Vidi sunce tata. Nije to sunce sine, to je mesec
Iz 'Undergrounda' Emira Kusturice
Danas se u svetu prave raznorazni paneli, rade raznorazna resenja i koristi vec u veliko sunceva energija. Geografski polozaj Srbije, kao umereno kontinentalne zemlje, daje 4KWh dnevno po metru kvadratnom, sto je jedan ogroman potencijal.
Ako cemo kupovati raznorazne panele, gotove proizvode, to bi i bilo neko resenje, ali pitanje je zasto ne iskoristiti nase kapacitete, po recimo propalim staklarama, gde vec imamo peci za topljenje kvarcnog peska, mogucnosti za pravljenje primarne sirovine koja se zove silikon i koja je najrasprostranjenija sirovina na kugli zemaljskoj. Pogledajte malo koliko faza repromaterijala bi mogli da proizvodimo, negde gde ima svega osim pameti? Ako neko pazljivo procita ovu tehnologiju, videce da bi to bio podsticaj za pravljenje solarnih panela kod nas, da bi se ljudi posle mogli zaduzivati u bankama, praviti soptvene firme, raznorazni projektni biroi bi radili odgovarajuce projekte, a prakticno svaki objekat, od stambenog, do industrijskog bi mogao imati koristi od tako razvijene tehnologije od svoje osnove.
Koliko bi se ljudi tu zaposlilo i koliko bi to koristi imalo?
Nije tesko uraditi idejni projekat, posto osnovica vec postoji, kupiti strane tehnologije, laboratorije itd i privuci strane investitore.
To bi mogao da bude i unosan izvoz, ako se dobro smisli i odradi.
Svakako da bi to trebalo politicki spahiluci da pokrenu, ali avaj, morali bi da uposle ljude od znanja, koji bi mogli da o tome razgovaraju, naprave idejni koncept, skupe informacije o postojecim podlogaama, pa konacno napraviti projekat.
Jeste to stvar trzista, ali bez podsticaja drzave nema nista od trzista do samog uvoza vec gotovih proizvoda.
Fotovoltaicne solarne celije su tanani silikonski diskovi koji konvertuju suncevu svetlost u elektricnu struju. Ove plocice (diskovi) mogu imati siroku upotrebu, od napajanja dzepnih racunara, telekomunikacionih uredjaja, do krovnih panela i sluze za napajanje raznoraznih potrosaca. Sve sira upotreba takvih uredjaja dovodi cak do primene u potrosnji jacih snaga.
Rana istrazivanja poticu od ranijih otkrica fenomena (1839, Antoine Cesar Becquerel) izlozio je hemijsku bateriju suncu i primerio da proizvodi napon. Prva konverzija sunceve svetlosti bile je 1% efikasna. Zatim je Willoughby Smith, 1973-e primetio da kada se selenium izlozi svetlosti proizvodi elektricnu struju. Charles Fritts je 1880-e koristio zlatnu prevlaku na selenijumu i dobio siti rezultat, sa 15 efikasnosti. Kako god, fenomen je smatran revolucionarnim i predvidjanja su bila, da ce solarne celije nekada zameniti elektrane i to sa sopstvenom nezavisnom proizvodnjom ove vrste energije.
Malo istorijata o suncevim fotovoltaicnim efektima
Kada je Albert Einstein, otkrio da metal sakuplja suncevu svetlost, a da je zadrzava svo vreme dok ona na njega deluje, stvari su se promenile i pretpostavke da ce se sunceva svetlost moci koristiti sa vecom efikasnoti, bilo je vec interesantno koristiti takvu energiju.Godine 1954-e nekoliko naucnika, Bell, Perason, Chapin i Fuller proizveli su silikonsku solarnu celiju sa 4% efikasnosti.
Dalja istrazivanaj su dovela do performansi od 15% efikasnosti i pocela da se koriste kao napajanja za telefonske centrale u zabacenijim mestima.
Skroz efikasana solarna celija za siroku primenu, nije jos razvijena, ali ako se racuna kolicina energije, po jedinici tezine, danasnje celije su skroz efikasne.
Kvalitet energije i cena zadovoljavaju sve danasnje standarde.
