SolarTech

Fotovoltaika

POZOR:  Málo kto má oprávnenie a cetifikát na montáž fotovoltaiky. Ak chcete predísť požiaru rodinného domu, treba zvážiť komu dôverujete, ktorému dodávateľovi a akú Vám ponúkne garanciu kvality inštalácie…

Ako to bolo, ako to je s využitím fotovoltaiky vo svete?

Pôvodne sa elektrina zo slnka na svetových trhoch zdala byť neschopná konkurencie pre svoju vysokú cenu. Vo svojich začiatkoch sa používala predovšetkým v kozmickom výskume a priemysle. To bolo v 70.-tych rokoch, jej použitia “na Zemi” bolo umožnené pokračujúcim technickým pokrokom a tým pádom aj znižovaním jej ceny.

Fotovoltaika sa v súčasnej dobe veľmi rýchlo rozvíja nielen po technickej stránke, veľký pokrok zaznamenáva aj na svetových trhoch. Percento ktorým sa podieľa na výrobe energie zatial nie je veľké, ale príklady z krajín kde je tento perspektívny druh energie podporovaný ukazujú, že tento stav sa môže veľmi rýchlo zmeniť, o to viac že technický pokrok nás čoraz v kratších intervaloch prekvapuje svojimi podivuhodnými výsledkami.

Fotovoltaické systémy

Fotovoltaické systémy rozoznávame tri typy, z ktorých každý je vhodný na iné použitie, do iných podmienok:

Ostrovné – je nutné ich vybaviť akumulátormi, používajú sa tam kde nie je prístup ku elektrickej sieti, často však aj v prípadoch keď sa prevádzkovateľ chce vyhnúť komplikáciám spojeným z pripojením na sieť


hybridné – obsahuje nielen samotnú fotovoltaickú jednotku ale aj jeden alebo viac pomocných generátorov (napríklad veternú elektráreň alebo dieselagregát), obsahuje taktiež jednu alebo viac batérií, vyžaduje zložitejšie regulačné a riadiace prvky

pripojené na sieť – zvyčajne nepotrebuje akumulátor, najjednoduchšie systémy potrebujú okrem fotovoltaickej jednotky len menič, ktorý musí pracovať v celom rozsahu napätí ktoré môžu panely produkovať. Pri zložitejších vysokonapäťových systémoch je nutné použitie transformátorov, ochranných prvkov a aj výkonových spínačov,
v mnohých prípadoch je potrebná aj harmonická filtrácia a korekcia fázy. Všetky tieto prvky je nutné použiť
z dôvodu pripojenia na sieť. Prevádzkovateľov rozvodnej siete by asi veľmi nepotešil nepravidelný výkon, ktorý fotovoltaické zariadenie produkuje. Pri týchto zariadeniach sa často vytvorí zmluva, ktorá umožňuje odoberanie prúdu zo siete v čase nedostatočného výkonu panelov a naopak jej dodoávanie do siete v prípadoch kedy vznikajú prebytky.

Z čoho sa slnečné kolektory vyrábajú?

Určite ste už niekedy počuli o polovodičových materiáloch. Tieto sa používajú v diódach, tranzistoroch a tak ďalej. Polovodiče sú taktiež životne dôležité pre slnečný priemysel. O ich vhodnosti na výrobu fotovoltaických článkov rozhoduje predovšetkým šírka zakázaného pásma energií, ktorá by sa mala pohybovať v rozmedzí od 1,1 eV do 1,7 eV. Ďalšími dôležitými vlastnosťami sú vysoká pohyblivosť a dlhá životnosť minoritných nosičov náboja.
Tieto požiadavky spĺňa mnoho polovodičov, vo fotovoltaike sa uplatnili predovšetkým kremík, arzenid gália, telurid kadebnatý, sírnik kadebnatý.

