SOLÁRNÍ ENERGIE - FOTOVOLTAICKÉ PANELY

Fotovoltaická zařízení představují jednoduchý a elegantní způsob, jak sluneční paprsky přeměnit na elektřinu. Pracují na principu fotoelektrického jevu: částice světla - fotony - dopadají na článek a svou energií z něho ?vyráží? elektrony. Polovodičová struktura článku pak uspořádává pohyb elektronů na využitelný stejnosměrný elektrický proud. Se stejnými základními stavebními prvky - solárními články - je možné realizovat aplikace s nepatrným výkonem (napájení kalkulačky) až po velké elektrárny s výkony v MW.

Solární článek je polovodičový velkoplošný prvek s alespoň jedním PN přechodem (v podstatě jde o polovodičovou diodu). Na rozhraní materiálů P a N vzniká přechodová vrstva P-N, v níž existuje elektrické pole vysoké intenzity. Toto pole pak uvádí do pohybu volné nosiče náboje vznikající absorpcí světla. Vzniklý elektrický proud odvádějí z článku elektrody.

V ozářeném solárním článku jsou generovány elektricky nabité částice (pár elektron - díra). Některé elektrony a díry jsou poté separovány vnitřním elektrickým polem PN přechodu. Rozdělení náboje má za následek napěťový rozdíl mezi ?předním? (-) a ?zadním? (+) kontaktem solárního článku. Zátěží (elektrospotřebičem) připojenou mezi oba kontakty potom protéká stejnosměrný elektrický proud, jež je přímo úměrný ploše solárních článků a intenzitě dopadajícího slunečního záření.

Fotovoltaické články mají za sebou 50 let vývoje. Dnes rozlišujeme celkem čtyři generace:

PRVNÍ GENERACE
z destiček z monokrystalického křemíku, v současnosti jde stále o nejpoužívanější typ.

DRUHÁ GENERACE
z polykrystalického, mikrokrystalického nebo amorfního křemíku. Oproti první generaci jsou levnější, protože spotřebují méně křemíku. Lze je použít i na ohebných podkladech (na oblečení, fóliové střešní krytině apod.).

TŘETÍ GENERACE
nevyužívají křemík, ale třeba organické polymery. Dosud se komerčně příliš nepoužívají.

ČTVRTÁ GENERACE
kompozitní články z různých vrstev, schopné lépe využívat sluneční spektrum - každá vrstva využívá světlo jiné vlnové délky.

Protože výkon článků závisí pochopitelně na okamžitém slunečním záření, udává se jejich výkon jako tzv. špičkový, tedy při dopadajícím záření s intenzitou 1000 W/m2 při definovaném spektru. Článek s účinností 17 % má při ploše 1 m2 špičkový (peak) výkon 170 Wp.

Energie vložená do výroby fotovoltaických panelů je těmito panely v našich podmínkách získána zpět za 2 až 6 roků. Předpokládaná životnost je přitom minimálně 20-25 let.

Sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením solárních článků vzniká po jejich zapouzdření fotovoltaický panel. Články jsou sério-paralelně elektricky spojeny tak, aby bylo dosaženo potřebného napětí a proudu. Panel musí zajistit hermetické zapouzdření solárních článků, musí zajišťovat dostatečnou mechanickou a klimatickou odolnost (např. vůči silnému větru, krupobití, mrazu apod.). Tím, že mezi články vznikají mezery, klesá energetický zisk z jednotky plochy. Účinnost panelů je tak nižší, než se udává u samotných článků.

Poptávka po fotovoltaických panelech stále roste. Některé země EU, Japonsko a USA instalují fotovoltaické elektrárny jako cestu ke zvýšení vlastní energetické soběstačnosti. Pro země třetího světa jsou fotovoltaická zařízení cestou k zajištění elektřiny i v odlehlých oblastech, navíc spolehlivější než dieselagregáty. I když křemík je na Zemi hojný prvek, produkce velice čistého křemíku potřebného pro fotovoltaiku je drahá. Proto se hledají cesty, jak množství křemíku snížit (výsledkem jsou tenkovrstvé články) nebo jak zvýšit účinnost článků. Vyvíjejí se i články na bázi jiných materiálů.

Do budoucna lze očekávat, že cena fotovoltaických panelů (a tím i cena produkované elektřiny) bude klesat. V kombinaci s růstem ceny elektřiny z jiných zdrojů může být použití fotovoltaiky výhodnější.

PŘÍRODNÍ PODMÍNKY

Na území ČR dopadá za rok 900 až 1200 kWh/m2. Rozhodujícími faktory jsou oblačnost a znečištění atmosféry. Množství dopadající sluneční energie se v jednotlivých letech liší běžně o 10 %.

Fotovoltaický systém s instalovaným výkonem 1 kWp je schopen v podmínkách ČR dodat ročně 800-1000 kWh elektrické energie. Při nevhodné orientaci nebo zastínění to může být výrazně méně. Plocha systému s výkonem 1 kWp závisí na účinnosti použitých komponent, pohybuje se od 6 do 9 m2.