Samo nekoliko velikih fotovoltaicnih sistema snage, su do sada sagradjena. Oko 50 Mw se ugradjuje svake godine, tako da solarne celije predstavljaju kolicinski oko 1% sveukupne postojece elektricne snage. Ali ako bi napravili jednu racunicu mislim da bi se zapanjili.
Sirovina
Osnovna komponenta solarne celije je cist silikon., koji nije cist u svom prirodnom obliku posto sadrzi kiseonik. Konkretno silicijum dioksid.(SiO2). Da bi pravili solarne celije, materijal koji je sadrzan u kvarcu, kvarcnom pesku ili kvarcnom sljunku, sirovina (pesak) se mora prvo provesti kroz elektrolucnu pec, sa ugljenickim lukom. Tako ce se dobiti ugljen dioksid CO2 i cist silikon. U ovoj fazi, silikon jos nije dovoljno cist da se koristi u daljoj obradi, pa mu je potrebno dalje preciscavanje.
Cist silikon, koji se dobija od silicijum dioksida, sa posle obradjuje tako sto mu se dodaju primese Fosfora, i Bora. Danas su to jos naprednije tehnologije koje koriste materijale vece efikasnosti (Cadmijum recimo). Na taj nacin se proizvodi jedan visak i jedan manjak elektrona, po sistemu poluprovodnika, sposobni da provode struju nakon sto na njih deluje visak energije (suncevi zraci).
Da bi ovaj proizvod napravili sposobnim da provodi struju, posto su ove plocice (diskovi) svetlece i odbijaju svetlost, one se premazuju antireflektivnim slojem, pretezno titanijum dioksid TiO2.
Solarni modul se dakle sastoji od silikonskog poluprovodnika, premazan zastitnim materijalom u jednom metalnom okviru. Zatitnu kuciste je spravljeno od plasticnog butyryl-a (guma koja se koristi za pricvrscivanje vetrobrana na automobilima), koji uokviruje celiju. Ona se zatim utisne na etilenski vinil acetat podlogu. Pokriva se staklom ili providnom plastikom Elektronski deo (kontakti) se klasicno leme kao elektrode( obican bakar). Okvir citavog panema, moze biti od celika ili alumunijuma.
Proces proizvodnje
Preciscavanje silikona1.Silikon dioksid Si2 od kvarcnog peska, ili sljunka stavlja se u elektrolucnu pec. Ugljenicka elektroda koja topi kvarc, istovremeno oslobadja kiseonik. Rezultat je uglen dioksid CO2 i topljeni silikon. Ovaj silikon, sa malim necistocama se moze koristiti dalje u industriji, ali ne i u proizvodnji solarnih celija.
2. Sa 99% cistog silikona, pristupa se daljoem preciscavanju, koristeci tehniku (floating zone technique), tako sto se poluga silikona provlaci nekoliko puta, zagrevanjem u istom pravcu.Ova procedura, razvlaci necistoce na krajevima poluge, pa se na kraju dobija po sredini cist silikon, dok se krajevi sa necistocama odstranjuju.
Dobijanje silikonskog kristala
3. Silikonske celije se sada prave od dobijenog materijala, koji je u obliku bula, polikristalne strukture, koje imaju atomsku strukturu jedinstvenog kristala. Najpoznatiji proces pravljenja ovih 'bula', je poznat u metalurgiji nemetala, kao Chochralski mothoda. U ovom procesu kristalni prah, je utisnut u topljeni polikristalni silikon.Rotiranjem, se dobija cilindricna poluga ili nazvana bula, koja je konacni oblik silikona.
Razvucena poluga, dobijena ovim metodom od praha silikona, je skoro perfektno cista, jer primese ostaju u stopljen polikristal.
Pravljenje silikonskih ploca
4. Postojece poluge, bule kako smo ih nazvali, se sada seku jednom visestrukom testerom u male diskove negde 5mm debljine. Vazno je napomenuti da poluge je bolje da budu cetvrtaste i heksagonalnog oblika, radi kasnije, sto boljeg popunjavanja panela.
