliva na letno proizvodnjo — splošno priporočilo je naklon v območju geografske širine objekta ±15°. Sledilniki (single-axis ali dual-axis) lahko povečajo letno izkoristek za 10–40 % v primerjavi s fiksno namestitvijo, vendar povečajo stroške in kompleksnost.

Učinkovitost, življenjska doba in vzdrževanje

• Učinkovitost PV plošč se giblje od približno 15 % (tanki sloji) do 22–24 % in več (najboljši monokristalni moduli). Celoten sistemski izkoristek je odvisen tudi od inverterja, namestitve in izgub v kablih.
• Življenjska doba modulov je običajno 25–30 let, učinkovitost pa se s časom rahlo znižuje (degradacija ~0,5–1 % na leto). Inverterji imajo krajšo življenjsko dobo (približno 10–15 let) in jih je treba občasno zamenjati.
• Vzdrževanje je bolj kot ne preprosto: redno čiščenje (od prahu, listja, snega), pregled stikov in nosilne konstrukcije, ter preizkusi delovanja in inverterja.

Prednosti in omejitve

• Prednosti: uporablja obnovljivo energijo, zniža stroške elektrike, skoraj nič gibljivih delov (pri PV), nizke obratovalne stroške, modularnost in možnost hitro rasti kapacitete.
• Omejitve: odvisnost od sončnega sevanja (noč, oblačnost), začetni investicijski stroški, potreba po prostoru za večje inštalacije, vprašanja shranjevanja energije in recikliranja materialov ob koncu življenjske dobe.

Okoljski vidiki in recikliranje

Sončne plošče bistveno zmanjšajo izpuste CO2 v primerjavi s fosilnimi viri. Vendar pa proizvodnja modulov vključuje porabo energije in uporabo surovin (npr. silicij, srebro, steklo, kovine). Obstajajo programi in tehnologije za recikliranje solarnih modulov, ki omogočajo vrnitev stekla, kovin in recikliranega silicija v nove izdelke. Pomembno je načrtovati pravilno odlaganje in recikliranje ob koncu življenjske dobe.

Stroški in povračilo naložbe

Cena sistema je odvisna od velikosti, vrste modulov, prisotnosti baterij, stroškov montaže in morebitnih subvencij. V mnogih državah so razpoložljive subvencije, davčne olajšave ali sheme odkupa elektrike, ki skrajšajo obdobje povračila naložbe — običajno med 5 in 15 leti, odvisno od pogojev. Cene tehnologije so se v zadnjih desetletjih močno znižale, kar povečuje dostopnost.

Nasveti pri izbiri in nakupu

• Določite svoje letne potrebe po elektriki ali toploti in izračunajte primerno velikost sistema.
• Preverite kakovost in garancije proizvajalca (garancija moči za PV modulinorma 25 let; garancija izdelave običajno 10–12 let).
• Razmislite o dodatkih: baterije za avtonomno obratovanje, sledilniki za večjo proizvodnjo, kvalitetni inverterji z MPPT.
• Poiščite certificirane izvajalce ter primerjajte cene in reference.

Sončne plošče so danes ključni del prehoda na čisto energijo — nudijo prilagodljive rešitve od posameznih gospodinjstev do velikih elektrarn in v številnih primerih omogočajo zanesljivo, cenovno ugodno in okolju prijazno dobavo energije.

Uporaba

Deset najpogostejših načinov uporabe solarnih panelov vključuje,

• toplota za vaš dom
• energetske črpalke
• polnjenje baterije za notranjo in zunanjo svetlobo v sončnem dnevu za uporabo v nočnih urah.
• napajanje vašega doma, avtodoma, koče, lope za orodje ali katere koli druge zgradbe.
• pri ogrevanju bazenov se v solarnem sistemu za ogrevanje tople vode uporabljajo solarni paneli za ogrevanje tople vode. Te je mogoče namestiti na streho, da zbirajo sončno toploto, ki se nato pripelje v bazen.
• Sončne celice se uporabljajo tudi pri raziskovanju vesolja in drugih oblikah prevoza.

STS-97 ISS

Vprašanja in odgovori

V: Za kaj se uporabljajo sončni kolektorji?

V: Koliko vrst solarnih panelov obstaja?

V: Kakšna je razlika med toplotnimi in fotonapetostnimi sončnimi kolektorji?

V: Kako so ljudje v 20. stoletju uporabljali sončno toploto?

V: Ali je proizvodnja električne energije iz sončne svetlobe cenejša ali dražja od uporabe pare iz sončne toplote?

V: Kje so pogosto nameščeni domači sončni kolektorji?

V: Kje so pogosto nameščeni komercialni ali industrijski sončni paneli?

Išči po črki