Predloženo je da se u ovaj tekst uklopi tekst iz članka Fotovoltaici. (Rasprava)

Ako električnu energiju dobivamo direktnom pretvorbom energije sunčeva zračenja tada govorimo o sunčevoj fotonaponskoj (FN) energiji. U fizici ovakva pretvorba energije poznata je pod nazivom fotoelektrični efekt. Uređaji u kojima se odvija fotonaponska pretvorba energije zovu se solarne ćelije.

Sunčeva FN energija ubraja se u obnovljive izvore energije.

Fotonaponska solarna ćelija - uređaj u kojem se odvija direktna pretvorba energije sunčevog zračenja u električnu energiju

Princip rada [uredi]

Prema kvantnoj fizici svjetlost ima dvojni karakter. Svjetlost je i čestica i val. Čestice svjetlosti nazivaju se fotoni. Fotoni su čestice bez mase i gibaju se brzinom svjetlosti. Energijafotona ovisi o njegovoj valnoj duljini odnosno o frekvenciji. Energiju fotona možemo izračunati Einsteinovim zakonom koji glasi:

gdje je:

 - Energija fotona

 - Planckova konstanta, iznosi ×

 - Frekvencija fotona

U metalima i općenito u materiji, elektroni mogu postojati kao valentni ili slobodni. Valentni elektroni vezani su uz atom, dok se slobodni elektroni mogu slobodno gibati. Da bi od valentnog elektrona nastao slobodni, on mora dobiti energiju koja je veća ili jednaka energiji vezanja. Energija vezanja predstavlja energiju kojom je elektron vezan za atom u nekoj od atomskih veza. U slučaju fotoelektričnog efekta elektron potrebnu energiju dobiva od sudara sa fotonom. Dio energije fotona troši se da bi se elektron oslobodio od utjecaja atoma za koji je vezan, a preostali dio energije pretvara se u kinetičku energiju, sada već slobodnog elektrona. Slobodni elektroni dobiveni fotoelektričnim efektom nazivaju se još i fotoelektroni. Energija koja je potrebna da se valentni elektron oslobodi utjecaja atoma naziva se rad izlaza  i ovisi o vrsti materijala u kojem se dogodio fotoelektrični efekt.Jednadžba koja opisuje ovaj proces glasi:

gdje je:

 - Energija fotona

 - Rad izlaza

 - Kinetička energija emitiranog elektrona

Iz gornje jednadžbe vidljivo je da se elektron neće moći osloboditi ako je energija fotona manja od rada izlaza.

Proces konverzije je zasnovan na fotoelektričnom efektu kojeg je otkrio Heinrich Rudolf Hertz 1887. g., a prvi ga objasnio Albert Einstein 1905. za što je 1921. g. dobio Nobelovu nagradu.

Fotoelektrična konverzija u PN spoju

Da bi dobili električnu energiju fotoelektričnim efektom trebamo imati usmjereno gibanje fotoelektrona, odnosno struju. Sve nabijene čestice, a tako i fotoelektroni gibaju se usmjereno pod utjecajem električnog polja. Električno polje koje je ugrađeno u sam materijal nalazi se u poluvodičima i to u osiromašenom području PN spoja (diode). Za poluvodiče treba naglasiti da uz slobodne elektrone u njima postoje i šupljine kao nosioci naboja koje su svojevrstan nusprodukt pri nastanku slobodnih elektrona. Šupljina nastaje svaki put kada od valentnog elektrona nastane slobodni elektron i taj proces naziva se generacija, dok se obrnuti proces, kada slobodni elektron popuni prazno mjesto - šupljinu, zove rekombinacija. Ako parovi elektron-šupljina nastanu daleko od osiromašenog područja moguće je da rekombiniraju, prije nego što ih razdvoji električno polje. Parovi koji nastanu uz osiromašeno područje ili u njemu bivaju privučeni, i to šupljine prema P strani poluvodiča, te elektroni prema N strani poluvodiča. Zbog toga se fotoelektroni i šupljine u poluvodičima, nagomilavaju na suprotnim krajevima i na taj način stvaraju elektromotornu silu. Ako na takav sustav spojimo trošilo, poteći će struja i dobiti ćemo električnu energiju.