Dodavanje primesa (doping)
6. Klasicno dodavanje primesa, vrsi se u vidu dodavanja fosfora i bora, za vreme trece fze ovde opisane, (Czorachlski proces). Plocice ssu naleplenje jedna za drugu, ponavlja se proces do 25700 Fahrenheijtovih ili 14100 Celsijusovih, u prisustvu fosofornog gasa. Temperatura blisu toljenja, cini da se molekuli utisnu u silikon u vec proracunatoj srazmeri i strogo kontrolisanoj dubina.Postoji jos jedna savremenija metoda, a to su akceleratori, koji prodiru bombardovanjem u poluge. Ovaj proces ne prihvataju komercijalni proizvodjaci.
Lemlenje elektricnih kontakata
7. Elektricni kontakti spajaju celije medjusobno, pa moraju biti veoma tanki da ne zasenjuju celiju.Metali su paladijum, srenro, nikel, bakar. Na slici se vidi tipicna solarna celija. Celije su uokvirene u etilene vinil acetat i pricvrsene na metalni okvir koji ima tanku foliju i stakleno pokriven. Celija moze biti pokrivena i voskom.
8. Kada su kontakti utisnuti, tanke klemice se postavljaju izmedju celija, radi spajanja i skupljanja energije.
Zastitina prevlaka
9. Cist silikon je svetao i moze da odnija 35% sunceve svetlosti. Da bi smanjili takav gubitak usled refleksije, silikonska celija se presvlaci sa jednim slojem materijala, obicno titanijum dioksid ili silikonskog oksida.
Materijal se greje do tacke topljenja pa se isprskava na solarnu celiju (silikon), sa visokonaposnkim tretmanom tako da se ubrizgavaju na povrsini suprotne elektrode.. Druga metoda je da silikon sam po sebi reaguje sa kiseonikom ili azotom u vidu gasa i tako na povrsini formira silikon nitrat. Komercijalne solarne celije koriste ovu metodu (silikon nitrata).
Kuciste celije
10. Celija se zatim uglavi u silikonsku gumu ili u materijal od etilen vinila. Jedan aluminijski okvir koji ima staklenu ili plasticnu podlogu da bi se konacno napravio solarni panel.
Kontrola kvaliteta
Kontrola kvaliteta je veoma vazna, jer razlika u razlicitim procesima i faktora, mogu uticati na kvalitet solarne celije. To su vec razradjene metode gde se raznorazni parametri testiraju.Silikon se testira na cistotu, orijentaciju kristala i otpornost. Stoga je apsolutno potrebna i adekvatna laboratorija kao i adekvatni uredjaji za testiranje na: prisustvo kiseonika, koji utice na cvrstinu celije, prisustvo ugljenika koji prouzrokuje kvarove i neefikasnost,. Tetsiranje na savijanje, ljustenje ili druga ostecenja. Sto bi se reklo kontrola standarda koji su vec odredjeni. Potrebno je obezbediti sto duzi efikasni zivot solarne celije.Kompletni poluprovodnici moraju se podvrgnuti elektricnim testovima, da se vidi da struja, napon i otpornost zadovoljavaju utvrdjene standarde. Jedan od ranijih problema sa solarnim celijama je bio prestanak rada prilikom osencenja.Ovaj problem je bio resen shunt diodama, koje smanjuju visoke napone u celijama. Testiranje dioda i njihovih spojeva je takodje potrebna.. Najvazniji test solarnih modula je kako reaguju na stvarnu suncanu svetlost, na njihove varijacije jacine svetlosti. Takodje suncani moduli se testiraju na grejanje, hladjenje, vibracije, savijanje i kisu, grad itd.
Ovo su samo osnove po kojima se solarne celije proizvode. One su u pocetku bile veoma skupe, ali sadasnje nove tehnologije, novi materijali, u sustini redukuju poprilicno cenu panela. Solarne fotovoltaicne celije sve vise postaju svakodnevnica i daju raznorazna resenja, od privatnih upotreba do sirokih proizvodnji snage za masovnu upotrebu. Krovne konstrukcije sa grejanjem i strujom se koriste vec u veliko.
E pa sada da vidimo da li se isplati? Pa recimo jedna instalacija koja generise 2Kw, moze da napaja i zimi i leti jednu klimu, koja leti hladi a zimi greje. Visak energije se kumulira u baterije, koje posle invertorima napajaju i druge potrosace nocu.
Pogledajte kako to izgleda:
