Čo je fotovoltika?

Fotovoltaika, fotovoltika

Chcete sa dozvedieť o fotovoltike viac?

Fotovoltika alebo aj fotovoltaika je v poslednom čase jedným z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich odvetví, ktorého produkty sa stávajú bežnou súčasťou nášho života. Fotovoltické články zabezpečujú prevádzku väčšiny kalkulačiek, hodiniek a objavujú sa už aj ohybné panely našité na batohu alebo oblečení, ktoré udržia náš mobilný telefón či GPS v prevádzke aj na dovolenke niekde v prírode. Fotovoltika už nie je iba „kozmickou technológiou”. Ohromný rast produkcie znížil ceny natoľko, že v mnohých prípadoch predstavuje fotovoltický systém, lepšiu alternatívu než je pripojenie k elektrickej sieti nielen v Afrike, ale aj v strednej Európe. Kombinácia rastúcich cien energie, znižovanie energetickej náročnosti spotrebičov a klesajúcich cien fotovoltických panelov, možno už v blízkej budúcnosti zmení výrazne i oblasť „veľkej“ energetiky. 20. storočie bolo storočím atómovej energie a je pravdepodobné, že 21. storočie by sa mohlo stať storočím solárnej energie a fotovoltika v tomto bude nepochybne hrať kľúčovú úlohu.

Definícia

Fotovoltaika je technický odbor, ktorý sa zaoberá procesom priamej premeny svetla na elektrickú energiu. Názov je odvodený od slova foto (svetlo) a volt (jednotka elektrického napätia). Proces premeny prebieha vo fotovoltickom článku.

Fotovoltické články

Jedná sa o aplikáciu fotoelektrického javu, pri ktorom dopadom fotónov 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, ktorým môže pretekať elektrický prúd. Fotovoltiku objavil Alexander Edmond Becquerel v roku 1839. V roku 1958 sa prví krát použili fotovoltické články na výrobu energie v kozmických programoch a od tej doby sa stali ich neodmysliteľnou súčasťou. Fotovoltické články sú uložené do fotovoltických panelov, v ktorých sú navzájom prepojené a chránené skleneným krytom. Čím väčšia je plocha panelu a intenzita žiarenia, tým väčší prúd cez ne preteká. Výkon panelov je vyjadrovaný hodnotou tzv. špičkového výkonu (Wp), čo je výkon zariadenia za definovaných podmienok pri intenzite slnečného žiarenia 1 000 W/m2 a pri teplote 25 °C. Tieto podmienky sa dosahujú pri dobrom počasí, keď sa slnko nachádza v najvyššom bode na oblohe. Vtedy na dosiahnutie výkonu 1 Wp za uvedených podmienok je potrebný článok asi 10 × 10 cm.

Úroveň slnečného žiarenia v rôznych štátoch Európy

Úroveň slnečného žiarenia na Slovensku

Z hľadiska dopadajúceho slnečného žiarenia sú podmienky na Slovensku porovnateľné s Nemeckom, ktoré je celosvetovo najväčším trhom s fotovoltikou. Je len otázkou času, kedy sa tento trend prenesie aj na Slovensko.

Viac informácií na PVGIS

Fotovoltické panely:

A. Monokryštalické

vysoká účinnosť
prijímajú malý rozsah slnečného žiarenia, najlepšie spracovávajú priamo dopadajúce svetlo, najhoršie difúzne žiarenie
najlepšie aplikovateľné na otáčajúce sa konštrukcie

B. Polykryštalické

najlepšie spracovávajú priamo dopadajúce svetlo a lepšie spracovávajú difúzne žiarenie než monokryštalické
univerzálne aplikácie
nižšia účinnosť

C. Tenkovrstvové

nízka účinnosť
prijímajú najväčší rozsah svetla – schopné dobre pracovať aj za zlého počasia
dobrý tepelný koeficient

Fotovoltická elektráreň (FVE)

Kompletný fotovoltický systém vyrábajúci a dodávajúci elektrickú energiu, ktorý je napojený na elektrické rozvody nehnuteľnosti alebo distribučnú sústavu, nazývame fotovoltická elektráreň. Fotovoltické panely, nosná konštrukcia, meniče, elektromer vyrobenej elektrickej energie, sú to základné prvky FVE. V skutočnosti sa tu nachádza ešte niekoľko prvkov, ako je zlučovacia a poistková skriňa, rozvádzač, ističe a batéria. Tieto prvky sú navzájom prepojené elektrickými káblami na jednosmerný a na striedavý prúd. Všetko sú to relatívne malé súčiastky a ľahko sa montujú v rôznych častiach rodinného domu alebo nehnuteľnosti.

