Trochu o solární energii a veličinách používáných u slunečních elektráren

Fotovoltaický jev byl objeven v roce 1839 Antoine-César Becquerelem (1788-1878). Na rozhraní dvou polovodičových materiálů, na něž dopadá světlo, vzniká elektrické napětí. Světlo se skládá z nesčetných drobných nosičů energie, fotonů. Dopadnou-li tyto fotony na solární článek, budou uvolněny elektrony na n-vrstvě a přesouvat se k p-vrstvě křemíkového polovodiče. Tento přesun se nazývá průtok proudu a probíhá vždy od - do +.

Fotovoltaický článek/panel První fotovoltaické články, které jsou obvykle zapojovány do panelů byly vyrobeny v 50. letech v USA pro vesmírný výzkum, protože výroba energie ze slunečního záření je jedním z mála možných "nejaderných" způsobů výroby energie v kosmu. První fotovoltaický článek byl vyroben v roce 1954 a ve vesmíru byl použit v roce 1958. Cena prvních panelů byla nad úrovní 150$/Watt-peak, od 70. let cena s rostoucím zájmem o fotovoltaiku a s rostoucím objemem výroby klesala až na dnešní cenu přibližně 3-4$/Watt-peak.

V solární technice přichází veškerá využitelná energie ze Slunce. Množství sluneční energie, která každoročně dopadne na povrch Země je 5000 krát větší, než veškerá potřeba světové energie.

Slunce je centrální hvězdou v našem planetárním systému. Bez Slunce by nebyl na zemi možný život. Slunce má průměr 1 392 000km, teplota jeho povrchu se pohybuje mezi 5700K až 6000K. Zdrojem energie Slunce je jádrová syntéza, kdy se vodík přeměňuje na hélium. Každou vteřinu se 4000 tun hmoty Slunce přemění na energii, která se vyzáří do okolního vesmíru, přičemž na Zemi dopadne přibližně 45 miliardtin celkové vyzářené energie Slunce. Spektrálně složené sluneční záření se pohybuje od rentgenové oblasti až po rádiové vlny.

Sluneční energie dopadá na Zemi ve značně zředěné formě. Na hranici zemské atmosféry je to 1350W na čtvereční metr = tzv. sluneční konstanta. Při průniku zemskou atmosférou se část této energie odrazí a pohltí, takže na povrch Země dopadne maximálně 1000W na čtvereční metr ve formě přímého a difúzního záření. Difúzní složka vzniká rozptylem přímého světla na oblacích a nečistotách v ovzduší a odrazem od terénu, difúzní složka slunečního záření mimo jiné způsobuje, že se nebe zdá modré.

Mimo malé energetické hustoty se sluneční záření vyznačuje též značnou časovou a oblastní nerovnoměrností. V letním půlroce dopadne na zem přibližně 75% z celoročního globálního záření, navíc jsou velké rozdíly v závislosti na geografické poloze, dokonce i v rámci samotné České republiky jsou určité rozdíly mezi jednotlivými regiony. Průměrný počet hodin solárního svitu (bez oblačnosti) se v ČR pohybuje v rozmezí 1400h/rok až 1700h/rok. Nejmenší počet hodin má severo-západ území, směrem na jiho-východ počet hodin narůstá. Lokality se od sebe běžně liší v průměru o +-10%, v oblastech se silně znečištěnou atmosférou nebo v oblastech s vysokým výskytem inverzí je nutné počítat s poklesem globálního záření o 5-10%. Pro oblasti s nadmořskou výškou od 700 do 2000 m.n.m. je možné počítat s 5% nárůstem globálního záření. Na Zemi dopadne za rok v našich podmínkách průměrně 950kWh - 1100kWh energie.

Sluneční energii lze použít pro účely výroby tepla (fototermika) nebo pro výrobu elektrické energie (fotovoltaika). U tepelných solárních soustav pak pro ohřev teplé užitkové vody (dále jen TUV), přitápění objektů a ohřevu bazénové vody. Vyrábět elektřinu lze pro účely vlastní spotřeby v místech, kde není rozvodná síť, nebo ji za účelem zisku prodávat distributorům elektrické energie.

Dále o různých veličinách, jež mají souvislost se sluneční energií: http://www.solarenvi.cz/show.php?ids=2

ZDROJ: www.solarenvi.cz

Energetická návratnost a recyklovatelnost fotovoltaických panelů Energetická náročnost výroby fotovoltaického panelu s články o nominálním výkonu 100Watt-peak je včetně konstrukcí a dalšího příslušenství a zařízení nutných pro jeho provoz na úrovni přibližně 300kWh. Takový panel za rok provozu vyrobí přibližně 100kWh elektrické energie, energetická návratnost celého fotovoltaického zařízení je tedy okolo 3 let. Výrobci poskytují na články 25 letou tzv. výkonnostní garanci, kdy po 25 letech provozu článku bude jeho výkon na 80% jeho nominálního výkonu. Články mají životnost delší než 30 let, po této době se veškeré materiály na výrobu panelů (kovy a sklo) a článků (křemík) dají recyklovat u specializovaných firem.

Výroba křemíkových fotovoltaických článků Čistý křemík pro solární články se vyrábí z křemenného písku tavením v obloukové peci (redukce pomocí uhlíku) do podoby monokrystalických nebo polykrystalických křemíkových tyčí v délce 1m a průměru 12cm. Tyče jsou nařezány na tenoučké plátky (<0,5 mm), vyleštěný a poté je jedna strana plátku obohacena malým množstvím pětimocného chemického prvku - vznikne polovodič typu P, zatímco druhá strana je obohacena prvkem trojmocným - vznikne polovodič typu N. Toto obohacení se nazývá infundace. Zadní strana článku se pak potáhne velmi tenkou vrstvou hliníku, která slouží jako kladný pól. Přední strana je rovněž potažena hliníkem, ovšem nikoliv plošně, nýbrž hliník představuje jen úzké vodivé dráhy (záporný pól), aby mohlo světlo dále dopadat na křemík. Na svrchní vrstvu se používá antireflexní vrstva, články jsou pak zapájeny do panelů a překryty speciálním ochranným solárním sklem s dobrou propustností světla. Moduly z amorfního (nekrystalického) křemíku se vyrábějí napařováním mikroskopických vrstev křemíku na skleněný, plastový či kovový podklad.

Typy fotovoltaických článků a jejich účinnosti Fotovoltaické články založené na křemíkové bázi se dělí na amorfní (napařovaná křemíková vrstva - účinnost 4%-8%), monokrystalické (články vyráběné z jednoho křemíkového krystalu - účinnost 13%-20%) a polykrystalické (články vyráběné z křemíkové krystalické mřížky - účinnost 10%-15%). Alternativním materiálem pro výrobu fotovoltaických článků jsou vodivé polymery, slitiny na bázi india a galia případně sloučeniny na bázi kadmia s účinností 4%-10%, které lze vrstvit a tím dostahovat několikanásobně vyšších účinností. Slibnou cestou výroby fotovoltaických materiálů budou v budoucnu nanočástice. Nekřemíkové technologie jsou však často pouze ve fázi výzkumu a vývoje, nicméně některé z těchto technologií do budoucna pravděpodobně plně nahradí energeticky náročný, drahý a nedostatkový křemík.