Jak funguje fotovoltaika?
Dnešní technické schopnosti lidstva jsou omezené. Podle toho, jakou formou a jakým způsobem ji zpracováváme, hovoříme o jejím pasivním nebo aktivním využívání. Pasivní se využívá při stavebních úpravách, díky kterým sluneční záření lépe využijeme na ohřátí místností v budově. O aktivním využití hovoříme při získávání energie pomocí slunečních kolektorů, fotovoltaických článků nebo tepelných čerpadel.
Rozmach technologie vyrábějící elektrickou energii ze slunečního záření nastal v 50-tých letech minulého století. Vědci zjistili, že je to jediný způsob, jak zásobovat satelity a vesmírné lodě elektřinou. Na to, aby princip výroby elektrické energie ze slunečního záření fungoval, není třeba přímé slunce. Sluneční energii přímo na elektřinu mění solární články, jejichž základním materiálem je křemík.
Jak to celé funguje
Solární články se skládají z polovodičového materiálu, v němž světlo uvádí do pohybu pozitivní a negativní náboje. Vnitřní elektrické pole jich uvolňuje a napětí vzniká mezi kontakty, které jsou umístěny na vrchní části solárního článku. Vnější okruh je tím uzavřen, protéká jím stejnosměrný elektrický proud. Křemíkový článek velikosti 10 × 10 cm dodá napětí asi 0,5 V, maximální elektrický proud 2A a elektrický výkon je 1W. Aby se dosáhlo vyšší napětí nebo silnější proud, sestavují se fotovoltaické články do solárních modulů, které dosahují výkon 50 až 300W. Pro jejich následné využití je třeba připojit k němu i další prvky jako akumulátorovou baterii, regulační zařízení, měnič, sledovač slunce, indikační a měřící přístroje. Celá sestava se nazývá fotovoltaický systém.
Dosáhnout co nejmenší ztráty
Ačkoli jsou panely konstruovány tak, aby dosáhli co největší účinnosti, ke ztrátám dochází. Optické jsou způsobeny odrážením se slunečního záření z povrchu polovodičů zpět do prostoru. Proto se jejich povrch upravuje a pokrývá antireflexními vrstvami, nebo se leptá, aby se narušil lesklý povrch a snížilo odrážení. Těmito postupy snížíme míru odrážení až pod 10%. Vědci se snaží najít nejvhodnější poměr a vzájemné uspořádání kontaktů a křemíku. Tyto technologie překračují svojí účinností v praxi velmi těžko překonatelnou hranici 20%. Nejúčinnější technologie, která přemění až 35% záření, je založena na tom, že mezi polovodič a kontakty, je zabudována vrstva s kanálky, kterými procházejí elektrony přímo ke kontaktům.
Je fotovoltaika i pro běžné lidi?
Toto je základní otázka těch, kteří se rozhodují, zda fotovoltaické zařízení koupit nebo ne. Nejčastěji přemýšlejí o využití na chatě a v rodinném domě a rozhodujícím faktorem je návratnost investice. Odborníci jim oponují tím, že ani investice do drahých televizorů a luxusních aut se nevrátí a přece se prodávají. Investice do fotovoltaiky doporučují posuzovat z hlediska obrovské energetické spotřeby rozvinuté země. Nezanedbatelná je i cena za poškozování prostředí a zdraví lidí při získávání a zpracování paliv.
Fotovoltaické systémy
Sestava fotovoltaického modulu, spotřebiče a případně dalších prvků se nazývá fotovoltaický systém. První skupinou jsou autonomní systémy. Ty jsou užitečné tam, kde není výhodné budovat elektrickou přípojku, nebo pokud je nejbližší přípojné místo k rozvodné síti dále než 500 až 1000 m. Takto připojený objekt musí mít zvláštní místnost pro akumulátory a spalovací generátor. Autonomní systémy kladou důraz na používání energeticky úsporných spotřebičů. Jsou vhodné do horských a rekreačních chat a na samoty. Druhou skupinou jsou systémy, které se nejvíce uplatní v oblastech s hustou sítí elektrických rozvodů. Při dostatečném slunečním svitu jsou spotřebiče v budově napájeny vlastní solární elektrickou energií a případný přebytek se odvádí do veřejné rozvodné sítě přes elektroměr.
