Fotovoltaika aneb jak dostat sluneční energii do sítě

Obrazek

Solární neboli sluneční energie je obnovitelný, nevyčerpatelný zdroj. Fotovoltaika je technologie pro přeměnu slunečního záření na elektrickou energii s využitím fotoelektrického jevu. Pro svůj provoz potřebuje pouze dostatečný zdroj slunečního svitu, není nutné žádné další palivo, proto neznečišťuje životní prostředí skleníkovými plyny.

První křemíkový článek spatřil světlo světa a přeměnil je na elektřinu v roce 1954. V následujících letech našla fotovoltaika uplatnění především v kosmických programech, solární panely sloužily pro napájení družic a technologie se zdokonalovala. Její další rozvoj podpořila energetická krize v 70. letech minulého století, zvyšující se povědomí o znečištění životního prostředí a poptávka z oblasti leteckého průmyslu.

Okénko do fyziky
Objevitelem fotoelektrického jevu je Alexandr Edmond Becquerel, když v roce 1839 odhalil závislost změny velikosti proudu mezi kovovými elektrodami ponořenými v roztoku na intenzitě osvětlení. Fotovoltaický jev jako formu vnitřního fotoelektrického jevu poprvé popsali v roce 1876 William Grylls Adams a Richard Evans Day. A za vysvětlení fotoelektrického jevu z roku 1905 získal Albert Einstein v roce 1921 Nobelovu cenu za fyziku.

Fotovoltaický jev je jednou z forem vnitřního fotoelektrického jevu, fotoefektu. Fotoefekt vzniká, když je určitý kov vystaven působení elektromagnetického záření například v podobě rentgenových paprsků nebo viditelného světla a absorbuje ho. V důsledku toho se z obalu atomů látky uvolňují elektrony, které jsou následně z látky vyzařovány jako takzvané fotoelektrony. Pokud se to děje na povrchu látky a elektrony se uvolňují do jejího okolí, mluvíme o vnějším fotoelektrickém jevu. Fotoefekt může probíhat i uvnitř látky, kdy ji elektrony neopouštějí a zůstávají v ní jako vodivostní elektrony. Pak se jedná o vnitřní fotoelektrický jev, jehož formou je právě fotovoltaický jev. A tohoto principu využívají solární panely. V zásadě potřebujeme sluneční záření a polovodič, což jsou látky, jejichž elektrická vodivost se dá snadno ovlivnit změnou vnitřních nebo vnějších podmínek. Patří sem prvky jako křemík, germanium, selen a některé sloučeniny. Fotony (v daném případě sluneční záření) dopadají na polovodič a pokud mají dostatečnou energii, každý z nich uvolní z obalu atomu polovodiče jeden elektron se záporným nábojem a vytvoří po něm díru s kladným nábojem. Obě uvolněné částice, elektron i díra se v polovodiči mohou pohybovat, což je první předpoklad pro vznik elektrického napětí a proudu. Mají ale opačnou polarizaci, takže se vzájemně přitahují a zase by se spojily. Tomu se brání tak, že se na plátek křemíku, který tvoří základ fotovoltaického panelu, napaří tenká vrstvička fosforu a vznikne tzv. PN přechod. Ten propouští elektrický proud pouze jedním směrem, takže se vytvoří horní N vrstvička záporných elektronů a spodní P vrstvička kladných děr. Elektrony z N vrstvy nemohou pronikat do P vrstvy, zatímco ty z P vrstvy do N vrstvy ano. Ve vrstvě N tak vzniká přebytek nahromaděných volných elektronů, v P vrstvě přebytek děr a vytváří se elektrické napětí. S pomocí elektrod opačné polarizace vzniká stejnosměrný proud, který je následně veden do akumulátorů.

Od kalkulačky po družici
Základním prvkem přeměny světla na elektřinu jsou polovodičové diody nazývané fotovoltaické články. Ty současné jsou vyráběny z křemíku v monokrystalické nebo multikrystalické formě. Umísťují se mezi vrstvy ze skla či plastu, které zajistí ochranu před vlivy okolního prostředí, povětrnostní odolnost i ochranu před mechanickým poškozením. Technologie se neustále vyvíjí a zdokonaluje.

