Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvori energije ili kao dodatni izvor energije. Kao samostalni izvor energije koristi se npr. na satelitima, cestovnim znakovima, kalkulatorima i udaljenim objektima koji zahtijevaju dugotrajni izvor energije. U svemiru je i snaga sunčeva zračenja puno veća jer Zemljina atmosfera apsorbira veliki dio zračenja pa je i dobivena energija veća. Kao dodatni izvori energije fotonaponske ćelije mogu se na primjer priključiti na električnu mrežu, ali za sada je to neisplativo.
Slika 23. Struktura fotonaponskih ćelija na nano razini
Tehnološki pravci:
a) Monokristalni (i polikristali) Silicij
Površina ovisi o presjeku monokristala od kojeg se proizvode i iznosi od 5 do 10 cm, debljina im je od 0.2 do 0.3 mm. Elektromotorna sila im je 0.55-0.7V, efikasnost im je 10 do 13.5%, a teorijska efikasnot 16-25%. Visoka proizvodna cijena (komplicirani tehnološki proces) solarnih ćelija od monokristalnog silicija jedina je njihova mana. Poseban problem predstavlja vijek trajanja solarnih ćelija koje su izložene atmosferskim utjecajima (kiša, snijeg, tuča). Tehnologija je proizvodnje dosta napredovala pa je stoga i smanjena cijena.
Slika 24. Monokristalni Silicij Slika 25. Polikristalni Silicij Slika 26. Amorfni Silicij
b) Tanki Filmovi
Osmišljeni su radi smanjenja cijene razvijena je upravo ova tehnologija izrade (npr. amorfni silicij, CIS, CTS spojevi). Prihvatljiva cijena, ali niski stupanj djelovanja.
Slika 27. CIS solarni paneli Slika 28. CTS solarni paneli
c) Galij-arsenid (i Kadmij-Telurid)
Ćelije od Galij-arsenida prave se u obliku tankog filma od jedne (GaAs) ili dviju komponenta (GaAs+Cu2S). Takva ćelija bi prema predviđanjima trebala biti dosta efikasna. Njezina elektronička svojstva ukazuju na teorijsku efiksanost od 25-40%. Ostvarena je efikasnost 11-13%. Najveći problem je visoka cijena.
Slika 29. Galij- Arsenid solarna ćelija Slika 30. Fleksibilna GaAs solarna ćelija
Slika 31. i 32. Kadmij-Telurid solarne ploče i ćelija
e) Novi koncepti – niža cijena/veća efikasnost
„Dye“ (obojane) i organske ćelije – niža cijena, mala efikasnost. Istražuju se sljedeće tehnologije: „vrući elektroni“, nanostrukture, kvantni izvori, dvosmjerne pretvorbe i sl. s ciljem povećanja efikasnosti na 30-60%.
Slika 33. i 34. Obojane fotonaponske ćelije
Slika 35. Nanostruktura diatom silikata Slika 36. Organske fotonaponske ćelije
Fotonaponski sustav omogućuje energetsku neovisnost, izuzetno nisko održavanje uz životni vijek 30 ili više godina te povećava vrijednost nekretnine. Neumreženi fotonaponski sustavi proizvedenu električnu mrežu koriste na način da se dio energije pohranjuje u aku-baterije, a dio se troši na osiguravanje rada trošila. Aku-baterijski sustavi omogućuju opskrbu trošila energijom kada se ona ne proizvodi iz sustava (noću ili u uvjetima smanjene insolacije).
Umreženi fotonaponski sustav koristi niskonaponsku mrežu kao spremnik u interaktivnom režimu rada. Sva energija proizvedena sustavom predaje se u električnu mrežu, a noću i u uvjetima manje insolacije mreža se koristi kao izvor energije. Krovovi kuća imaju idealne plohe za instaliranje fotonaponskog sustava. U tom slučaju, na raspolaganju imamo veliki neiskorišten prostor koji je izravno izložen sunčevoj svjetlosti. Dobro pozicionirani fotonaponski sustav instalirane snage od jednog kWp davao bi oko 750kWh/godišnje. Odnosno za dva kWp autonomni sustav će generirati oko 1500 kWh godišnje, što je oko 50 posto od prosječne potrošnje električne energije za prosječno domaćinstvo.
Solarni fotonaponski sustavi su ekonomski isplativi, vrijeme povrata investicije iznosi od pet do 13 godina, ovisno o lokaciji i ostalim specifičnostima. Cijena sustava kreće se od 3,5 do 5 € po W instalirane snage. Prema Zakonu o tržištu električne energije (NN 177/04 i 76/07, 152/08), Tarifnom sustavu za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora i kogeneracije (NN 33/97) i Pravilniku o stjecanju statusa povlaštenog proizvođača električne energije (NN 67/07) za umrežene fotonaponske sustave zagarantirana je poticajna cijena otkupa proizvedene i predane električne energije po kWh (tablica 1.).
Tablica 1. Poticajna cijena kWh električne energije prema tipu postrojenja