Fotogalvaanika – määratlus, toimimine ja rakendused

Fotogalvaanika (PV) on päikeseenergiat sisaldavate elementide kogum, mis muundab päikesekiirguse või päikeseenergia alalisvooluliseks elektrienergiaks. Tänu kasvavale nõudlusele taastuvate energiaallikate järele on päikesepatareide ja fotogalvaaniliste paneelide tootmine viimastel aastatel märkimisväärselt arenenud ja nende maksumus on langenud.

Fotogalvaaniline päikeseenergia kasvab kiiresti, alates väikesest baasist kuni 130 000 MW koguvõimsuseni maailmas 2013. aasta lõpus. Rohkem kui 100 riigis kasutatakse päikeseenergiat. Paigaldised võivad olla maapealsed (ja mõnikord integreeritud põllu- ja karjamaaga) või ehitatud hoone katusele või seintele.

Mis on fotogalvaanika ja kuidas see töötab?

Fotogalvaanika põhineb fotogalvaanilisel efektil: teatud materjalide, tavaliselt pooljuhtide (näiteks ränipõhiste elementide), pinnal tekivad valguse mõjul vabad elektrilaengud (elektronid ja augud). Need laengud eraldatakse ja juhitakse läbi välise vooluahela, moodustades elektrivoolu. Üksik PV-element (rakke) toodab vähe pinget, seetõttu ühendatakse need rühmadena paneelideks ja paneelid omakorda moodustavad suuremad süsteemid.

Põhilised paneelide tüübid

• Monokristalne ränipaneel – kõrge efektiivsusega, ühtlase väljanägemisega, tavaliselt kallim.
• Polükristalne (polü) ränipaneel – odavam, veidi madalama efektiivsusega kui monokristalne.
• Õhuke kile (thin-film) – kergem ja paindlikum, sobib mõnele spetsiaalsele rakendusele, aga tavaliselt madalama efektiivsusega.
• Uued tehnoloogiad – perovskiidid, tandemlahendused ja bifacial-paneelid suurendavad efektiivsust ja laiendavad kasutusvõimalusi.

Süsteemi peamised komponendid

• Päikesepaneelid – muundavad valgust elektriks.
• Inverter – muundab paneelide toodetud alalisvoolu (DC) vahelduvvooluks (AC), mida kasutatakse enamikes kodumasinates ja võrguühenduses.
• Akud ja laadimiskontrollerid – hoiavad energiat salvestamiseks ja tagavad süsteemi töö võrguühenduseta või katkestuste korral.
• Paigaldussüsteem ja raamistik – kinnitavad paneelid katusele või maapinnale ja tagavad õige kalde ning suuna.
• Jälgimisseadmed – mõõdavad tootmist, häireid ja aitavad optimeerida tööd.

Mõjud tootlikkusele ja paigaldamise tegurid

Fotogalvaanika efektiivsus sõltub mitmest tegurist:

• Asukoht ja päikesekiirgus – geograafiline laius, ilmastikutingimused ja päikesetundide arv.
• Kallutuse ja suund – katuse kalle ja orientatsioon mõjutavad kogu päeva tootlikkust.
• Varjutus – puud, kõrged hooned või korstnad võivad märgatavalt vähendada tootlikkust.
• Temperatuur – kõrged temperatuurid võivad ränipaneelide efektiivsust vähendada.
• Hooldus – mustus, lehed ja lumi vähendavad toimet; regulaarne puhastus aitab säilitada tootlikkust.

Rakendused

• Elamud – katusesüsteemid koduenergia tootmiseks ja säästmiseks.
• Äri- ja tööstushooned – energiaarvete vähendamine ja CO2 jalajälje vähenemine.
• Võrguühendusega päikesejaamad – suured maapealsed pargid (solar farms) elektritarnijatele.
• Off-grid ja eraldatud süsteemid – kaugemates piirkondades elektrivarustuse tagamiseks, sageli koos akude ja generaatoritega.
• Ruumilised ja mobiilsed rakendused – satelliidid, laevad, telgid ning kaasaskantavad laadijad.
• Rajatistes integreeritud fotogalvaanika (BIPV) – päikesepaneelid integreeritakse hoone katuse- või seinapinnale, asendades tavapäraseid materjale.

Eelised ja piirangud

• Eelised: taastuv energia, heitkoguste vähendamine, madalad tegevuskulud pärast paigaldust, modulaarne laiendatavus.
• Piirangud: tootlus sõltub ilmast ja ööpäevast, alginvesteering võib olla suur, vajab ruumi ning süsteemid vajavad ligipääsu materjalidele ja oskustele.

Hooldus ja keskkonnamõju

Päikesepaneelid nõuavad vähest hooldust: perioodiline pesu ja visuaalne kontroll, et tihendid ja ühendused oleksid korras. Paneelide tootmine ja ringlus tekitavad keskkonnamõjusid — tööstus areneb ringluse ja taaskasutuse parandamiseks (paneelide, klaasi ja pooljuhtide taaskasutus).

Tulevikusuundumused

Valdkond areneb kiiresti: paneelide efektiivsus tõuseb, tootmiskulud langevad ning kombinatsioon energiasalvestusega (akud) võimaldab päikesest saadud energiat kasutada stabiilsemalt. Uued materjalid (nt perovskiidid), bifacial-paneelid, optimeeritud jälgimissüsteemid ja integreeritud lahendused (BIPV) muudavad fotogalvaanikat järjest konkurentsivõimelisemaks elektritootmise allikaks.

Fotogalvaanika on tänapäevane ja laialdaselt rakendatav tehnoloogia, mis aitab vähendada sõltuvust fossiilkütustest ning toetab üleminekut puhtamale ja lokaalsemale energiatootmisele.

Küsimused ja vastused

K: Mis on fotogalvaanika?

K: Kuidas on päikesepaneelide ja fotogalvaaniliste paneelide tootmine viimastel aastatel arenenud?

K: Kui suur oli fotogalvaanika ülemaailmne tootmisvõimsus 2013. aasta lõpus?

K: Mitmes riigis kasutatakse päikeseenergiat?

K: Kus saab fotogalvaanikat paigaldada?

K: Millist elektrit toodab fotogalvaanika?

Otsing