Elegantní řešení Vaší
energetické nezávislosti.

Fotovoltaika

Úvod > Služby > Fotovoltaika > Technologie

Technologie

Solární energie

Solární energie (sluneční záření, solární radiace) představuje ve své podstatě dominatní energetický zdroj, který je na Zemi přítomen. Jedná se  jak o energii dopadajícího slunečního záření, tak energii větru, vody, částečně i energii geotermální i energii přeměněnou na biomasu.

Sluneční energie vzniká termojaderou  fúzí vodíku  na hélium ,která probíhá na Slunci. Vzhledem k tomu, že vyčerpání zásob vodíku na Slunci je očekáváno až v řádu miliard let, je tento zdroj energie označován jako obnovitelný.

Fotovoltaické články mají mnoho aplikací. Dříve se používaly téměř výhradně v kosmonautice. Od sedmdesátých let pronikají díky snížení jejich ceny i do míst, kde například není k dispozici zdroj elektrické energie ze sítě - ropné plošiny,  retraslační stanice v telekomunikacích nebo na pobřežní majáky. V zemích, kde neexistuje energetická síť v rozsahu podobném evropskému, se používá fotovoltaika pro zásobování domácností elektřinou nebo třeba pro pohon vodních čerpadel či odsolovacíh zařízení pro výrobu pitné vody. V našich zeměpisných šířkách se používá fotovoltaika například na jachtách, karavanech nebo na odlehlých místech, například horských chatách.

V poslední době se ve zvýšené míře uplatňuje zapojení fotovoltaickcýh elektráren do distribuční sítě a to zejména s ohledem na fakt, že díky dotační politice obnovitelných zdrojů jsou takováto řešení ekonomicky výhodná.

Fotovoltaické  články

Fotovoltaické články jsou polovodičové prvky, které mění energii dopadajícího světelného záření na energii elektrickou.

Využíván je tzv. fotoelektrický jev, kdy kinetická energie  fotonu dopadajícího světelného záření způsobí vznik volných nosičů náboje - elektronů. Celkově se daří přeměnit v elektrickou energii jen asi 17% energie dopadajícího záření.

   Velká část dnes používaných článků je vyráběná z monokrystalického (případně polykrystalického) dotovaného P křemíku. Polykrystalické křemíkové ingoty se vyrábějí se čtvercovým průřezem, vhodným pro výrobu solárních článků. Kulaté monokrystalické ingoty se často ořezávají na čtvercový průřez se zaobleným rohy, aby byla lépe využitá plocha solárních panelů. Ingoty se rozřežou na tenké destičky (maximálně 0.3 mm). Na těch se pak vytvoří leptáním textura (destička zmatní a lépe pohlcuje světlo). Destička se poté dotuje fosforem, čímž se vytvoří polovodivý P-N přechod, vybaví se antireflexní vrstvou nitridu (článek získá tmavě modrou barvu), a vodivou pastou se sítotiskem vyrobí metalizace na zadní i přední straně. Poté se článek vypálí (sintruje) - vytvoří se vodivé propojení metalizace s křemíkem.

Přední elektrody jsou příčně vodivě propojeny pomocí sběrnicového pásku (bushbar). Podle konstrukce jsou použity dva nebo dokonce tři sběrnicové pásky.

Zadní strana fotovoltaického článku je tvořena speciální plastovou folií (Tedlar).

Povrch solárního článku je chráněn transparentní plastovou folií (EVA) na kterou těsně doléhá speciální sklo s nízkým obsahem železa a vysokou propustností světelného záření. U kvalitnějších fotovoltaickcých panelů bývá toto sklo vybaveno antireflexní vrstvou , pro omezení ztrát dopadajícího světelného záření v důsledku odrazů.  Krycí sklo chrání povrch solárních článků i před vlivy prostředí.

Jednotlivé články fotovoltaického panelu jsou uspořádány do požadovaného seskupení se vzájemným sériovým propojením jejich sběrnicových elektrod.

Na ploše jednoho fotovoltaického panelu bývají vytvořeny tři sériově zapojené okruhy z jednotlivých článků. Tyto okruhy jsou vyvedeny na zadní stranu fotovoltaického panelu, kde jsou pomocí tzv. by-pass diod vyvedeny na výstupní svorky (vedení). By-pass diody mají za úkol omezit negativní vliv částečného zastínění fotovoltaického panelu na dodávaný elektrický výkon.

Celé výše zmíněné souvrství je za zvýšené teploty laminováno v jeden uzavřený celek, který je na jeho okrajích chráněn páskou (v horší případě pouze silikonovým tmelem) proti vniknutí vnější vlhkosti.

Jako polovodičový materiál pro výrobu fotovoltaických článků se používá převážně chemicky vysoce čistý křemík a to buď s monokrystalickou nebo polykrystalickou strukturou.

Existují rovněž i jiné typy fotovoltaických článků. které využívají prvků jako jsou galium arsenid, kadmiumsulfid, kadmiumtellurid, selenid mědi a india, nebo sirník galia. Tyto jsou z hlediska jejich vnitřní stavby zcela odlišné od článků na bázi křemíku. Jejich hlavní výhodou jsou nižší výrobní náklady, lae nevýhodou je nižší účinnost přeměny dopadajícícho slunečního záření na elektrickou energii.

 

Energetická návratnost solárního článku

Výkon fotovoltaických článků a panelů se udává v jednotkách Wp (watt peak - špičková hodnota). Výkon závisí na osvětlení a na úhlu dopadajícího světla.

Je velmi rozšířeným mýtem, že fotovoltaický článek po dobu své životnosti nedokáže vyrobit ani tolik energie, kolik se spotřebuje na jeho výrobu. Ve skutečnosti běžný průmyslově vyráběný článek zapojený do panelu dokáže vygenerovat množství energie, které byla potřeba na jeho výrobu, už během dvou až tří let v závislosti na zeměpisných podmínkách. Pro podmínky České republiky se návratnost udává v rozmezí 5 až 10 let. Při předpokládané životnosti fotovoltaických článků 25 let tak může fotovoltaický článek vyrobit téměř až patnáctkrát více energie, než bylo spotřebováno na jeho výrobu.

 
SMA Fronius IBC Regulus