Na ovakav način sunčane ćelije proizvode napon oko 0.5-0.7 V uz gustoću struje od oko nekoliko desetaka mA/cm² ovisno o snazi sunčevog zračenja, ali i o spektru zračenja.

Korisnost fotonaponske solarne ćelije definira se kao omjer električne snage koju daje FN solarna ćelija i snage sunčevog zračenja. Matematički se to može formulirati relacijom:

gdje je:

P_el - Izlazna električna snaga

P_sol - Snaga zračenja (najčešće Sunčevog)

U - Efektivna vrijednost izlaznog napona

I - Efektivna vrijednost izlazne struje

E - Specifična snaga zračenja (npr. u W/m²)

A - Površina

Korisnost FN solarnih ćelija kreće se od svega nekoliko postotaka do četrdesetak posto. Ostala energija koja se ne pretvori u električnu uglavnom se pretvara u toplinsku i na taj način grije ćeliju. Općenito porast teperature solarne ćelije utječe na smanjene korisnosti FN ćelije.

Karakteristike pojedinih ćelija [uredi]

PV ćelije iz silicija se izvode u više morfoloških oblika, kao monokristalne, polikristalne i amorfne.

• Monokristalne Si ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 140 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Za proizvodnju monokristalnih Si ćelija potreban je apsolutno čisti poluvodički materijal. Monokristalni štapići se izvade iz rastaljenog silicija i režu na tanke pločice. Takav način izrade omogućuje relativno visoki stupanj iskoristivosti.

• Polikristalne Si ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 130 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Proizvodnja ovih ćelija je ekonomski efikasnija u odnosu na monokristalne. Tekući silicij se ulijeva u blokove koji se zatim režu u ploče. Tijekom skrućivanja materijala stvaraju se kristalne strukture različitih veličina na čijim granicama se pojavljuju greške, zbog čega solarna ćelija ima manju iskoristivost.

• Amorfne Si ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 50 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Ukoliko se tanki film silicija stavi na stakloili neku drugu podlogu to se naziva amorfna ili tankoslojna ćelija. Debljina sloja iznosi manje od 1 µm, stoga su troškovi proizvodnje manji u skladu sa niskom cijenom materijala. Međutim iskoristivost amorfnih ćelija je puno niža u usporedbi s drugim tipovima ćelija. Prvenstveno se koristi u opremi gdje je potrebna mala snaga (satovi, džepna računala) ili kao element fasade.

• Galij arsenidne (GaAs) ćelije: galij arsenid je poluvodič napravljen iz mješavine galija i arsena. Pogodan je za upotrebu u višeslojnim i visoko učinkovitim ćelijama. Širina zabranjene vrpce (band gap) je pogodna za jednoslojne solarne ćelije. Ima visoku apsorpciju pa je potrebna debljina od samo nekoliko mikrona da bi apsorbirao sunčeve zrake. Relativno je neosjetljiv na toplinu u usporedbi sa Si ćelijama te na zračenja. Zbog visoke cijene koristi se u svemirskim programima i u sustavima s koncentriranim zračenjem gdje se štedi na ćelijama. Projekti koncentriranog zračenja su još u fazi istraživanja. Galij indijum fosfidna/galij arsenid (GaInP)/GaAs dvoslojna ćelija ima iskoristivost od 30% i koristi se u komercijalne svrhe za svemirske aplikacije. Ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 300 W električne energije sa površinom ćelija od 1 m2.

• Kadmij telurijeve (CdTe) ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 160 W električne energije sa površinom ćelija od 1 m2 u laboratorijskim uvjetima. Kadmij teleurid je spoj elementa: metala kadmija i polumetala telurija. Pogodan za upotrebu u tankim PV modulima zbogo fizikalnih svojstava i jeftinih tehnologija izrade. Usprkos navedenim prednostima zbog kadmijeve otrovnosti i sumnje na kancerogenost nije u širokoj upotrebi.

