Fotovoltaika – elektrina zo slnka

21.09.2011  |     

Množstvo slnečnej energie dopadajúcej na zemský povrch je také obrovské, že by súčasnú spotrebu celej planéty pokrylo asi 8 760-krát. Energiu zo slnka môžeme využiť buď na získanie tepla (solárne termické systémy), alebo na výrobu elektriny (fotovoltické aplikácie). Fotovoltika sa v posledných rokoch stáva na Slovensku synonymom pre ekológiu, moderné trendy, ale predovšetkým začína prinášať zamestnanosť do viacerých znevýhodnených regiónov. Čo všetko obsahuje výroba elektriny zo slnka a ako si zaobstarať elektráreň na strechu?

Vývoj presahujúci 100 rokov

Aj keď sa nám solárny priemysel môže javiť ako mladé odvetvie, fotovoltika má za sebou historický vývoj siahajúci až do 18. storočia. Fotovoltický jav po prvýkrát opísal v roku 1839 Antoine César Becquerel. Prvý solárny článok vytvoril v roku 1883 americký vynálezca Charles Fritts. Jeho fotočlánok bol vyrobený zo selénového polovodiča, na povrchu s tenkou vrstvou zlata, účinnosť článku však bola iba 1 %. Fotovoltický článok v podobe, ako ho poznáme dnes, si nechal v roku 1946 patentovať americký inžinier Russell Shoemaker Ohl. O niekoľko rokov neskôr už bol vyrobený solárny článok s vyššou účinnosťou – až 5 % a jeho základ tvoril monokryštalický kremík. Primárnym impulzom pre rozvoj fotovoltiky bol nástup kozmonautiky, keď solárne články začali slúžiť ako zdroj energie pre vesmírne družice. Hlavný rozmach však nastal až po ropnej kríze v sedemdesiatych rokoch, keď vlády svetových veľmocí začali investovať veľké sumy do skúmania nových technológií na výrobu energie.

 

Čo je to fotovoltika?

Fotovoltika je metóda priamej premeny slnečného žiarenia na elektrinu. Fyzikálnym princípom, ktorý premenu energie umožňuje, je fotoelektrický jav prebiehajúci na veľkoplošných polovodičových fotodiódach. Jednotlivé diódy sa nazývajú fotovoltické články a sú zvyčajne spájané do väčších celkov – fotovoltických panelov (modulov).
Nominálny výkon fotovoltických panelov uvádzajú výrobcovia v jednotkách Watt peak (Wp). Ide o špičkový výkon vyrobený solárnym panelom pri štandardných podmienkach, často označených skratkou STC (Standard Test Conditions) – pri intenzite slnečného žiarenia 1 000 W/m2, teplote článku 25 °C a svetelnom spektre zodpovedajúcom jasnej oblohe. Veľmi zjednodušene môžeme povedať, že výkon panela vo Wp je elektrický výkon, dodávaný panelom počas bežného jasného letného dňa.

 

Fotovoltický článok – základný kameň systému

Fotovoltický systém sa skladá z niekoľkých častí a môže byť zostavený v rozličných modifikáciách. Základom je však vždy fotovoltický článok, v ktorom prebieha premena energie. Často sa pre prehľadnosť rozlišujú tri generácie fotovoltických článkov:

Prvá generácia
Do tejto kategórie patria články, ktorých základom sú kremíkové pláty.  S nimi sa v praxi môžeme dnes stretnúť najčastejšie. Rozlišujeme články monokryštalické, ktoré tvorí jeden kremíkový kryštál (účinnosť je približne 13 až 20 %) a články polykryštalické, tvorené kryštalickou mriežkou (účinnosť 10 až 15 %). V súčasnosti predstavujú články prvej generácie približne 85 % všetkých článkov dodaných na trh. Ich výroba je však relatívne drahá, a to hlavne pre obsah drahého kryštalického kremíka.

Druhá generácia
Články druhej generácie (tenkovrstvové články) sa vyznačujú 100 až 1 000-krát tenšou aktívnou polovodičovou vrstvou v porovnaní s článkami prvej generácie. Hlavným cieľom pri návrhu týchto zariadení bolo eliminovať nevýhody klasických kremíkových článkov – ušetriť náklady nižším obsahom kremíka. V porovnaní s nimi majú síce tenkovrstvové články zatiaľ nižšiu účinnosť, ich výhodou je však výrazne nižšia obstarávacia cena. Tenkovrstvové technológie predstavujú v súčasnosti najviac rastúcu časť výroby – očakáva sa, že počas niekoľkých rokov budú tieto články tvoriť 25 % celej produkcie.



