Nie je to tak dávno, čo sa malé fotovoltické články začali využívať v digitálnych hodinkách alebo v kalkulačkách. Dnes je rozsah využitia tejto technológie oveľa širší. Už od spomínaných digitálok cez malé autonómne fotovoltické systémy v oblastiach bez možnosti napojenia sa na elektrickú sieť, až po veľké fotovoltické elektrárne s elektrickým výkonom niekoľko stoviek megawattov.

Základným stavebným prvkom premeny slnečnej, resp. svetelnej energie na elektrickú je samotný fotovoltický článok (v literatúre označovaný aj ako fotovoltaický, solárny, resp. slnečný článok). Názov fotovoltika je odvodený od slova foto (svetlo) a volt (jednotka elektrického napätia).

Rozdiel medzi fotovoltickým panelom, článkom a systémom

V princípe, pri premene svetelnej energie na elektrickú ide o aplikáciu fotoelektrického javu, pri ktorom dopadom fotónov (základná jednotka svetla) na polovodičový p-n prechod dochádza k uvoľňovaniu a hromadeniu voľných elektrónov. Ak je p-n prechod doplnený o dve elektródy (anóda a katóda), môžeme už hovoriť o fotovoltickom článku, v ktorom dochádza ku generovaniu jednosmerného elektrického prúdu. Zjednodušene môžeme povedať, že dopadom svetla na veľkoplošnú polovodičovú súčiastku dochádza k priamej premene svetelnej energie na energiu elektrickú, a to za pomoci fotoelektrického javu. Samotný fotovoltický článok má len veľmi malé využitie, pretože výstupné napätie a elektrický výkon je pre väčšinu aplikácií nedostatočný. Preto sa články podľa požadovaného napätia a odoberaného prúdu zoskupujú do väčších celkov, a tak vytvárajú tzv. fotovoltické moduly (panely). Spojením viacerých panelov vznikajú fotovoltické polia (systémy) s požadovaným výstupným elektrickým výkonom a napätím.

Pre lepšiu predstavu - ak je intenzita slnečného žiarenia 1000W/m2, fotovoltický (polykryštalický) panel s rozmermi 1690x990 mm vyrobí približne 250 Wp (Wp = maximálny možný výkon kolektora), štandardne s výstupným elektrickým napätím od 12V do 24V. Na výrobu 1 kWp (teda 1000 Wp) potrebujeme panely o výmere cca 6-8 m2. Ak budeme mať doma panely s takouto výmerou, môžeme pokryť približne 1/3 ročnej spotreby elektriny priemernej domácnosti.

Panely sa z dôvodu dosiahnutia vysokej životnosti ukladajú do hermeticky uzavretých obalov, z vrchnej strany uzavretých priehľadným tvrdeným sklom. Táto úprava chráni panely pred poveternostnými vplyvmi s udávanou životnosťou 20 až 30 rokov.

Typy fotovoltických panelov

V dnešnej dobe sa najrozšírenejšie fotovoltické panely vyrábajú z kremíkového materiálu. Rôznym spracovaním kremíka sa dajú vyrobiť monokryštalické, polykryštalické, ale aj amorfné fotovoltické články.

V súčasnosti najpopulárnejšie panely sú polykryštalické, ktoré sa na rozdiel od monokryštalických vyrábajú z článkov vyrobených z niekoľkých kryštálov kremíka. V porovnaní s monokryštalickými sú lacnejšie a na výrobu jednoduchšie. Dosahujú však o niečo nižšiu účinnosť, ktorá je maximálne 21 %. V prípade monokryštalických článkov účinnosť dosahuje až 25 %, avšak vysoká efektivita jedného článku nezaručuje efektivitu celého panelu. Monokryštalické články majú tvar mnohouholníka, takže nepokrývajú plne povrch panelu, čo výrazne znižuje ich výstupný elektrický výkon. Posledným typom v súčasnosti komerčne vyrábaného fotovoltického článku je článok na báze amorfného kremíka. Ich účinnosť je nižšia než v prípade mono- a polykryštalických panelov. V závislosti od druhu sa pohybuje v rozmedzi 8 – 14 %. Aj napriek nižšej účinnosti je hlavnou výhodou týchto panelov nižšia hmotnosť a cena. Preto, vzhľadom na ich hmotnosť, je možné tento typ panelov použiť jednoduchším spôsobom, napr. na vonkajších stenách budov.

Použitie fotovoltických systémov

Ako už bolo spomenuté, hlavnou úlohou fotovoltických systémov je priama výroba elektrickej energie. Využitie fotovoltických systémov je v súčasnej dobe veľmi široké aj z dôvodu veľkého rozmachu tejto technológie na celom svete. Fotovoltické systémy je možné použiť rôznym spôsobom, avšak medzi najrozšírenejšie patria systémy autonómne (tzv. off- grid), teda bez potreby napojenia na verejnú elektrickú sieť, a systémy spojené s elektrickou sieťou (tzv. on-grid).

Off-grid systémy sa používajú napr. na napájanie pokusných solárnych vozidiel, záhradných svietidiel, elektrických spotrebičov v horských chatách, k napájaniu meracích prístrojov v meteorologických staniciach a pod. V prípade On-grid systémov je výstupné jednosmerné napätie v striedači transformované na striedavé napätie 230 V/50 Hz a pripojené na spoločný rozvod elektrickej energie v dome. Výhodou tohto systému je, že spotrebiče v domácnosti môžu fungovať nezávisle na vonkajšom osvetlení. Pri dostatku slnečného žiarenia sú napájané z fotovoltického modulu, v noci tak odoberajú energiu z verejnej elektrickej siete.

Aj keď objav fotovoltického javu siaha do roku 1839, až dnešný rozmach fotovoltiky nám prináša možnosť jej využitia v rôznych odvetviach. Fotovoltika ako jeden z dôležitých obnoviteľných zdrojov energie nám dáva možnosť zvýšiť podiel jej využívania, a tým znížiť zaťaženie planéty našou prítomnosťou.

Pozrite si aj ďalší zaujímavý obsah

Waermepumpen-Luft-Wasser-Vitocal-300-A-XL.jpg

Kombinácia tepelného čerpadla a fotovoltiky

Čítať ďalej