Fotovoltaika

Fotovoltaika je pomerne mladý odbor a dynamicky sa vyvíja. V posledných rokoch s rastom objemu produkcie klesajú investičné náklady na obstaranie fotovoltaickej elektrárne a fotovoltaické systémy rýchlo dobývajú svet.

Budúcnosť fotovoltaiky je vo zvyšovaní účinnosti a životnosti panelov, v znižovaní materiálovej a energetickej náročnosti, v integrácii do stavebných konštrukcií, v nových výrobných technológiách, ktoré umožnia ďalší pokles výrobných cien elektriny a jej dorovnanie s cenou elektriny z konvenčných zdrojov - to sa predpokladá okolo roku 2020.

Fotovoltaický článok je veľkoplošná polovodičová súčiastka schopná premieňať svetlo na elektrickú energiu. Využíva pri tom fotovoltaický jav, ktorý ako prvý popísal roku 1839 francúzsky fyzik AE Becquerel. Prvý fotovoltaický článok bol zostrojený roku 1883. Súčasná podoba článku na báze kremíka sa zrodila až v roku 1954. Prvé využitie našiel v kozmickom programe a na vrtných plošinách.

Sériovým alebo paralelným zapojením niekoľkých fotovoltaických článkov a ich skompletovaním vzniká fotovoltaický panel. V súčasnosti sa fotovoltaické panely rozdeľujú podľa technológie výroby a použitého materiálu do niekoľkých skupín:

Technológia tučných vrstiev (monokryštalické a polykryštalické) - v súčasnosti najrozšírenejšia výrobná technológia (cca 85 % všetkých vyrobených panelov), výhodou vysoká účinnosť 14 - 18 %, nevýhodou zatiaľ relatívne náročná výroba a z toho plynúca vysoká cena
- Tenkovrstvové (amorfné) - výhodou je použitie menšieho množstva kremíka (a tým následná nižšia cena) pri výrobe jeho naparovaním napr. na textílie, nevýhodou je malá účinnosť v porovnaní s technológiou tučných vrstiev a kratšia životnosť
- Koncentrátorové - pomocou zrkadiel alebo šošoviek sa sústreďuje slnečné svetlo, výhodou vyššia efektívnosť, nevýhodou nutnosť chladenia, vyššia cena a nutnosť použiť konštrukciu pre sledovanie pohybu Slnka (tzv. tracker) Nekremíkové technológie - miesto kremíka je použitý iný materiál, napríklad vodivý polymér, výhodou je absencia kremíka (jeho výroba je energeticky náročná), nevýhodou nízka účinnosť

V našich podmienkach sú najpoužívanejšie panely monokryštalické a polykryštalické. Pri približne rovnakej cene majú monokryštalické panely vyššiu účinnosť (18 %) než panely polykryštalické (14 %), sú ale súčasne viac citlivé na správnu orientáciu k Slnku a množstvo slnečného svetla na ne dopadajúce. Pre statické inštalácie (bez použitia trackeru tj. zariadenia sledujúce pohyb a polohu Slnka) sú pretovhodnejšie panely polykryštalické, ktoré svoju nižšiu maximálnu efektívnosť dorovnávajú celkovým vyšším výkonom. Majú vyšší zisk pri zvýšenej oblačnosti, pri nízkej intenzite slnečného svetla (východ a západ Slnka) a nerobí im problém pohyb a zmena polohy Slnka, teda v situáciách, kedy monokryštalické panely strácajú svoju maximálnu účinnosť.

Teoretické maximum účinnosti pre jednovrstvové články je 33 %, prelomenie tejto hranice je možné použitím viacvrstvovej technológie popr. využitím koncentrátorov atď. Maximálna teoretická účinnosť je 86 % pri použití koncentrátorov a pri nekonečnom počte vrstiev.

Energetická návratnosť fotovoltaického panelu tj. doba, za ktorú fotovoltaický panel vyrobí množstvo energie použité pri jeho výrobe, sa v súčasnosti pohybuje medzi 2 a 3 roky. Panel tak pri predpokladanej životnosti 30 – 35 rokov vyrobí desaťnásobok energie použité pri jeho výrobe.

Na webových stránkach je k dispozícii on-line aplikácia pre výpočet predpokladaného výkonu fotovoltaické elektrárne, a to za celý rok i v jednotlivých mesiacoch. Stačí zadať základné údaje: GPS súradnice miesta inštalácie, inštalovaný výkon fotovoltaické elektrárne, orientáciu strechy, jej sklon, atď.

Ročne dopadne na územie SR v priemere 1200 kWh na jeden meter štvorcový. Ideálna orientácia fotovoltaické elektrárne je smer juh s maximálnou odchýlkou 10 stupňov na V alebo na Z so sklonom panelov 35 stupňov, pričom by panely samozrejme nemali byť zatienené. Vplyv umiestnenia panelov na výkon znázorňujú nasledujúce grafy.