Povezivanje ćelija u veće cjeline [uredi]

Povezivanje ćelija može biti izvedeno na dva načina:

1. Paralelno– paralelnim spajanjem dolazi do povećanja jakosti struje s povećanjem površine, izvodi se tako da se svi (+) polovi spoje na isti vodič, analogno i za (-) vodiče.
2. Serijski – serijskim spajanjem dolazi do povećanja napona s povećanjem površine, izvodi se tako da se naizmjenično spajaju (+) i (-) pol ćelija u nizu.

Planiranje i prilagodba sustava [uredi]

Jedan kvadratni metar fotonaponskih solarnih panela može proizvesti do 150 W bez održavanja snage do trideset godina. Oni će čak i raditi na difuzno svjetlo kad su oblačni dani, ali sa manje izlazne snage. Napon proizveden fotonsponskim panelom ostaje približno isti bez obzira na vrijeme, ali jakost (A) i snaga (W) će varirati. Najvažniju varijablu koju treba imati na umu pri planiranju fotonaponskih solarnih instalacija je izlazna snaga, koje će uglavnom ovisiti o četiri faktora:

1. maksimalna snaga vašeg panela (mjereno u peak-vatima ili Wp)
2. intenzitet svjetlosti
3. broj sati izloženosti suncu i
4. kut izlaganja suncu

Rad pri intenzivnom dnevnom svjetlu Maksimalna snaga Pmax panela izražava se u Wp, znači koliki broj vati (W) će panel proizvoditi u optimalnim uvjetima, tj. u podne na direktnu sunčevu svjetlost po hladnom vremenu. Maksimalni intenzitet sunca je 1,000 W/m2. Sljedeći faktori će utjecati na količinu sunca, a koji utjeću na učinkovitost fotonaponskih panela: 1. vremenski uvjeti (oblaci, magla i sl.) 2. Kako je sunce visoko na nebu 3. Broj sunčanih dana 1) Prvi faktor se pomalo olako shvaća, 50 W panela bi trebao proizvesti 50 W za svaki sat od sunca 1,000 W / m2. Paneli će proizvesti oko pola tog iznosa (25 vata svaki sat) kada su izloženi do 1/2 svjetla (500 W / m2). Difuzno svjetlo koje prolazi kroz tanke oblake moglo bi davati oko 300 W / m2. U vrlo lošim vremenskim uvjetima s debelim, tamnim oblacima, intenzitet svjetlosti mogao bi pasti na 100 W / m2 i proizvesti samo 5 W po satu. 2) Drugi faktor, visina sunca iznad horizonta varira od godišnjeg doba. Kada je sunce vrlo visoko u nebo (ljeto), njegove zrake putuju kroz atmosferu brže na kraće udaljenosti, nego kad je nisko na nebu (zimi). Sunčeve zrake su raspršene sve više i tim više postaju difuzne prilikom prolaska kroz maglu ili zagađenja. Mjesto koje dobiva puno sunca u 9. mjesecu moglo bi biti zasjenjeno od studenog do siječnja zbog prepreka (drveće, dimnjaci, krovova i sl.). 3) Treći faktor stvara najveći problem za one koji ne žive u blizini ekvatora, odnosno razlika u broju sunčanih sati između godišnjih doba. Optimalno okretanje panela prema Suncu Uvijek je najbolje da se paneli usmjere prema jugu sa idealnim kutem nagiba ovisno o geografskom položaju i dobu godine. Sunčeve zrake trebaju padati okomito na panel. Idealna situacija u Europi je da imamo krov okrenut prema jugu s kutem između 40 i 60 stupnjeva, ili, još bolje, ravni krov ili površinu na kojem možemo panele podesiti po volji. Može se odstupati od ovih vrijednosti ako nismo u mogućnosti ih izvesti ili iz estetskih razloga, da bi ih uklopitli u postojeće arhitektonske strukture. Budućnost fotonaponskih sistema ovisit će u velikoj mjeri o skladnoj integraciji panela u gradnji zgrada.