Kremík |Si|
Je to najdlhšie používaný a tiež najrozšírenejší materiál na výrobu fotovoltaických článkov. Narozdiel od iných materiálov sa netreba obávať jeho vyčerpania pretože sa nachádza takmer všade. Je to štvrtá najpoužívanejšia surovina na svete, na výrobu solárnych panelov sa však využíva približne iba 1 % z tohto množstva. Používa sa v niekoľkých podobách.

Monokryštalický kremík
Bol prvý materiál ktorý sa začal využívať v praxi. Jeho účinnosť premeny sa zo začiatku pohybovala okolo 6 %, čo v dnešnej dobe vyznieva už takmer komicky. Od roku 1954 do roku 1975 sa v tomto smere nedosiahlo takmer žiadneho pokroku, pretože výskum sa orientoval predovšetkým na vesmírne použitie, od roku 1975 až do roku 1980 sa túto hodnotu podarilo posunúť len o pár percent a hodnota 17 % bola považovaná za neprekonateľnú. Celkový pokrok v týchto rokoch brzdil tiež fakt, že vedci sa sústredili skôr na znižovanie cien ako na zvyšovanie účinnosti. V osemdesiatych rokoch sa stav výrazne zmenil a výsledkom bola účinnosť 35,2 % dosiahnutá v roku 1992 Pekingskou akadémiou vied. Dnes sa v bežnej výrobe v priemere dosahuje účinnosti 12 %. Monokryštalický kremík sa je však stále príliš drahým materiálom a tak sa výskumníci orientujú na výrobu materiálu z nižšou čistotou. Dosiahlo by sa tým menšej energetickej náročnosťi výroby a teda aj výrazného zníženia ceny. Monokryštál sa používa tam kde nie je možné aby mali panely príliš veľké rozmery, v kozmických aplikáciách alebo aj v prípadoch kedy budúceho majiteľa neodrádza značne vyššia cena.

Polykryštalický kremík
Používa sa predovšetkým v praktickej fotovoltaike. Je tvorený väčším množstvom kryštálov. Jednoduchšia výroba ho síce značne zvýhodňuje v cene, ale tiež spôsobuje nižšiu účinnosť premeny – okolo 10 %. Jeho nižšia účinnosť vyplýva zo strát vznikajúcich na rozhraní jednotlivých zŕn – kryštálov.

Multikryštalický kremík
Je to vlastne odroda polykryštalického kremíka. Je podstatne lacnejší ako monokryštalický a dosahuje
v praxi celkom dobrej účinnosti od 12 do 14 %
. Aby nevznikali straty pri prechode elektrónov rozhraním medzi kryštálmi vznikajú snahy vyrábať multikryštalický kremík s čo najväčšími kryštálmi, účinnosť tohto materiálu je taktiež možné zvýšiť chemickou úpravou vodíkom.

Hydrogenizovaný amorfný kremík
Ide o materiál, ktorý nemá kryštalickú štruktúru ani príliš veľkú čistotu, je chemicky upravený vodíkom čo zlepšuje jeho vlastnosti. Tento druh kremíku sa využíva v tenkovrstvých solárnych článkoch, jeho výhodou je že je to lacný materiál a že sa ho výrobe môže použiť podstatne menšie množstvo, pretože značná časť energie slnečného žiarenia sa absorbuje už vo vrstve tenšej ako 1µm. Hydrogenizovaný amorfný kremík sa tiež veľmi ľahko kombinuje z inými materiálmi ako napríklad uhlík, dusík, cín, germánium a tým sa vytvárajú zliatiny z rôznymi šírkami zakázaného pásu energií. Materiál sa zvykne nanášať na lacné podklady ako sklo, plast, ocel. Jeho účinnosť je bohužiaľ dosť nízka – v praxi okolo 5 – 8 %. To ho predurčuje na použitie v zariadeniach s malou spotrebou energie ako sú kalkulačky a hodinky. Je dobré si uvedomiť že práve pri takýchto zariadeniach by však použitie drahých materiálov predražilo