Istnieją dwa główne sposoby pozyskiwania energii elektrycznej z energii wytwarzanej przez słońce:

• pośredni, nazywany heliotermicznym (termodynamicznym); promieniowanie słoneczne przetwarzane jest w ciepło, które napędza turbinę generatora produkującego energię elektryczną;

• bezpośredni, nazywany helioelektrycznym (fotowoltaicznym); kompleksowe wykorzystanie przetworników fotoelektrycznych, czyli ogniw słonecznych.

Elektrownie słoneczne budowane są najczęściej według dwóch koncepcji konstrukcyjnych, koncepcji scentralizowanej (Central Receiver System, CRS) oraz koncepcji zdecentralizowanej (Distributed Solar System, DSS).

W konstrukcyjnych systemach scentralizowanych zwierciadła płaskie (heliostosy) odbijają promienie słoneczne z dużej powierzchni w kierunku absorbera, który zamontowany jest na wieży o wysokości od 70 do nawet 200 metrów. Zwierciadła płaskie posiadają specjalistyczne napędy pozwalające im podążać za pozornym ruchem słońca. Całość systemu sterowana jest za pomocą komputerów, co gwarantuje precyzję w zbieraniu i odbijaniu promieni słonecznych.

Zamontowany na wieży absorber przepływowy (chłodzony wodą) wytwarza parę wodną, która w sposób bezpośredni napędza turbinę. Krążące w obiegu pierwotnym chłodziwa ciekłometaliczne (np. sód) i powietrze (lub wymiennie – hel) przekazują ciepło w wytwornicy pary, która tworzy obieg wodno‑parowy elektrowni.

Systemy scentralizowane są bardzo drogie w budowie i eksploatacji, ale pozwalają pracować elektrowni nawet w dni pochmurne oraz nocą.

W konstrukcyjnych systemach zdecentralizowanych promieniowanie słoneczne ogniskowane jest w koncentratorach parabolicznych, a konkretniej na znajdujących się bezpośrednio przed nimi odbiornikach oraz rurach absorpcyjnych, w których płynie tzw. czynnik roboczy (najczęściej olej charakteryzujący się niewielką lepkością). Olej przekazuje ciepło w wytwornicy pary, tworząc obieg wodno‑parowy (powstająca para napędza turbinę).

W tego typu elektrowniach słonecznych wykorzystywany jest zawsze kocioł gazowy, który podczas przerw w dostarczaniu energii słonecznej (np. z powodu niskiego nasłonecznienia) potrafi utrzymać ciągłość cieplną.

Koncentratory paraboliczne (rynnowe lub liniowe) tworzą tzw. farmy słoneczne. W dużych zdecentralizowanych elektrowniach liczba koncentratorów może sięgać nawet kilkuset tysięcy i zajmować powierzchnię kilku lub kilkunastu kilometrów kwadratowych.

Metoda helioelektryczna opiera się na bezpośredniej przemianie energii elektromagnetycznej (słonecznej) w energię elektryczną za pomocą ogniw fotoelektrycznych zwanych także fotowoltaicznymi oraz słonecznymi.

Ogniwo takie jest przetwornikiem, w którym następuje bezpośrednia (bez udziału ciepła) przemiana energii promieniowania świetlnego w energię elektryczną dzięki wykorzystaniu zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego.

Wewnętrzne zjawisko fotoelektryczne dzięki wykorzystaniu energii fotonu pozwala zmienić poziom energetyczny elektronu z niższego na wyższy. Warto pamiętać, że energia fotonu jest zawsze zależna od częstotliwości promieniowania, dlatego największą moc posiadają fotony charakteryzujące się małą długością fali.

Zjawisko fotoelektryczne opisywane jest przez teorię pasmową, która mówi, że w ciałach stałych istnieją dozwolone oraz zabronione pasma energetyczne, w których mogą „mieścić się” elektrony. Według niej pasmem walencyjnym nazywa się pasmo w pełni wypełnione elektronami, zaś pasmo położone wyżej (sąsiednie) – pasmem przewodnictwa.

Do budowy ogniw słonecznych wykorzystuje się półprzewodniki elementarne takie jak: krzem (Si, stosowany najpowszechniej), german (Gr) oraz cyna (Zn). Mają one różne poziomy energii. Gdy światło słoneczne pada bezpośrednio na ogniwo, fotony powodują w zastosowanych półprzewodnikach uwolnienie elektronów z jednej warstwy na drugą, co tworzy różnicę potencjałów między warstwami, zgodnie z teorią pasmową.

Ogniwo słoneczne zazwyczaj składa się z wielu takich warstw ułożonych na sobie, co zwiększa wydajność przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną. Warto pamiętać, że tylko ok. 30% elektronów docierających ze słońca na Ziemię dysponuje wystarczająca mocą, aby wybić elektron z półprzewodnika.

Obecnie ogniwa słoneczne wykonywane są przede wszystkim z mono- lub polikrystalicznego krzemu. Stosuje się je powszechnie w wielu istotnych urządzeniach, takich jak panele np. słoneczne, ładowarki słoneczne, zegarki czy kalkulatory, a także w elektrowniach słonecznych, gdzie generują znacznie większą ilość energii elektrycznej.

Ogólna budowa ogniwa słonecznego (klip):

Wróć do spisu treściD1EFjWdF6Wróć do spisu treści

Powrót do materiału głównegoDKe2NeVcXPowrót do materiału głównego