UVOD

Sunce se kao nebesko telo formiralo pre 4.6 milijardi godina. Ono sto sunce čini jedinstvenim jeste činjenica da je ono oko 300 hiljada puta bliže zemlji nego što je bliža susedna zvezda. Srednje rastojanje zemlje od sunca iznosi 1.5 10∙ 8 kilometara. Pri tom praktično sva energija koju zemlja dobija i koja je izvor atmosfersikih kretanja dolazi od sunca.

Sunce je gasovita sfera poluprečnika 6.96 10∙ 5 kilometara i mase od približno 1.99 10∙ 30

kilograma. Osnovu njegove gradje čine dva elementa: vodonik i helijum. Vodonik je prisutan u iznosu od oko 75% dok ostalih 25% otpada na helijum.

Temperatura sunca se menja u opsegu od 5100000°C u unutrašnjosti do 5800°C na površini. Gustina sunca brzo opada i to od 15 10∙ 3 kg/m-3 u centru do 10-4 kg/m-3 . Posledica ovakve raspodele gustine je činjenica da je oko 90% mase sunca rasporedjeno u prvoj polovini poluprečnika.

Izvor ogromne količine energije sa kojom sunce raspolaže jeste termonuklearna fuzija koja se pri temperaturi od desetak miliona

Celzijusovih stepeni odigrava u dubokim slojevima. Tom prilikom mehanizmom fuzije u svakom trenutku četri atoma vodonika se spaja u jedan atom helijuma pri čemu se oslobadja velika količina energije.

Energija sunca

Praktično sva energija koju čovek koristi potiče od sunca. Vetar koji danas sve više i više koriste kao izvor energije postoji zbog sunčeve energije, koja se u atmosferi pretvara u kinetičku.

Nama je od interesu u ovom radu pretvaranje energije sunca u električnu energiju uz pomoć sunčanih ćelija to jest fotonaponskom konverzijom. Princip rada solarne ćelije zasniva se na fotoelektričnom efektu: kada se sunčevo zračenje apsorbuje u sunčanoj ćeliji na njenim krajevima se javlja elektromotorna sila.

Prednosti fotonaponske konverzije su mnogobrojne. Sunčane ćelije direktno pretvaraju energiju sunca u električnu bez pokretnih mehaničkih delova, ne zagadjuju okolinu, potrebno im je minimalno održavanje uz radni vek od desetak godina. Mane su im trenutna proizvodnja električne energije, tj. samo u periodu ozračivanja i to proporcionalno jačini sungevog zračenja, gustina snage koju daju je mala (najviše oko 100W/m2), cena im je visoka. I pored svega to je najjednostavniji i najatraktivniji način primene solarne energije.

SOLARNE ĆELIJE

Istorija i budućnost solarnih ćelija

Razvoj solarnih ćelija počinje 1839 godine istraživanjima francuskog fizičara Bekerela (Becquerela). On je primetio fotonaponski efekat dok je eksperimentisao sa elektrodama u rastvoru elektrolita kad se stvorio napon prilikom izlaganja elektroda svetlosti.

Isti efekat na čvrstom telu (selenu) prvi su primetili W.G. Adams i R.E. Day 1877. godine. Zahvaljujući ovome ubrzo je napravljen uredjaj za merenje inteziteta svetlosti. Odmah zatim istraživači su se okrenuli rešavanju problema korišćenja solarnih ćelija kao komercijalnih izvora električne energije.

Nagli razvoj solarnih ćelija počinje 1954. godine kada su Pearson, Fuller i Chapin napravili prvu solarnu ćeliju od monokristalnog silicijuma.

Počev od lansiranja prvog satelita 1959. godine solarne ćelije predstavljaju nezamenljiv izvor električne energije na satelitima, svemirskim brodovima i stanicama. U zemaljskim uslovima od samog početka razvoja solarne ćelije su našle primenu na usamljenim objektima, svetionicama, aerodromima, istraživačkim platformama na moru, stambenim i industrijskim objektima itd.

Princip rada solarne ćelije

Pomoću fotonaponskog efekta sunčeva energija se direktno može pretvoriti u električnu energiju u sunčanim ćelijama. Kada sunčeva ćelija apsorbuje sunčevo zračenje, fotonaponskim efektom se na njenim krajevima proizvede elektromotorna sila i tako sunčana ćelija postaje izvor električne struje.

U silicijumskoj sunčanoj ćeliji na površini pločice P-tipa silicijuma difundirane su primese, na primer fosfor, tako da na tankom površinskom sloju nastane područje N-tipa poluprovodnika. Da bi se skupila naelektrisanja koja su nastala apsorpciom fotona iz sunčevog zračenja, na prednjoj površini nalazi se metalna rešetka, a zadnja je strana prekrivena metalnim kontaktom. Rešetkasti kontakt na prednjoj straini napravljen je tako da se prekrije vise od 5% površine pa on skoro da ne utiče na apsorpciju sunčevog zračenja. Prednja površina ćelije može biti prekrivena i providnim antirefleksijskim slojem koji smanjuje refleksiju sunčeve svetlosti i tako povećava efikasnost ćelije.

Sunčane ćelije proizvode napon oko 0.5V uz gustinu struje oko 20mA/cm. Da bi se dobio odgovarajući napon, odnosno snaga, ćelije se mogu spajati redno i paralelno. Tako se

dobijaju moduli sunčanih ćelija na kojoj su ćelije učvršćene i zaštićene od atmosferskih i drugih uticaja. Moduli se slažu jedan do drugog u fotonaponske ravne kolektore, a kolektori zajedno sa ostalim potrebnim elementima (pretvaračima, regulatorima, akumulatorima) čine fotonaponski sistem.

Sunčana ćelija se izradjuje tako da kada je osvetlimo, na njenim krajevima javlja elektromotorna sila (napon). Kada se sunčana ćelija osvetli, apsorbovani fotoni proizvode parove electron-šupljina. Ako apsorpcija nastane daleko od pn-spoja, nastali par ubrzo se rekombinuje. Ali ako apsorpcija nastane unutar ili blizu pn-spija, unutrašnje električno polje koje postoji u osiromašenom području odvaja nastali elektron i šupljinu (elektron se kreće prema n-strani, a šupljina prema p-strani). Takvo skupljanje elektrona i šupljina na odgovarajućim stranama pn-spoja prouzrokuje elektromotornu silu na krajevima ćelije.

Kada se ćelija osvetli, kontakt na p-delu postaje pozitivan, a kontakt na n-delu postaje negativan. Kada je sunčana ćelija spojena sa spoljašnjim potrošačem i osvetljena, u ćeliju će

zbog fotonapona nastajati fotostruja Is , pa će kroz potrošač teći struja I jednaka razlici struje

diode Id i fotostruje Is.

I = Id – Is = Io (exp (eU/kT) – 1) – I∙ s