U osnovi, postoje dva principa iskori�tavanja Sun?evog zra?enja, pretvaranje solarne energije u toplinsku te direktno pretvaranje u elektri?nu energiju putem fotonaponskih ?elija.

Solarni fotonaponski pretvornici slu�e za izravnu pretvorbu Sun?eve svjetlosti u elektri?nu energiju, a izvedeni su kao fotonaponske ?elije (eng. photovoltaic cells), koje mogu biti na?injenje od monokristali?nog i polikristali?nog silicija, amorfnog silicija, kadmij-telurida ili bakar-indij-diselenida.

Slika 1. Osnovna gra?a fotonaposnke ?elije (izvor: www.skender.hr)

Fotonaponske (engl. Photo Voltaic - PV) ?elije ili solarne ?elije, pretvaraju Sun?evu energiju direktno u elektri?nu. Proizvode elektri?nu energiju bez pokretnih dijelova, operiraju tiho bez emisija i bez nekog ve?eg odr�avanja. Fotonaponske ?elije rade na principu fotoelektri?nog efekta, a slu�e za direktno pretvaranje solarne energije u elektri?nu. Vrlo tanke plo?ice kristali?nog silicija s primjesom arsena izlo�ene Sun?evom zra?enju pona�aju se kao poluvodi?ki spojevi. ?estice svjetlosti (fotoni) atomima silicija izbijaju elektrone iz kristalne re�etke pa se na jednoj strani poluvodi?kog spoja stvara vi�ak negativnog naboja, a na drugoj strani pozitivnog uslijed ?ega dolazi do protoka struje.

Fotonaponske ?elije imaju vi�e slojeva na?injenih od razli?itih materijala. Gornji sloj je stakleni prekriva?, a mo�e biti i neki drugi materijal, koji �titi ?eliju od vremenskih uvjeta. Sljede?i sloj je anti-reflektiraju?i koji spre?ava reflektiranje svjetlosti natrag. Dva poluvodi?ka sloja solarne ?elije uzrokuju gibanje elektrona.

Solarne ?elije imaju i dvije metalne mre�e, tj. dva elektri?na kontakta. Jedna se nalazi ispod poluvodi?kog materijala, a druga iznad. Gornja mre�a ili kontakt skuplja elektrone s poluvodi?a i vodi ih k vanjskom potro�a?u. S donjim kontaktnim slojem zatvara se elektri?ni krug.

Fotonaponski sustavi predstavljaju integriran skup fotonaponskih modula i ostalih komponenata, projektirani tako da primarnu Sun?evu energiju izravno pretvaraju u kona?nu elektri?nu energiju kojom se osigurava rad odre?enog broja istosmjernih i/ili izmjeni?nih tro�ila, samostalno ili zajedno s pri?uvnim izvorom.

Postoje fotonaponski sustavi u obliku malih krovnih sustava za doma?instva (manje od 10 kW), sustavi srednje veli?ine, od 10 do 100 kW i veliki sustavi preko 100 kW koji su spojeni na distribucijsku mre�u.

Tro�kovi solarnih sustava opadaju dramati?no posljednjih dvadeset godina. U ranim 1980-ima tro�kovi su iznosili $25/W, a danas oko $4/W i smatra se da ?e jo� opadati.

Kod fotonaponskih sustava za doma?instva, fotonaponske module je najbolje montirani na krovu ku?e. Izlazna snaga ?elija ovisi o orijentaciji i nagibu modula pa je mogu?a ugradnja kontrolnog sustava kojim se mijenja orijentaciju i kut prema dnevnom i godi�njem gibanju Sunca kako bi se maksimizirala izlo�enost zra?enju.

Solarni moduli zbog svojih elektri?kih svojstava proizvode istosmjernu struju (istu onakvu koju dobijemo iz d�epnih baterija). Komponente kao �to su izmjenjiva?i (charge controllers), baterije i inverteri reguliraju, pohranjuju i isporu?uju elektri?nu energiju krajnjem potro�a?u.

Osnovni prikaz fotonaponskog modula (?elije):

• Negativna elektroda
• Pozitivna elektroda
• n � tip poluvodi?a (Silicij)
• p � tip poluvodi?a (Silicij)
• grani?ni sloj
• stakleni pokriva?
• antireflektiraju?i sloj

�

Slika 2. Fotonaponska ?elija (izvor: diplomski rad Iva ?a?i? �Utjecaj distribuirane proizvodnje na pogon elektroenergetskog sustava�, 2009.)

