FOTOVOLTAIKA

Přeměna světla na elektrickou energii je nazývána fotovoltaika. Toto označení

pochází z řeckého slova a skládá se ze dvou slov "foto = světlo" a "volt – jednotka

elektrického napětí". Fotovoltaika byla objevena již v r. 1839 francouzským fyzikem

Alexandre Edmond Becquerelem. Ale teprve o 100 let později byl vyvinut první solární článek v Bell laboratořích.

To bylo v roce 1954. A od tohoto data se vědci z celého světa snaží o

zlepšení kvality solárních článků. Mnoho miliónů marek teče ročně na tento účel do

výzkumu. Cílem vědců je zlepšit stupeň účinnosti solárních článků.

 

Princip fotovoltaického jevu

Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron-díra, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru, nebo ke spotřebiči

 

 


Stupeň účinnosti

Měření, které určuje stupeň účinnosti solárního článku, je prováděno v laboratoři. Přitom musí být dodrženy různá zadání. Světelné ozáření činí během měření 1000 watt/m2. Kromě toho musí být dodržena teplota článků 25 stupňů Celsia. Vedle toho je co nejpřesněji kontrolována vlhkost vzduchu. Tato zadání, která musí všichni

výrobci dodržet, umožňují porovnat různé solární články nejodlišnějších zhotovení. Ale co je vlastně stupeň účinnosti? stupeň účinnosti určuje vztah mezi napájenou energií a získanou energií v procentech. Příklad: když 1000 watt vstupního výkonu vyrobí 100 watt výstupního výkonu, potom činí stupeň účinnosti 10%.

 


RŮZNÉ SOLÁRNÍ ČLÁNKY

 

Tři nejčastější typy článků, které se v současnosti používají:

typy článků Materiál Stupeň účinnosti
amorfní článek napařovaná křemíková vrstva 4-8%
polykrystalický článek křemíkové podložky 10-14%
monokrystalický článek křemíkové podložky 13-17%


CENY

Z cenového pohledu je amorfní solární článek zdaleka nejvýhodnější. Ovšem po několika letech ztrácí také zřetelně na výkonu. Naproti tomu poly- a monokrystalický solární článek má ještě po mnoha letech stejný výkon. Tyto články jsou trochu dražší, ale díky životnosti v poměru levnější.


 

VÝROBA SOLÁRNÍCH ČLÁNKŮ

Materiál, ze kterého jsou vyráběny solární články, je křemenná písek. Tento materiál je speciální metodou zbaven nečistot a potom zpracován na monokrystal křemíku. Podle typu článku jsou k tomu zapotřebí různé metody. O monokrystalických článků je použito kelímkové tažení z taveniny. Křemíkový krystal je ponořen do horkého, tekutého křemíku. Tekutý křemík se spojí s ponořeným křemíkovým krystalem, zatímco je tento pomalu vytahován z pánve. Takto vznikají křemíkové tyče s délkou přes 1 metr a průměrem ca. 12 cm. U polykrystalických článků je horký křemík odléván do formy a pozvolna ochlazován. Také u této metody vznikají křemíkové tyče. Nyní jsou tyto tyče, které vznikají při obou metodách, řezány na tenoučké plátky (<0,5 mm). Každý plátek je leptání a broušením vyhlazován. Potom jsou obě strany cíleně znečištěny různými atomy nečistot. Toto se nazývá infudování. Infudováním se dosáhne, že je jedna strana pozitivně nabita a druhá negativně, což má později za následek, že může téci proud při dopadu světla. Zadní strana solárního článku bude potažena velmi tenkou vrstvou hliníku. Tato hliníková vrstva slouží jako plusový pól. Přední strana je rovněž potažena hliníkem, ovšem nikoliv plošně, nýbrž hliník představuje jen úzké vodivé dráhy, aby mohlo světlo dále dopadat na křemík. Nakonec bude umístěno ještě pájecí očko na vodivé dráhy, které představují druhé

připojení, minusový pól.


solární článek

 

PŘEMĚNA SVĚTLA NA PROUD

Světlo se skládá z nesčetných drobných nosičů energie, fotonů. Dopadnou-li tyto fotony na solární článek, budou uvolněny elektrony na n-vrstvě. Tyto elektrony se nyní pokouší přesunout k p-vrstvě. Tento přesun se nazývá průtok proudu. Tento proud probíhá vždy od – do +. Bude-li nyní připojen spotřebič na solární článek, bude přesun elektronů procházet spotřebičem a pohání např. u motoru osu motoru.