Dnes lze fotovoltaický článek v miniaturní velikosti využít pro provoz kapesních zařízení, jako je kalkulačka, fotovoltaické panely zajišťují energetickou soběstačnost rodinných domů a zásobují solární elektrárny megawattovou produkcí elektrické energie.

Když slunce nesvítí, elektrárna nevyrábí
Fotovoltaická elektrárna vyžaduje jen minimální údržbu, funguje bez obsluhy, její náklady na provoz jsou v porovnání s ostatními technologiemi nízké. Na druhou stranu je výroba solární elektřiny limitovaná aktuální mírou slunečního svitu, nelze ji produkovat v noci i přes den je výroba ovlivněna klimatickými podmínkami, jako je oblačnost, mlha, déšť a sníh. Vzhledem k proměnlivému výkonu je proto nutné zároveň instalovat zařízení na ukládání elektřiny, kombinovat solární elektřinu s dodávkou z jiného zdroje a pomocí moderních technologií kompenzovat dopady nerovnováhy v rámci rozvodné sítě. Vysoká je také prvotní investice do technologie, výstavby elektrárny.

Účinnost přeměny sluneční energie v elektrickou je u dnešních monokrystalických článků 14 až 22 %, u polykrystalických 14 až 17 %. V roce 2010 vešel v účinnost zákon, který upravuje minimální účinnost pro nově vznikající sluneční elektrárny s výkonem nad 30 kW, monokrystalické panely musí dosahovat účinnosti 18 %, u polykrystalických je to nejméně 16 %.

Fotovoltaický boom v ČR
Hlavním faktorem ovlivňujícím, kolik elektřiny fotovoltaická elektrárna vyrobí, je výše zmíněná délka slunečního svitu. V České republice je intenzita slunečního svitu poměrně omezená a značně nerovnoměrná, nejlepší podmínky má v tomto ohledu jižní Morava, nejméně svítí slunce na severu Čech.

Fotovoltaika v České republice zaznamenala největší rozmach v letech 2009 – 2010. Díky snížení pořizovacích nákladů a především vzhledem k značné státní podpoře se počet slunečních elektráren na našem území skokově zvedl z několika set na několik tisíc instalací. Nevhodně nastavená legislativa garantující vysoké výkupní ceny solární elektřiny a investiční bonusy bohužel znamenaly výrazný nárůst cen elektřiny pro koncového zákazníka.

Současný důraz na ekologické zdroje energie pro budoucnost
Fotovoltaika pomáhá České republice dostát klimatickým závazkům, proto je její rozvoj podporován státem. Možnost podpory se firmám nabízí v podobě programu Úspory energie, čerpat mohou i z Operačního programu podnikání a inovace pro konkurenceschopnost. Domácnosti mohou již několik let využívat finance z programu Nová zelená úsporám.

V roce 2020 vylo v České republice instalováno 6 293 nových solárních elektráren s celkovým výkonem 51,4 MWp. Velkou část představovaly instalace na střechách komerčních subjektů, výrobních podniků a továren s celkovým výkonem 28,8 MWp, další podstatnou částí byly instalace malých střešních elektráren na rodinných domech s celkovým výkonem 22,6 MWp.

Evropská unie pro nové dotační období na fotovoltaiku alokovala značné finanční prostředky. Podporu mohou získat soukromníci na výrobu elektřiny pro svou vlastní spotřebu i firmy na výstavbu fotovoltaických elektráren s výkonem do 1MWp i nad něj.

Podle vyjádření vlády by díky Modernizačnímu fondu, který má přispět k přechodu české energetiky na ekologické zdroje, mohl do roku 2030 vzrůst instalovaný výkon v ČR ze současných 2,2 GW až na 14 GW.

Štítky
Elektřina
Úspora energií
Ohodnotit článek
0
0

Nechte si to spočítat

Využijte službu Kalkulátor.cz, partnera Energie.cz.

Stačí zadat vaše telefonní číslo a náš specialista vám pomůže najít způsob, jak zbytečně nepřeplácet za energie.

Telefon Ikona
Odesláním formuláře souhlasíte se zpracováním osobních údajů.

Anebo rovnou použijte on-line kalkulačku a zjistěte, kolik můžete ušetřit.