Ostali parametri [uredi]

Od ostalih parametara koji još nisu spomenuti, sa energetskog stanovišta, bitno je vrijeme povrata uložene energije. Kao i svaki uređaj, tako i FN solarne ćelije, da bi se proizvele, zahtjevaju određeni ulog energije. Vrijeme povrata uložene energije je vrijeme koje FN ćelija mora raditi da bi proizvela električnu energiju koja je bila potrebna za njenu proizvodnju. To vrijeme iznosi od jedne do nekoliko godina, dok je rok trajanja od 10 do 30 godina, ovisno o tehnologiji.

Razvoj fotonaponske tehnologije i tržišta [uredi]

Pod razvojem fotonaponske tehnologije podrazumjeva se razvoj tržišta sunčeve FN energije i razvoj same tehnologije.

Razvoj tržišta [uredi]

Kada govorimo o tržištu FN energije mislimo na instalirane kapacitete solarnih ćelija u nekoj regiji ili svijetu. Unazad desetak godina, tržište FN tehnologije raste praktički eksponencijalno. Države u kojima je proizvedeno najviše FN solarnih ćelija su Japan, Njemačka, zatim SAD, te Taiwan i Kina.

Tržište fotonaponskih solarnih ćelija unazad nekoliko godina eksponencijalno raste

U 2007. godini svijetska proizvodnja FN solarnih ćelija iznosila je oko 3800 MW, dok je porast proizvodnje u odnosu na 2006. godinu iznosio 50%. Ovakav drastičan porast može se objasniti državnim poticajima za obnovljive izvore energije, sve većom brigom za okoliš unazad nekoliko godina (Kyoto protokol), te rastom cijena nafte.

Zbog komplicirane političke situacije u Europi i različite politike svake od država članica, ne postoji usuglašen pristup obnovljivim izvorima energije. Unatoč tome, Europska unija je postavila cilj da do 2010. godine 12% ukupne i 22% električne energije bude proizvedeno iz obnovljivih izvora energije. Postavljen je cilj da se ukupno ugradi 3000 MW fotonaponskih sustava do 2010. godine, što je povećanje od sto puta u odnosu na 1995. godinu. Pripadajuća godišnja proizvodnja električne energije je između 2,4 i 3,5 TWh, ovisno o lokaciji na kojoj je sustav ugrađen.

Unatoč postojanju dvije hrvatske tvornice sunčanih ćelija, Solar cells d.o.o. iz Splita i Solaris d.o.o. iz Novigrada, ne postoji uspostavljen državni program poticanja pa se većina proizvedenih sunčanih ćelija izvozi.

Razvoj tehnologije [uredi]

Prva moderna fotonaponska solarna ćelija napravljana je 1956. godine u Belovom laboratoriju. Prve FN ćelije bile su razvijane za svemirske programe.

Fotonaponske solarne ćelije napravljene tehnologijom tankog filma

Razvoj FN tehnologije zadnjih se godina, potaknut jakim razvojem tržišta, intezivno mijenja. Do danas je razvijeno mnogo materijala od kojih su najčešće u upotrebi silicij, zatim galij-arsenid, kadmij-sulfid, kadmij-telurid i mnogi drugi. Također postoji više tehnologija izrade FN ćelija. Tako su razvijene tehnologije izrade FN ćelija od kristalnih poluvodiča i u obliku tankog filma. Tipovi FN ćelija od kristalnih poluvodiča su:

• Silicijeve Si monokristalne, polikristalne i amorfne
• Galij arsenidne GaAs
• Bakar-inidum-diselenidne CuInSe₂
• Kadmij-telurijeve CdTe

Za sada na tržištu prevladavaju ćelije od kristalnog silicija, dok se predviđa da će u budućnosti sve veći udio pripasti tankom filmu. Tehnologija tankog filma omogućuje znatnu uštedu materijala, mnogo fleksibilniju ugradnju FN ćelija, pošto ih je moguće saviti. Nadalje, solarne ćelije napravljene tehnologijom tankog filma imaju znatno kraće vrijeme povrata uložene energije dok im je korisnost nešto niža.

