Základné princípy výroby elektriny zo slnečnej energie (fotovoltaika)
V čase rozmachu fotovoltaiky na Slovensku sa občas stretávame s pojmom fotovoltika. Nováčika v obore by to mohlo prekvapiť. Rozdiel medzi „fotovoltaika“ a „fotovoltika“ neexistuje. Je to jedno a to isté. Rozdiel je len v tom, že „fotovoltika“ sa viac páči naším jazykovedcom. V bežnej praxi sa však viac používa pojem fotovoltaika z anglického „photovoltaics“. Preto aj táto webstránka bude operovať s pojmom FOTOVOLTAIKA.
Čo je to fotovoltaika, resp. fotovoltika?
Fotovoltaika je priama premena svetla na elektrinu na atómovej úrovni. Niektoré materiály vykazujú vlastnosti, ktorým sa hovorí fotoelektrický efekt, ktorý spôsobuje, že tieto materiály absorbujú fotóny zo svetla a uvoľňujú elektróny. Výsledkom ich zachytenia a usmernenia je elektrický prúd.
Fotoelektrický jav prvý krát zaznamenal francúzsky fyzik Edmund Bequerel v roku 1839, ktorý zistil, že niektoré materiály produkujú malé množstvo elektrického prúdu ak sú vystavené svetlu. V roku 1905 Albert Einstein popisoval charakter svetla a fotoelektrický efekt, na ktorom je fotovoltaická technológia založená, za čo neskôr získal Nobelovu cenu za fyziku.
Prvý fotovoltaický modul bol postavený spoločnosťou Bell Laboratories v roku 1954. Bol označovaný ako solárna batéria a šlo viac menej len o zaujímavosť, keďže výroba bola príliš drahá pre bežné použitie. V roku 1960 začal kozmický priemysel prvý krát používať technológie na výrobu energie na palube kozmickej lode. Prostredníctvom vesmírnych programov technológia napredovala, získavala na spoľahlivosti a náklady začali klesať. Počas energetickej krízy v roku 1970, získala fotovoltaická technológia uznanie ako zdroj energie pre nevesmírne aplikácie.
Diagram hore ukazuje základný princíp fotovoltických článkov, nazývaných tiež solárne články. Solárne články sú vyrobené z rovnakého druhu polovodičových materiálov, ako je kremík, používaný v mikroelektronickom priemysle. Pre solárne články, je tenká vrstva polovodičových doštičiek špeciálne upravená tak, že tvorí elektrické pole, na jednej strane pozitívne a na strane druhej negatívne. Keď energia svetla dopadne na solárne články, sú voľné elektróny uvoľňované z atómov polovodičového materiálu. Ak sú elektrické vodiče pripojené na pozitívne a negatívne strany, ktoré tvoria elektrický obvod, môžu byť elektróny zachytené vo forme elektrického prúdu – to je, elektrina.
Niekoľko solárnych článkov elektricky vzájomne prepojených, a pripevnených na podpornú konštrukciu alebo rám, nazývame fotovoltaický modul. Moduly sú navrhnuté tak, aby dodávali elektrickú energiu v určitom napätí, ako je napríklad bežných 12 voltov. Množstvo vyrobeného prúdu je priamo závislé na tom, koľko svetla dopadne na modul.
Viac modulov môže byť spolu prepojených a tvoriť tak polia. Všeobecne platí, že čím väčšia je plocha modulu alebo poľa, tým viac elektriny sa vyrobí. Fotovoltaické moduly a polia produkujú jednosmerný elektrický prúd (DC). Môžu byť spojené v sérii alebo paralelne tak, aby produkovali potrebnú kombináciu napätia a prúdu.
Vo fotovoltaickom module sa svetelná energia premieňa na elektrinu. Fotovoltaický modul je základný prvok každého fotovoltaického systému. Skladá sa z mnohých spoločne spojených fotovoltaických (solárnych) článkov.
Podľa technológie solárnych článkov rozlišujeme monokryštalické, polykryštalické a amorfné solárne moduly. Väčšina komerčných kryštalických modulov sa skladá z 36 alebo 72 článkov. Solárne články sú prepojené a umiestnené medzi tedlarové dosky na spodnej časti a tvrdeného skla navrchu. Medzi článok a sklo je umiestnená tenká, zvyčajne EVA fólia. Solárne články sú prepojené tenkými kontaktmi na hornej strane polovodičového materiálu, ktorý vyzerá ako čistý kov na solárnych článkoch. Sieť musí byť čo najtenšia tak, aby umožňovala bezporuchový výskyt prúdu fotónov.
Modul je zvyčajne orámovaný hliníkovým rámom, občas z nerezovej ocele alebo s plastovým rámom. Špeciálne flexibilné moduly sú určené pre použitie na lodiach. Sú navrhnuté tak, aby po nich bolo možné chodiť bez poškodenia. Výkon typických kryštalických modulov sa pohybuje od niekoľkých W až po 200 W na modul. Niektorí výrobcovia vyrábajú predmontované panely s niekoľkými 100 Wp. Počas svojej odhadovanej životnosti vyrobí fotovoltaický modul násobne viac elektriny, ako sa spotrebuje pri jeho výrobe. 100 W modul ušetrí emisiu viac než dvoch ton CO 2.
Zdroj: fotovoltaika.sk