SŁOŃCE jest gwiazdą średniej wielkości, która w terminologii astronomicznej nazywana jest żółtym karłem. Energia docierająca do granicy atmosfery ziemskiej stanowi jedną półmiliardową część energii emitowanej przez Słońce, a jej strumień ma moc około 1,39 k W/m2. Na skutek odbicia, absorpcji i rozproszenia, w zależności od pory dnia i roku, do powierzchni Ziemi dociera średnio mniej niż 50% tej energii. Natężenie promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi zależy od wysokości Słońca nad horyzontem, co wiąże się z grubością warstwy atmosfery, przez którą to promieniowanie jest absorbowane. Im niżej nad horyzontem znajduje się Słońce, tym grubsza warstwa atmosfery absorbuje jego promieniowanie i tym mniej energii słonecznej dociera do powierzchni Ziemi.

Istnieją trzy podstawowe mechanizmy przetwarzania promieniowania słonecznego na inne postacie energii:

1. konwersja fototermiczna (przetworzenie na ciepło) wykorzystywana w kolektorach słonecznych, diodach cieplnych, stawach słonecznych i helioelektrowniach,
2. konwersja fotowoltaiczna (przetworzenie na energię elektryczną) wykorzystywana w fotoogniwach,
3. konwersja fotobiochemiczna (energia wiązań chemicznych) występująca w paliwach stałych (węglach kopalnych), ropie naftowej i biomasie.

ZASADA DZIAŁANIA SYSTEMU FOTOWOLTAICZNEGO
Podstawowym elementem systemu fotowoltaicznego jest ogniwo fotowoltaiczne, które wystawione na działanie promieniowania słonecznego staje się źródłem napięcia stałego. Ogniwa te są grupowane w moduły i panele fotowoltaiczne, stanowiąc element systemu fotowoltaicznego, zwany generatorem PV. Systemy fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały (DC), podczas gdy większość urządzeń gospodarstwa domowego i lokalna sieć elektroenergetyczna wykorzystuje prąd zmienny (AC). Z tego powodu w systemie fotowoltaicznym zainstalowany jest falownik, służący do konwersji prądu stałego na prąd zmienny. Gdy system fotowoltaiczny jest połączony z lokalną siecią energetyczną, nadwyżka mocy, która jest przez niego generowana może być przesyłana do sieci elektrycznej lokalnego dystrybutora energii elektrycznej. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że nie są wymagane urządzenia do magazynowania energii, gdyż energia ta może być zużyta w innych miejscach. Najistotniejszym materiałem do produkcji ogniw PV na całym świecie jest krzem. Technologie pierwszej generacji oparte są na krzemie krystalicznym (mono- lub multi/polikrystalicznym). Technologie drugiej generacji opierają się na ogniwach cienkowarstwowych osadzanych na tanim podłożu (np. szkło, polimer albo metal). Ich zaletą jest materiałooszczędność i niska cena. Systemy fotowoltaiczne trzeciej generacji bazują na takich technologiach jak CPV (Concentrated Photovoltaics, skupianie promieni na absorberze), ogniwach słonecznych Gratzela DSSC (Dye-sensitized solar cells), czy ogniwach organicznych.

LEGENDA:

1. Generator PV – składa się z modułów fotowoltaicznych zawierających ogniwa służące do przetwarzania promieniowania słonecznego na prąd elektryczny (prąd stały – DC)
2. Falownik (inwerter) – urządzenie przetwarzające prąd stały DC na prąd zmienny (AC)
3. Dwukierunkowy licznik energii zliczający energię wyprodukowaną w instalacji PV oraz pobraną z sieci
4. Sieć energetyczna
5. Urządzenia domowe

ZASADA DZIAŁANIA KOLEKTORA SŁONECZNEGO
Najpopularniejszym urządzeniem do przetwarzania energii słonecznej jest kolektor słoneczny. Obudowę kolektora stanowi rama stalowa lub aluminiowa z płytą szklaną nad absorberem (płytą pochłaniającą energię promieniowania słonecznego) i warstwą izolacji cieplnej pod nim. Promieniowanie wpadające przez płytę szklaną kolektora ogrzewa absorber, wewnątrz którego znajdują się kanaliki z przepływającą przez nie wodą lub inną cieczą. Płyta szklana nie pozwala promieniowaniu słonecznemu po przejściu przez nią wydostać się spowrotem, co daje efekt tzw. pułapki promieniowania. Woda ogrzana w absorberze kierowana jest za pomocą pompy do zbiornika z wymiennikiem ciepła. Po ogrzaniu woda ze zbiornika odprowadzana jest do instalacji grzewczej.

LEGENDA:

1. energia słoneczna
2. płyta szklana
3. płytka metalowa
4. płyta pochłaniająca (absorber)

5. kanalik z cieczą
6. ciecz ochładzana
7. pompa
8. ciecz ogrzana

9. zbiornik z wodą
10. wymiennik ciepła
11. woda odprowadzana
12. woda doprowadzana