Fotovoltické systémy

Samostatné (ostrovné) systémy off-grid

V stredoeurópskych podmienkach sa systém off-grid využíva na miestach, kde nie je k dispozícii elektrina zo siete. Teda v prípadoch, kde sú náklady na vybudovanie a prevádzku prípojky vyššie, než náklady na fotovoltický systém. Môže to byť chata, ale napríklad aj obytný automobilový príves, kde je vďaka slnečnému žiareniu komfort elektrického osvetlenia, chladničky i ďalších spotrebičov. Tento systém taktiež napája núdzové telefónne búdky pri diaľniciach alebo výstražnú dopravnú signalizáciu. Môžeme naraziť i na fotovoltikou napájané parkovacie automaty. Takéto zariadenie je možné kedykoľvek jednoducho premiestniť, bez nutnosti rozkopávať chodník, cestu z dôvodu napojenie na elektrickú sieť.

Off-grid systémy sa ďalej delia na systémy s priamym napojením, hybridné systémy alebo systémy s akumuláciou elektrickej energie.

Systémy s priamym napojením

Ide o jednoduché prepojenie fotovoltického panelu a spotrebiča, kde spotrebič funguje iba počas doby dostatočnej intenzity slnečného žiarenia. Využíva sa napríklad na nabíjanie akumulátorov malých prístrojov, čerpanie vody na zavlažovanie a napájanie ventilátorov.

Hybridné ostrovné systémy

Používajú sa tam, kde je nutná celoročná prevádzka a kde je občas používané zariadenie s vysokým príkonom. V zimných mesiacoch je možné získať z fotovoltického zdroja podstatne menej elektrickej energie než v letných mesiacoch. Preto je nutné tieto systémy navrhovať na zimnú prevádzku, čo má za následok zvýšenie výkonu inštalovaného systému a podstatné zvýšenie prvotných nákladov. Výhodnejšou alternatívou preto je rozšírenie systému doplnkovým zdrojom elektriny, ktorý pokryje potrebu elektrickej energie v obdobiach s nedostatočným slnečným žiarením. Takým zdrojom môže byť veterná elektráreň, elektrocentrála a pod.

Systémy s akumuláciou elektrickej energie

Používajú sa tam, kde potreba elektriny nastáva i v dobe bez slnečného žiarenia. Z týchto dôvodov majú tieto ostrovné systémy špeciálne akumulátorové batérie, konštruované pre pomalé nabíjanie i vybíjanie. Optimálne nabíjanie a vybíjanie akumulátorov je zaistené regulátorom dobíjania. K ostrovnému systému je možné pripojiť spotrebiče napájané jednosmerným prúdom (napätie systému býva spravidla 12 alebo 24 V) a bežné sieťové spotrebiče 230 V/~50 Hz napájané cez menič napätia.

Systémy pripojené k energetickej sústave on-grid

Typy on-grid systémov delíme podľa spôsobu využitia vyrobenej elektriny na:

priamy predaj – všetka vyrobená elektrina je dodaná priamo do siete a elektrina potrebná na chod domácnosti/budovy atď. sa zo siete nakupuje
vlastná spotreba – kombinuje spôsob využitia vyrobenej energie a to tak, že sa vyrobená elektrická energia primárne využíva pre vlastnú spotrebu a až jej nadbytok je odovzdaný do elektrifikačnej sústavy. Nadvýroba sa neskladuje v akumulátoroch
on grid hybridný systém – HFVE je navrhnutá tak, aby bolo možné spotrebovať všetku energiu, ktorá sa dá z FV panelov vyrobiť. Zjednodušený algoritmus výroby HFVE je nasledujúci – primárne je potrebné nabiť akumulátorové batérie, ktoré sú nedeliteľnou súčasťou HFVE. Po plnom nabití batérií dochádza ku presmerovaniu vyrobenej el. energie do prioritných spotrebičov(vo väčšine prípadov ide o vykurovanie a prípravu TÚV). V prípade, že má investor schválené pripojenie do DS, môže prípadné prebytky samozrejme dodávať do DS

Systémy on-grid fungujú celkom automaticky vďaka mikroprocesorovému riadeniu sieťového striedača, ktorý premení jednosmerný prúd z panelov na striedavý, na ktorý sú spotrebiče v domácnosti konštruované. Pripojenie do DS podlieha schvaľovaciemu riadeniu DS, pričom je nutné dodržať dané technické parametre.

Umiestnenie fotovoltických panelov slnečnej elektrárne

Solárne panely sa najčastejšie umiestňujú tak, aby boli orientované na juh, so sklonom 30 až 60°. Tak získavajú najviac energie.Avšak keď umiestníme panely priamo na východnú alebo západnú stranu strechy, straty sú pri sklone napr. 30° iba 14% ako môžeme vidieť na tabuľke nižšie.

Montovať panely otočené na sever nedáva zmysel.

Viac o vplyve orientácie FV panelov na efektivitu Tu