Solární článek produkuje stejnosměrné napětí. Podle kvality článku se toto napětí

může pohybovat mezi 0,5 a 0,65 volty.

 


PŘÍKLADY APLIKACÍ FOTOVOLTAIKY

Solární moduly jsou v současné době hlavně používány ve dvou typech zařízení

k získávání proudu.

Provoz paralelní sítě

provoz do vyčleněné části

Tyto obě témata jsou popsána na dalších stránkách.


 

roční obdobíúhel sklonu
jaro 40 až 60°
léto 20 až 50°
podzim 40 až 60°
zima 40 až 70°
Doporučené úhly sklonu směrem k jihu platné pro střední Evropu :

 

optimální sklon pro celoroční provoz : 45°

Na následujícím obrázku je znázorněn úhel ozáření, a sice i s ohledem na zábor prostoru. Při nejnižší poloze slunce (zimní slunovrat) zastiňuje postavený modul vodorovnou plochu, která je dvakrát delší než je délka základů tohoto modulu.

prostor5-4

Výtěžnost v závislosti na náklonu fotovoltaických panelů:


 


PROVOZ DO VYČLENĚNÉ ČÁSTI

Zařízení paralelních sítí slouží k tomu, aby proud, který je produkován fotovoltaikou,

napájel veřejnou elektrickou síť. Takové zařízení paralelní sítě potřebuje solární

moduly, síťový napáječ, jakož i hlavní vypínač.

Měnič k síťovému napájení mění stejnosměrné napětí na střídavé a napájí jím

veřejnou síť. Pokud není dostatek energie prostřednictvím solárního zařízení, např.

v noci nebo při špatném počasí, odebírá

provozovatel zařízení proud z veřejné

sítě. Věc se má dosud v Německu tak,

že se za kilowatthodinu, získanou ve

veřejné síti, se mnohem méně zaplatí,

než za každou odebranou. Změnou

vlády se může toto ale nyní velmi rychle

změnit. Ve prospěch solární techniky.

 

ZAŘÍZENÍ PROVOZU DO VYČLENĚNÉ ČÁSTI

Zařízení vyčleněných částí se používají tam, kde není k dispozici veřejná napájecí

síť. Jako je např. u obytných automobilů, člunů nebo i u salaší v horách. Pro provoz

takového vyčleněného zařízení je zapotřebí solárních modulů, regulátorů nabíjení a

baterií a přirozeně také spotřebičů jako jsou lampy, rádia apod..

 

SOLÁRNÍ MODUL

Solární modul se skládá většinou z 36 jednotlivých článků, které jsou zapojeny v řadě. Velikost proudu článku je rozhodující pro celkový proud.

 

REGULÁTOR NABÍJENÍ

Regulátor nabíjení zabraňuje tomu, že nebude přetížena baterie vlivem solárního modulu, jelikož je toto pro baterii velmi škodlivé. Je-li baterie přetížena, odpojí regulátor nabíjení solární modul od baterie. Dobré regulátory nabíjení navíc disponují ochranou proti hlubokému vybití. Tato ochrana proti hlubokému vybití pečuje o to, že spotřebiče vybijí baterii jen do předvoleného napětí. Potom regulátor nabíjení automaticky spotřebiče odpojí. Bude-li nyní baterie opět nabíjena prostřednictvím solárního modulu, budou spotřebiče opět zapojeny. Při použití regulátorů nabíjení bez ochrany hlubokého vybití, může opakovaně docházet k hlubokému vybití. Tím se výrazně redukuje životnost baterie.

 

BATERIE

Baterie slouží jen jako zásobník proudu, který prostřednictvím solárního modulu získáváme. Takto může být přes při denním světle ukládána energie a v případě potřeby ve dne nebo v noci odebírána.

 

MĚNIČ

Měnič přeměňuje bateriové napětí z 12 voltů stejnosměrného napětí na 230 voltů střídavého napětí. Také obvyklé 230 V-přístroje tak mohou být připojeny na solární zařízení, jako např. televizor, lampy, rádio, apod.

 

 

PŘÍKLADY APLIKACE

Vodní čerpací stanice v Africe Standardní nosná konstrukce modulu

Telekomunikační stanice v Řecku


 

m2
jaro 350 Wh/den
léto 400 Wh/den
podzim-zima 100 Wh/den
celý rok 60 - 80 kWh

Globální sluneční záření na území ČR (MJ/m2 za rok):

mapka-cr.jpg


Další stránky s fotovoltaikou: 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6