Fotovoltika a princíp fungovania fotovoltických panelov

Fotovoltické panely môžete vďaka ich klesajúcej cene a štátnej podpore vidieť na strechách čoraz väčšieho počtu domov. Čítajte ďalej a dozviete sa, ako sa v nich svetelná energia mení na elektrickú, po akých typoch panelov sa oplatí siahnuť a akým spôsobom ich môžete využiť.        

Fotoelektrický jav, pri ktorom sa svetelná energia mení na elektrickú, bol opísaný už v roku 1839. Bežná populácia ho začala využívať až v 80. rokoch 20. storočia, keď sa objavili prvé  digitálne hodinky a kalkulačky napájané malými fotovoltickými článkami.  

Dnes fotovoltiku využívame aj na  výrobu elektriny pre jednotlivé budovy  – či už na miestach bez rozvodnej siete, alebo v zastavaných oblastiach. Uplatnila sa aj  v menších či väčších fotovoltických elektrárňach, nezriedka s výkonmi v stovkách megawattov.    

Základným stavebným prvkom premeny slnečnej, resp. svetelnej energie na elektrickú je samotný  fotovoltický článok. Výraz fotovoltika je potom odvodený od slova foto (svetlo) a volt (jednotka elektrického napätia).    

Vedeli ste, že?    

Fotovoltický článok je často označovaný aj ako fotovoltaický, solárny, resp. slnečný. V slovenčine je správny výraz fotovoltický.

Rozdiel medzi fotovoltickým panelom, článkom a systémom    

Za premenu svetelnej energie na elektrickú je zodpovedný už spomenutý  fotoelektrický jav. Pri ňom dochádza k dopadu fotónov (elementárnych častíc svetla a iného elektromag. žiarenia) na polovodičový PN priechod, čo má za následok  uvoľňovanie a hromadenie voľných elektrónov.  

Ak PN priechod  doplníte o dve elektródy  (anódu a katódu), dostanete  fotovoltický článok,  z ktorého môžete odoberať jednosmerný prúd. Dopadom svetla na takýto článok teda dochádza  k priamej premene svetelnej energie na elektrickú.    

Fotovoltický článok má  sám osebe nízke napätie i výkon, preto sa články  zoskupujú do väčších celkov  a vytvárajú tzv. fotovoltické moduly (panely). Spojením viacerých panelov vznikajú panelové reťazce (stringy)  s požadovaným výstupným elektrickým výkonom a napätím.  Spojením reťazcov a striedač/menič vznikne fotovoltický systém.

Typy fotovoltických panelov    

Najčastejším materiálom na výrobu fotovoltických panelov je v súčasnosti  kremík. Aby výrobcovia dosiahli  odolnosť panelov  voči poveternostným vplyvom a dlhú  životnosť v rozmedzí 20 – 30 rokov, ukladajú ich do hermeticky uzavretých obalov. Z vrchnej strany ich tvorí tvrdené sklo, ktoré zabezpečí dostatočnú priepustnosť svetla.      

V praxi sa môžete stretnúť s tromi typmi fotovoltických panelov:  

Monokryštalické  – majú  najvyššiu celkovú účinnosť  (vyše 20 %), zároveň však aj najvyššiu cenu. Oproti polykryštalickým majú o niečo nižší výkon pri slabšom slnečnom žiarení. V praxi to však nie je problém vykompenzovať  inštaláciou väčších a výkonnejších panelov. Monokryštalické panely sú v súčasnosti najpopulárnejšie práve pre svoju vysokú účinnosť.    

Polykryštalické  – ich články sa vyrábajú z kremíka tvoreného niekoľkými kryštálmi. Oproti monokryštalickým sú jednoduchšie na výrobu, a teda aj  lacnejšie. Na rozdiel od nich dosahujú  o niečo vyšší výkon pri slabšom slnečnom svetle, no daňou za to je  nižšia celková účinnosť. Aj to je dôvod, prečo sa používajú čoraz menej.    

Amorfné  – dosahujú ešte nižšiu celkovú účinnosť než polykryštalické fotovoltické články (8 – 14 %). Ich hlavnou výhodou je  nízka cena a hmotnosť. Vzhľadom na nízku účinnosť však potrebujete  veľkú plochu strechy, aby ste s nimi dosiahli potrebný výkon. Rovnako ako polykryštalické články sa teda používajú čoraz menej.    

Príklad z praxe:      

Polykryštalický fotovoltický panel s rozmermi 1 690 × 990 mm  dodá pri intenzite slnečného žiarenia 1 000 W/m2 približne  250 Wp výkonu  (wattpeak, t. j. jednotka max. špičkového výkonu panelu). Na výrobu 1 000 Wp elektriny budete teda potrebovať panely s plochou cca 6 – 8 m2. Takýmito panelmi na danej ploche môžete pokryť  cca tretinu ročnej spotreby elektriny priemernej domácnosti.  

Použitie fotovoltických systémov    

Fotovoltické panely môžete využiť  dvomi spôsobmi.  Prvým je autonómne, resp.  ostrovné využitie bez prepojenia s rozvodnou sieťou  (nazýva sa off-grid). V týchto aplikáciách je  slnečná energia hlavným zdrojom elektriny  napríklad pre osamotené budovy (chaty, záhradné domčeky), ale aj pre meteorologické a iné meracie stanice alebo jednotlivé spotrebiče.        

Pri  on-grid systémoch  je  objekt napojený na rozvodnú sieť, pričom môže byť napájaný z fotovoltiky a v prípade nedostatku slnečného žiarenia alebo vybitia batérií  aj z rozvodnej siete.      

Tak ako pri off-grid systémoch, aj v tomto prípade musíte využiť na získanie 230 V, resp. trojfázových 400 V  vhodný striedač. Musíte však zabrániť pretekaniu vyrobenej elektriny do rozvodnej siete. Po dohode s distribútorom elektriny a po inštalácii vhodných komponentov môžete prebytočnú energiu z fotovoltiky aj  predávať do rozvodnej siete.  

Udržateľnosť, nezávislosť i lacnejšia elektrina

Hoci boli základy fotovoltiky položené pred takmer 200 rokmi, až v súčasnosti sa vďaka poklesu cien stala táto technológia  dostupnou na nasadenie v domácnostiach. Počiatočná investícia do nej stále nie je zanedbateľná, nízke ceny však  skrátili dĺžku jej návratnosti o niekoľko rokov. Tú môžete ešte urýchliť využitím dotácií z programu  Zelená domácnostiam. Výsledkom pre vás bude nielen dobrý pocit, že ste prispeli k udržateľnému životnému prostrediu, ale aj  zníženie závislosti od drahej elektriny a odolnosť voči výkyvom jej cien.