O solární energii
Historický úvod
Jako první objevil fotoelektrický jev v roce 1839 francouzský Alexandre Edmond Becquerel. První fotovoltaický článek byl ale vynalezen až na počátku roku 1940 v Bellových laboratořích v New Jersey v USA a o 12 let později tam byl i vyroben. Od té doby se vědci snaží stále zdokonalit ve výrobě fotovoltaických článků a zejména v jejich vlastnostech, zvláště pak v účinnosti.
Jak to funguje
K vyrobení článku je zapotřebí křemík, který je základem celého článku. Na plátek o tloušťce menší než 0,5 mm se nanesou z obou stran látky s různou příměsí tak, aby vznikl polovodič typu PN.
Potom se jedna strana surového křemíkového plátku potáhne hliníkem a tak tvoří kladný pól a druhá stříbrnými pásky tak, aby nepřekáželi dopadajícímu světlu na křemík. Napětí, které můžeme na takto vyrobeném článku získat se pohybuje v rozmezí 0,6 – 0,7V což je málo pro běžné využití. Proto se fotovoltaické články zapojují společně do série, popřípadě sério-paralelně. Takto vzniklé zapojení pak můžeme získat požadované napětí, které je odvislé od toho, jak a kolik článků jsme použily. Takto zapojeným fotovoltaickým článkům říkáme solární panely.
Pokud zapojíme více panelů k sobě získáme tak tzv. solární elektrárnu. Vědecké a výzkumné pracovníky zaměstnává vývoj účinnosti fotovoltaických článků, která je použitím křemíku omezena na maximálně 34 % u kvalitních monokrystalických článků pro kosmické účely. Nevýhodou těchto článků a jejich spojení je také to, že musejí být vystaveny co možná největší intenzitě slunečního záření pod nejlepším možným úhlem. Účinnost solárního panelu bude maximálně taková, jakou bude mít nejslabší článek, který panel obsahuje. Pokud tedy na panelu zastíníme jeden článek, tak jeho celková účinnost výrazně klesne. To samé pak platí o celé soustavě, například tzv. stringu.
Jaká je účinnost?
Kolik energie sluneční elektrárna vyrobí se odvíjí od intenzity slunečního záření. Pokud je obloha bez mráčku, výkon slunečního záření je kolem 1kW/m2. Když se však obloha zatáhne, sluneční záření je až 10krát méně intenzivní. V tuzemsku je průměrná intenzita slunečního záření odhadována na 950–1340 kW na m2 za rok. Počet slunečních hodin v České republice je v průměru 1330–1800 hodin ročně. Konkrétní údaj vážící se k místu, v němž plánujete stavět solární elektrárnu, poskytuje Český hydrometeorologický ústav.
Vždy nicméně záleží na konkrétním místě, které pro stavbu solární elektrárny zvolíme. Intenzitu a dobu slunečního záření ovlivňuje nadmořská výška, oblačnost a další lokální podmínky jako jsou časté ranní mlhy, znečištění ovzduší či úhel dopadu slunečních paprsků. Množství energie z fotovoltaických panelů pro různá místa, čas a sklon je možné spočítat zde.
Jaká je kapacita?
Na místě je samozřejmě také otázka kapacity. Jinými slovy: kolik se na plochu střechy (či na jiné místo zvolené pro instalaci elektrárny) vejde solárních panelů?
Obecně platí, že 1 kWp (maximální výkon elektrárny) zabere na šikmé střeše asi 8–10 m2.
Na rovné střeše a volné ploše je potřeba asi 15-20 m2.
Tato plocha je schopna vyrobit přibližně 1 MWh ročně. Zkratku Wp (watt peak) můžeme volně přeložit jako maximální výkon – v tomto případě tedy maximální výkon, kterého je schopen konkrétní solární systém dosáhnout. Výkon solárních elektráren je běžně udáván v kWp (platí, že 1 kWp se rovná 1 000 Wp).
1 instalovaný kWp je schopen vyrobit přibližně 1 000 kWh/rok a zabere mezi 8–10 m2 plochy.
Fotovoltaické moduly
Základem fotovoltaického systému jsou fotovoltaické (FV) články seskupené do FV modulů různých velikostí a výkonů.
V současné době Téměř 85% všech solárních panelů je vyrobeno s křemíkovými krystalickými články. Různým zpracováním křemíku lze vyrobit monokrystalické a polykrystalické fotovoltaické články.
Fotovoltaické moduly je vhodné v naší zeměpisné šířce orientovat směrem na jih (+/-15°) pod úhlem sklonu přibližně 35°. Důležitý je i výběr lokality umístění FV systému s co možná největší roční svítivostí. Jeden kilowatt instalovaného výkonu krystalické technologie vyprodukuje cca 1000 kWh za jeden rok.
Střídače
Stejnosměrný proud vyrobený ve fotovoltaických (FV) modulech je pro dodávku do distribuční sítě třeba přeměnit na proud střídavý předepsaných parametrů (230 V/400 V, 50 Hz) v měniči napětí - střídači.
Střídače námi nabízené dosahují max. účinnosti až 96,3%. EU účinnost, tj. účinnost při částečném zatížení, dosahuje hodnot od 93,2 - 94,8%.
Vysoké účinnosti lze dosáhnout:
- odstraněním transformátoru s následným snížením tepelných ztrát
- užitím zařízení pro sledování bodu maximálního výkonu (MPP), které změnou vstupního odporu zajišťuje optimální chod střídače
Přifázování střídače k síti je plně automatizováno stejně jako odepínání v případě poruchy sítě nebo odstavení FV systému.
Ekologický přínos
Přínos fotovoltaických zdrojů elektrické energie k ochraně klimatu a životního prostředí je nezanedbatelný. Přeměna sluneční energie v elektrickou je ekologicky čistá, neprodukující žádný toxický odpad, plyn, popílek ani hluk.
Jeden kilowatt instalovaného výkonu fotovoltaického systému ušetří ročně přibližně 850 kg emisí CO2. Energie vynaložená na výrobu fotovoltaických článků se navrátí za 3 až 4 let při dlouhé a prakticky bezúdržbové životnosti přesahující minimálně 25 roků.