Silicij kao osnovni materijal apsolutno dominira s udjelom 98,3%, i to pretežito tehnologija kristaliničnog silicija s 93,7% udjela u ukupnoj proizvodnji. Sve do nedavno (2000. g.) prevladavala je tehnologija proizvodnje monokristaliničnog silicija dobivenog tzv. Czochralskijevim postupkom ili tehnologijom lebdeće zone (eng. float zone). Proizvodnja monokristaliničnog silicija je skuplja no učinkovitosti ćelija su veće. Danas ta tehnologija sve više gubi korak u usporedbi s tehnologijom multikristaliničnog silicija (Mc-Si). Prednosti multikristaliničnog silicija su manja kapitalna ulaganja za proizvodnju vafera, veća iskoristivost silicija zbog korištenja četvrtastih vafera koji daju veću aktivnu površinu modula u usporedbi s okruglim ili kvazi-okruglim oblikom monokristaliničnog vafera. U Mc-Si tehnologiji lakše se proizvode ćelije većih površina veličina (150×150 i 200×200 mm), što pojednostavljuje njihovu ugradnju u module. Mc-Si tehnologije u ukupnoj proizvodnji sunčanih ćelija u 2003. g. su sudjelovale sa 57.2%.

Trakasti silicij ima prednost što je u njegovom procesu proizvodnje izbjegnuta potreba rezanje vafera, čime se gubilo i do 50% materijala u procesu pilanja. Međutim, kvaliteta i mogućnost proizvodnje nije takva da bi ova tehnologija preuzela vodstvo u bliskoj budućnosti. Najveći tehnološki nedostatak kristaliničnog silicija je svojstvo da je poluvodič s tzv. indirektnim zabranjenim pojasom zbog čega su potrebne relativno velike debljine aktivnog sloja kako bi se u najvećoj mjeri iskoristila energije Sunčeva zračenja. U tehnologiji tankog filma primjenjuju se poluvodiči s tzv. direktnim zabranjenim pojasom i njihove debljine mogu biti znatno manje, uz značajno manji utrošak materijala, što obećava nisku cijenu i mogućnost proizvodnje velikih količina ćelija. Nažalost, iako dugo najavljivane, tehnologije sunčanih ćelija u tankom filmu s amorfnim silicijem, CIS, CdTe i druge, zbog cijene, niske učinkovitosti, stabilnosti modula ili okolišne prihvatljivosti još uvijek nisu pokazale svoju tržišnu sposobnost i trebat će značajna ulaganja da postanu konkurentne kristaliničnom siliciju. Udio tehnologija tankog filma (amorfni silicij, CdTe, CIS), unatoč značajnim naporima uloženim u istraživanja ostao je vrlo skroman, oko 6.3% tržišta u 2003. godini. Međutim, snažan rast proizvodnje sunčanih ćelija s kristaliničnim silicijem može prouzročiti porast cijene i nestašicu sirovog silicija pa je moguć i veći proboj ovih tehnologija u budućnosti.

Električno polje osiromašenog područja, osim što služi da razdvoji i usmjeri gibanje slobodnih naboja u PN spoju, stvara dodatnu energetsku barijeru slobodnim nosiocima naboja. Slobodni nosioci (elektroni i šupljine) nastali iz sudara valentnog elektrona i fotona trebaju imati dovoljno energije da bi savladali i energetsku barijeru. S tog stanovišta, energetska barijera bi trebala biti što manja, ali kada je ne bi bilo, ne bi bilo niti električnog polja, niti funkcije koju ono obavlja. Prema ovakvom rezoniranju izračunata je teorijska maksimalna korisnost za određane energetske barijere. Iznos (širina) energetske barijere ima različite iznose za PN spojeve izrađene od različitih materijala. Širini energetske barijere električnog polja u PN spoju u FN ćeliji posvećuje se puno pozornosti u tehnologiji izrade FN ćelija. Optimalno je da iznosi oko 1.4 eV.