 

Tretia generácia
Do tejto skupiny patria články, na ktorých vývoji sa stále ešte pracuje a ich širšie využitie je zatiaľ ešte hudbou budúcnosti. Technológie sa zameriavajú na viacvrstvové a koncentrátorové články. Viacvrstvové články sú zložené z viacerých vrstiev, pričom každá z nich využíva iba určitú časť spektra slnečného žiarenia – zvyšok žiarenia prechádza do nižších vrstiev. Tým sa maximalizuje energetická využiteľnosť slnečného žiarenia. Koncentrátorové články sa snažia zvýšiť využitie klasických článkov šošovkami alebo zrkadlami, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie a osvetľujú tak článok oveľa väčšou intenzitou. Ich účinnosť sa pohybuje okolo 30 % a viac. Niektorí výrobcovia sa snažia využívať aj nanotechnólogie – nanodrôty alebo polovodičové kvantové body.

 

Základné podmienky na realizáciu

Na prevádzkovanie fotovoltickej elektrárne je nutné získať povolenie Úradu pre reguláciu sieťových odvetví (ÚRSO). V prípade strešnej inštalácie nie je postup jednotlivých stavebných úradov jednotný – v niektorých prípadoch stačí len ohlásenie, inokedy stavebný úrad požaduje stavebné konanie. Za zjednotenie postupov stavebných úradov, a tým o podstatné sprehľadnenie situácie pre jednotlivých investorov, sa zasadzuje Slovenská asociácia fotovoltického priemyslu (SAPI). Na záver prevádzkovateľ slnečnej elektrárne podpíše obchodnú zmluvu s prevádzkovateľom distribučnej sústavy (ZSE, SSE alebo VSE), na základe ktorej distribučnej spoločnosti fakturuje vyrobenú energiu.

 

Aký typ panela zvoliť?

Existuje celý rad kritérií, podľa ktorých možno porovnávať dostupné technológie. Vopred je nutné povedať, že do našich klimatických podmienok nie sú príliš vhodné fotovoltické články s najvyššou účinnosťou – napríklad koncentrátorové systémy sú výborné pre oblasť bez oblakov (púšte), v našich končinách by však využívali asi iba polovicu dopadajúceho slnečného žiarenia. Najlepší pomer účinnosť / cena majú polykryštalické kremíkové články, ktoré sú v súčasnosti na trhu najrozšírenejšie a ich účinnosť sa pohybuje okolo 15 %. Ak máme obmedzenú plochu, na ktorú môžeme tieto panely umiestniť, potom predstavujú optimálnu voľbu.

Smerodajným kritériom pri rozhodovaní je cena fotovoltického panela za Wp. Najlacnejšie sú v súčasnosti tenkovrstvové panely, ich výrobné náklady sa už dostali pod magickú hranicu 1 USD za  Wp. Účinnosť týchto panelov je však v porovnaní s kryštalickými panelmi zhruba polovičná, v mnohých prípadoch aj hlboko pod 10 %. Otázka celkovej finančnej návratnosti systému je však zložitejšia, záleží totiž aj na ďalších komponentoch (najmä na striedači), type systému a podmienkach pripojenia do distribučnej siete.

 

Zodpovedná redaktorka: Erika Kuhnová


Text: Ing. Petra Šťávová
Foto: archívy firiem Odborná spolupráca na článku: Ing. arch. Martin Šťastný, Čonergy ČR, JUDr. Martin Toman, Slovenská asociácia fotovoltického priemyslu (SAPI), Ing. Juraj Ulehla, PhD., MyEnergy,
Zdroj: časopis Môj dom JAGA GROUP

Mohlo by vás tiež zaujímať:

Foto dňa

Ako sa snúbi škandinávsky štýl s anglickou klasikou?

Najnovšie knihy a časopisy

Môj dom Február 2020 v predaji


Štartovací byt bez kompromisov




Predplatné

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Najnovšie príspevky