Fotovoltaika – elektrina zo slnka

{R1}

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.

Fotovoltické články sa dajú integrovať aj do zábradlia balkóna.
Schott AG

Fotovoltické panely integrované do strechy domu môžu byť zaujímavým architektonickým prvkom ako pri pohľade z exteriéru, tak aj v interiéri domu.

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.

Panely musia po celú svoju životnosť odolávať náročným klimatickým podmienkam – okrem dažďa a snehu býva v našich končinách skúškou odolnosti aj krupobitie.
DuPont

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.

1033492
Schott AG

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