Diagram prikazuje teorijsku efikasnost (korisnost) u ovisnosti o energiji praga (energetskoj barijeri) za fotonaponske solarne ćelije

Slika prikazuje kako pojedini poluvodički materijali korišteni za izradu fotonaponskih solarnih ćelija koriste različite dijelove spektra sunčevog zračenja

Koncentrirajući fotonaponski solarni modul

Pri fotoelektričnom efektu samo dio fotona može izazvati fotoelektrični efekt. Za pojedine materijale postoje različite granice energija fotona koje mogu izazvati fotoelektrični efekt. Na primjer, silicijska FN ćelija ima maksimum spektralne osjetljivosti za valnu duljinu od 800nm, tj. najbolje apsorbira svjetlost te valne duljine. Pri upotrebi samo jednog materijala za izradu FN solarne ćelije veliki dio energetskog spektra fotona ostaje neiskorišten. Zbog toga se istražuju FN solarne ćelije izrađene od više PN spojeva, odnosno od više poluvodičkih materijala. Svaki materijal koristi dio spektra sunčevog zračenja. Ovakve solarne ćelije nazivaju se višeslojne fotonaponske solarne ćelije (eng. multijunction photovoltaic cells). Na ovaj način moguće je postići veće korisnosti, čak veće od teorijskih korisnosti pri upotrebi samo jednog materijala. Do sada su postignute korisnost FN solarnih ćelija do oko četrdesetak posto.

Pošto su ovakvi novi materijali vrlo skupi, sunčeva svjetlost se optičkim sustavom zrcala ili leća koncentrira na male površine skupih fotonaponskih ćelija. Ovakva izvedbaekonomski je opravdana ako su fotonaponske ćelije skuplje od optičkog sustava za koncentriranje. Uz ovakvu izvedbu potrebna je manja površina fotonaponskih solarnih ćelija. Na taj način grade se moduli kao na slici koja je prikazana lijevo od teksta.

Primjena [uredi]

Fotonaponska solarna elektrana Serpa u Portugalu snage 11 MW

Fotonaponske solarne ćelije napajajuMeđunarodnu svemirsku stanicuelektričnom energijom

Primjena FN solarnih ćelija danas je dosta raširena i postaje sve raširenija. U Hrvatskoj FN ćelije najčešće možemo vidjeti kao izvore napajanja parkirališnih automata, ili na kalkulatoru kao pomoćni izvor napajanja. Koriste se na kao izvori napajanja na umjetnim satelitima isvemirskim stanicama. Koriste se i u dekorativne svrhe kao npr. u Zadru (instalaciji Pozdrav Suncu). Također se koriste za proizvodnjuelektrične energije u solarnim elektranama.

Zapravo, jedna od najčešćih primjena FN sunčanih ćelija je napajanje električnom energijom uređaja, industrijskih objekata, kućanstava na mjestima gdje nema električne energije, na lokacijama koji su udaljene od elektroenergetskog sustava ili je jeftinije ugraditi fotonaponski sustav nego napraviti instalacije za napajanje iz elektroenergetskog sustava. Fotonaponski sustav čine fotonaponske ćelije spojene sabaterijama i potrošačem.

Postoje pokušaji da se FN ćelije koriste u transportu. U Australiji se primjerice svake godine održava utrka solarnih električnih automobila(eng. Australia World solar challange). Dionica utrke se proteže preko cijelog Australskog kontinenta.