Elektri?kim spajanjem ?elija tijekom proizvodnje nastaju fotonaponski moduli standardiziranih zna?ajki od kojih se lako grade i prema potrebi nadogra?uju mali, pouzdani i posve nezavisni energetski sustavi. Zahvaljuju?i dugom �ivotnom vijeku, jednostavnoj gra?i i razmjerno niskoj cijeni fotonaponski sustavi pogodni su za postavljanje svuda gdje je izgradnja konvencionalnog energetskog razvoda slo�ena i skupa. Odr�avanje je lako i ne tra�i posebna stru?na znanja ni opremu.

Fotonaponski moduli mogu biti izvedeni na dva na?ina, kao samostoje?i fotonaponski moduli i kao umre�eni. Kao samostoje?i, izvode se kao ?isto istosmjerni, kao kombinacija istosmjerno-izmjeni?ne izvedbe ili kao hibridni s pomo?nim izvorima, koji mogu biti vjetroagregati, hidroturbine, mali kogeneracijski izvori te benzinski ili dizelski agregati. Kada su umre�eni, oni ustvari koriste mre�u kao spremnik energije. Danju, kada je sun?ano vrijeme, svoje �vi�kove� proizvodnje predaju mre�i, a u no?nom re�imu rada, odnosno kada je insolacija mala, iz mre�e se uzimaju �manjkovi�.

Ovisno o na?inu rada, postoje dvije vrste fotonaponskih sustava:

• samostalni (autonomni), za ?iji rad mre�a nije potrebna
• mre�ni, spojeni na elektri?nu mre�u:

1. 1. pasivni, kod kojih mre�a slu�i (samo) kao pri?uvni izvor
   2. aktivni (interaktivni), kod kojih mre�a mo�e pokrivati manjkove, ali i preuzimati vi�kove elektri?ne energije iz fotonaponskih modula
   3. hibridni, koji su zapravo samostalni povezani s drugim (obnovljivim) izvorima.

�

Kod samostalnih (autonomnih) sustava spoj na elektri?nu mre�u nije nu�an uvjet za njihov rad. Kada kod njihove primjene elektri?nu energiju treba isporu?ivati tijekom no?i ili u razdobljima s malim intenzitetom Sun?evog zra?enja potrebno je imati spremnik elektri?ne energije, za �to se u tom slu?aju koriste akumulatori (baterije). Tom sklopu potrebno je dodati regulator za kontrolirano punjenje i pra�njenje baterije, a dodavanjem istosmjerno-izmjeni?nog pretvornika (=12 V / (230 V))� autonomni sustavi mogu zadovoljiti i sve vrste tipi?nih mre�nih potro�a?a, primjerice perilice, hladnjaci, crpke, hidrofori, motori, televizori, radioaparati, ra?unala, usisava?i, mali ku?ni aparati i druga tro�ila.

Prednost ovakvih, samostalnih sustava, je pogodnost za osiguravanje potrebnih koli?ina elektri?ne energije za udaljene (izolirane) potro�a?e kao �to su ruralna (izolirana) ili primorska vikend-naselja ili za neke pojedina?ne objekte, primjerice razne vrste signalizacija i upozorenja, rasvjetu, telekomunikacijske releje, svjetionike, sustave nadgledanja i sli?no.

Slika 3. Samostalni fotonaponski sustav (izvor: diplomski rad Iva ?a?i? �Utjecaj distribuirane proizvodnje na pogon elektroenergetskog sustava�, 2009.)

Suprotno samostalnim fotnaponskim sustavima su sustavi spojeni na mre�u.

Hibridni fotonaponski sustavi, koji nastaju povezivanjem samostalnih s drugim alternativnim izvorima elektri?ne energije. Mogu biti povezani u kombinaciji s vjetroagregatima, hidrogeneratorima, pomo?nim plinskim ili dizelskim agregatima. Njihova mogu?a prednost pred samostalnim fotonaponskim sustavima je svakako ve?a sigurnost i raspolo�ivost isporuke elektri?ne energije te mogu?nost da se kao spremnici elektri?ne energije koriste manji kapaciteti akumulatora. Kod kombinacija (�hibrida�) koje koriste plinske i dizelske agregate sustavi se dimenzioniraju tako da se agregati koriste malo sati u godini ?ime se �tedi gorivo, smanjuju tro�kovi odr�avanja i produljuje �ivotni vijek sustava.

Pasivni mre�ni fotonaponski sustavi elektri?nu mre�u koriste samo uvjetno, odnosno onda kada fotonaponski moduli ne mogu proizvesti dovoljne koli?ine elektri?ne energije, prvenstveno no?u kada su istodobno akumulatori elektri?ne energije prazni. Aktivni, odnosno interaktivni mre�ni fotonaponski sustavi mre�u koriste interaktivno, uzimaju?i je u slu?aju ve?ih potreba ili vra?aju?i je u slu?aju vi�kova elektri?ne energije proizvedene u fotonaponskim modulima.