Energija sonca

V času, ko je elektrika dražja iz meseca v mesec, in ko se zdi, da vse preveč denarja zapravljamo za energijo, ki bi jo lahko v veliki meri pravzaprav pridobivali sami, so sončne celice pravzaprav idealna rešitev. Čeprav je treba vanje vložiti nekaj denarja, pa se zelo hitro obrestujejo in vam “notri prinesejo” ne le elektriko in toploto, pač pa tudi denarce, ki ste jih vložili ali pa bi jih prekomerno zapravili za običajne ponudnike.

Sončna celica (tudi fotovoltaična celica) je naprava, ki sončne fotone (sončno energijo) s pomočjo elektronov pretvori v elektriko. Zgrajene so iz vseh tankih plasti P in N tipa, ki sta dva osnovna tipa polprevodnikov. Zagotovo ste že videli male kalkulatorje, ki sploh ne potrebujejo baterij in delujejo, dokler je dovolj svetlobe, navadno pa celo nimajo gumba, s katerim bi jih lahko ugasnili? Nekako tako delujejo solarne celice.

Uporaba sončnih celic

Fotovoltaične celice so sprva ekskluzivno uporabljali v vesolju in vesoljskih odpravah ter z energijo oskrbovali satelitske električne sisteme že v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Vse od tedaj je med ljudmi vladalo upanje in prepričanje, da se bomo nekoč lahko sami oskrbovali z elektriko – s pomočjo sonca. Obljuba in možnost za to sta gromozanski, saj lahko sonce na lep, sončen dan oddaja približno 1000 vatov energije na kvadratni meter planetove površine. Mi vam bomo poskušali razložiti, kako energijo izkoriščajo, kako jo lahko vi uporabljate in zakaj nas čaka še kar nekaj raziskav, preden bomo lahko uspešno zmanjšali stroškovnike.
Sončne celice, ki jih vidite na kalkulatorjih, imenovane tudi fotovoltaične (foto = svetloba, voltaične = električne) celice in sončno svetlobo pretvarjajo v elektriko. Narejene so iz polprevodnikov, in ko svetloba udari ob celico, se določen del svetlobe absorbira v material polprevodnika. Ta energija izbija elektrone, da se svobodno premikajo. Ko dodamo kovinske kontakte na vrhu in na dnu celice, lahko ta tok elektronov uporabimo za zunanjo uporabo. In ta tok je tisto, kar definira energijo, ki jo producirajo solarne celice.

Oblačni in zimski dnevi

Pozitivna plat sončnih celic je tudi to, da ob oblačnih dneh zagotavlja zadovoljiv del razpršene svetlobe, s pomočjo katere bodo sončni kolektorji proizvajali elektriko. Seveda sončne in brezoblačne vremenske razmere obljubljajo optimalno proizvodnjo elektrike. Če je vreme delno oblačno z mehkimi oblaki, bodo kolektorji proizvedli približno polovico energije, kot bi jo na sončen dan. Če so oblaki temni in težki, pa se nivo proizvodnje električne energije lahko spusti na od pet do deset odstotkov. Sistem ima seveda navadno podporo pri običajni električni napeljavi, ki vskoči, kadar ni dovolj sončnih žarkov.
Zima pa ni težavna zanje, saj sončne celice zbirajo svetlobne žarke, ne toplotnih. Sončne celice pozimi proizvajajo manj energije preprosto zato, ker so zimski dnevi krajši. Če so kolektorji pokriti s snegom, prenehajo proizvajati električno energijo. Vendar se sneg na njih navadno hitro stopi ali zdrsne z njih. Če jih odstranite sami, lahko takoj spet začnejo funkcionirati. Energijo pa proizvajajo neposredno, je ne shranjujejo, razen če jo priklopite na baterije ali akumulatorje, da se energija zbira tam.

Sončne elektrarne

Za nemoteno pridobivanje solarne elektrike pa poleg solarnih modulov potrebujemo še cel kup drugih elementov, ki skupaj sestavljajo solarne sisteme za elektriko, ki so lahko povezani z javnim omrežjem. Takšnim solarnim sistemom pravimo sončne elektrarne. V času, ko sončne celice proizvajajo višek elektrike, jo oddajajo v omrežje in jo po potrebi od tam tudi jemljejo. Cena solarnega sistema oz. sončne elektrarne je sprejemljiva tudi zaradi subvencij države.

Polprevodnika

N tip dobijo tako, da v čisti silicijev kristal dodajo primesi 5-valentnih elementov: arzena, fosforja ali antimona. P tip pridobijo tako, da v čisti silicijev kristal dodajo primesi 3-valentnih elementov. Ena od teh plasti je debela okoli 0,5 mm (navadno je to plast N), druga pa le nekaj nanomilimetrov. Ob stiku obeh plasti nastane potencialna baterija, saj se prevodniški elektroni in vrzeli gibljejo in ob meji prehajajo tudi na drugo stran. Najprej je snov nevtralna, potem pa zaradi gibljivih nabojev, ki so odsotni, postane naelektrena. Ozek pas ob meji je na strani P negativen, na strani N pa pozitiven in tako med njima nastane električno polje; plast mora biti zelo tanka, da lahko fotoni predrejo do potencialne bariere, kjer izbijajo vezane elektrone. Tako dobimo vrzel – prevodniški elektron, med plastema se pojavi napetost in dobimo generator napetosti, ki sončno svetlobo spremeni direktno v elektriko.

Nekaj prednosti

• Sončna energija je obnovljiv vir energije. To pomeni, da ni nevarnosti, da zmanjšuje svoje rezerve. Četudi izgine za oblake, se spet pojavi in vrne s polno močjo.
• Sončna energija ne onesnažuje. V nasprotju z nafto uporaba sončne energije ne oddaja toplogrednih plinov, prav tako njena pridobitev ne škoduje ekosistemom z izlitji ali izkopavanji. To je verjetno ena od glavnih prednosti sončne energije.
• Energija in toplota sončne energije sta brezplačni. Ko imate pripravljene sončne kolektorje, ne potrebujejo nobene energije za poganjanje.
• Potrebujejo zelo malo vzdrževanja, v veliki meri zato, ker ni nobenih gibljivih delov, ki jih je treba vzdrževati.
• Sončne celice imajo doživljenjsko garancijo.
• Sončna energija je neverjetno vsestranska. Različne izume lahko napajate z njeno pomočjo, vključno z avtomobili, grelniki vode, fontanami, stavbami in sateliti.
• Na oddaljenih lokacijah je uporaba sončne energije bolj realna energijska opcija kot pa povezovanje hiše z mrežo s pomočjo dolgih električnih žic.