Ekonomija [uredi]

Prikaz fotonaponskog solarnog potencijala u Europi

Za sada, proizvodnja električne energije iz fotonaponskih solarnih ćelija nije ekonomična u usporedbi sa drugim izvorima, ako se u obzir ne uzmu poticaji. Jedan kilovat instalirane snage za FN ćelije iznosi preko nekoliko tisuća USD (4500-13500 USD), dok je za elektranuna plin ta cijena oko 400 USD. U mnogim državama, a tako i u Hrvatskoj, postoje poticaji i privilegije za obnovljive izvore energije. Fotonaponske solarne ćelije u Hrvatskoj ubrajaju se u povlaštene izvore električne energije. Energija proizvedena iz povlaštenog izvora uvijek se otkupljuje, i to po cijeni znatno višoj nego što je prosječna cijena električne energije u Hrvatskoj. Na ovaj način FN ćelije su isplative uz vrlo mali ili gotovo nikakav profit. Slabu ekonomičnost moguće je opravdati činjenicom da nije potrebno nikakvo gorivo za proizvodnju električne energije iz FN ćelija, te relativno dobrim utjecajima na okoliš.

Ekonomičnost FN solarnih ćelija jako zavisi od mjesta gdje je postrojenje instalirano. Zamjesto na kojem je instalirano FN postrojenje bitno je da ima mnogo dozračene sučeve energije kroz godinu. Najbolje su pozicije oko ekvatora, dok su pozicije koje su udaljenije od ekvatora uglavnom sve lošije. Da bi se poboljšala ekonomičnost FN postrojenja, FN moduli se naginju i orjentiraju prema Suncu.

Utjecaj na okoliš [uredi]

Sam rad FN solarnih ćelija praktički ne opterećuje okoliš. Pri radu FN ćelija ne proizvode se staklenički plinovi. Da se električna energija nije proizvela u fotonaponskim ćelijama, morala bi se proizvesti iz nekog od konvencionalnog izvora električne energije (npr. u termoelektrani) koja pritom proizvodi stakleničke plinove. Zbog toga FN solarne ćelije imaju pozitivan utjecaj na okoliš, a njihovom upotrebom smanjuju se emisije stakleničkih plinova.

Ono što u fotonaponskoj tehnologiji opterećuje okoliš jest proizvodnja FN ćelija, te uporaba toksičnih materijala poput kadmija. Proces dobivanja silicija, kao najčešćeg materijala od kojega se izrađuju fotonaponske ćelije, energetski je vrlo zahtjevan. O tome najbolje govori činjenica da vrijeme povrata uložene energije za proizvodnju FN ćelija od kristalnog silicija iznosi oko 3 godine. To se može ublažiti upotrebom drugačijih tehnologija, poput tehnologije tankog filma.

Loša strana, što se tiče utjecaja na okoliš, je to što je potrebno zauzeti vrlo veliku površinu za instalaciju kapaciteta kako bi se osigurala dovoljna količina električne energije. Primjerice da bi se iz fotonaponskih ćelija proizvelo tokom jedne godine jednako energije koliko je iznosila godišnja potrošnja elektične energije 2006. godine u Hrvatskoj, potrebno bi bilo zauzeti parcelu od oko 70 km². Radi ilustracije, to je jednako površini koju zajedno pokrivaju akumulacije hidrocentrala Buško blato (55 km²) i Perućko jezero (15 km²). Za izradu tako velikih kapaciteta bilo bi potrebno vrlo mnogo materijala. Pošto su neki od materijala za izradu FN ćelija toksični, to bi predstavljalo rizik za okoliš. Osim toga površinaispod FN ćelija ne može se obrađivati, tako da je bolje da se FN postrojenja grade na neobradivim područjima kao što su pustinje i sl. Ovi negativni utjecaji na okoliš nikako se ne bi trebali podcjenjivati i zanemarivati.

Prednosti FN tehnologije su da je to relativno čista tehnologija. Tijekom rada ne opterećuje, u prevelikoj mjeri, okoliš i ne proizvodi stakleničke plinove.