---

Technológia

História

Fotovoltaický jav objavil v roku 1839 francúzsky fyzik Alexandre Edmond Becquerel. Prvý fotovoltaický článok však bol zostrojený až v roku 1883 Charlesem Frittsem, ktorý potiahol polovodivý selén veľmi tenkou vrstvou zlata. Jeho zariadenie malo iba jednopercentnú účinnosť. V roku 1946 si nechal patentovať konštrukciu solárneho článku Russel Ohl. Súčasná podoba solárnych článkov sa zrodila v roku 1954 v Bell Laboratories. Pri experimentoch s dopovaným kremíkom bola objavená jeho vysoká citlivosť na osvetlenie. Výsledkom bola realizácia fotovoltaického článku s účinnosťou okolo šesť percent.

Technológia výroby

Technológia hrubých vrsitev

Technológia tenkých vrstiev

Fotovoltaický článek je tvorený nosnou plochou (napríklad sklom, textíliou a podobne), na ktorej sú naparené veľmi tenké vrstvy amorfného alebo mikrokryštalického kremíka. Množstvo materiálu, použitého pre výrobu tenkovrstvového fotovoltaického článku, je nižšie, ako pri hrubých vrstvách, takže články sú lacnejšie. Nevýhodou súčasných tenkovrstvových fotovoltaických článkov je nižšia účinnosť a nižšia životnosť.

Nekremíkové technológie

Na rozdiel od predošlých dvoch sa pre konverziu svetla na elektrickú energiu nepoužíva tradičný P-N polovodičový prechod. Používajú sa rôzne organické zlúčeniny, polyméry a podobne. Tieto technológie sú väčšinou v štádiu výskumu.

Vzhľadom k možnému masovému využitiu fotovoltaických článkov, ich výrobná cena by bola podstatne nižšia ako v súčasnosti, prebieha tiež výskum fotovoltaických článkov pracujúcich s inými fotocitlivými materiálmi ako je kremík. Jednou z možností sú vodivé polyméry; napr. v novembri 2005 sa podarilo výskumnej skupine na University of California v Los Angeles dosiahnuť zatiaľ maximálnu účinnosť 4,4%.

Organický solárny panel

Novú technológiou výroby slnečnej energie s pomocou špeciálnej techniky, pomocou fotosyntézy vyvinuli izraelskí vedci z Telavivské univerzity. Novou technológiou by mali byť geneticky skonštruované bielkoviny, ktoré majú využívať fotosyntézu k výrobe elektrickej energie. Nové články by mali byť lacnejšie ako súčasné kremíkové. 1 m² solárneho panelu na kremíkovej bázi v súčasnej dobe stojí 200 dolárov, zatiaľ čo rovnaká plocha solárneho panelu z geneticky skonštruovanej bielkoviny (Protein Structure Initiative, PSI) stojí 1 dolár. Väčšia má byť aj účinnosť, ktorá sa má zvýšiť z 12-14 % pri kremíkových panelov až na 25 %. Nová technológia je umožnená vďaka poznatkom z genetického inžinierstva a nanotechnológií.

Výroba solárnych článkov

Rôzne rezy a druhy solárnych článkov.

Veľká časť dnes používaných článkov je vyrobená z monokryštalického (prípadně polykryštalického) dopovaného P kremíka. Polykryštalické kremíkové ingoty sa vyrábajú so štvorcovým prierezom, vhodným pre výrobu solárnych článkov. Guľaté monokryštalické ingoty sa často orezávajú na pseudoštvorcový prierez, aby bola lepšie využitá plocha solárnych panelov. Ingoty sa rozrežú na tenké doštičky (maximálne 1/3 mm).

Koncentrátorové články

Aby sa lepšie využili drahé solárne články, je možné použiť odrazné plochy (zrkadlá) alebo šošovky, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie na solárny článok a umožňujú osvetľovať článok oveľa vyššími intenzitami svetla. Pre prácu takéhoto systému je potreba primontovať panel do zariadenia pre sledovanie slnka (tracker) a články je nutné chladiť.

Bežne vyrábané fotovoltaické články sú určené pre prácu pri osvetlení slnečným žiarením s intenzitou 1 kW.m-2. Predovšetkým metalizácia bežných fotovoltaických článkov nie je uspôsobená vyššiemu prúdovému zaťaženiu, preto sa používajú špeciálne koncentrátorové solárne články.

Účinnosť

Energia fotónu, ktorá prekračuje potrebnú hranicu pre výrobu elektriny, sa mení na teplo. Vo fotovoltaickom článku je tak možné na elektrinu premeniť teoreticky maximálne päťdesiat percent dopadajúceho svetla. Prakticky sa dosahuje účinnosť asi pätnásť percent u priemyselne vyrábaných článkov. U experimentálnych laboratórne vyrábaných článkov sa dosahuje účinnosti až tridsať percent.

Pri súčasných tenkovrstvových článkoch dosahuje účinnosť približne 8-9 percent, časom sa však znižuje oveľa rýchlejšie, ako pri hrubovrstvových článkoch. V roku 2006 Národné laboratórium pre obnoviteľnú energiu (USA) predstavila články využívajúce trojnásobné prechody s efektivitou až 40,7%.

Výkon fotovoltaického článku

Výkon fotovoltaických článkov a panelov sa udáva v jednotkách Wp (watt peak - špičková hodnota). Výkon silne závisí na osvetlení a na uhlu dopadajúceho svetla, preto sa výkon článku meria pri definovaných podmienkach:

• Výkonová hustota slnečného žiarenia 1000 W.m^-2,
  

• Spektrum žiarenia AM1.5,

• Teplota solárneho článku 25 stupňov Celzia.

V praxi býva väčšinu doby výkon článku nižší, pretože článok nie je natočený presne na slnko a svetlo prechádza v závislosti na dennej dobe rôznou vrstvou atmosféry. Najviac je množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia silne závislé na oblačnosti.

Energetická návratnosť solárneho článku

Je veľmi rozšíreným mýtom, že fotovoltaický článok po dobu svojej životnosti nedokáže vyrobiť ani toľko energie, koľko sa spotrebuje na jeho výrobu. V skutočnosti bežný priemyselne vyrábaný článok zapojený do panelu dokáže vygenerovať množstvo energie, ktorá bola potrebná na jeho výrobu, už behom dvoch až troch rokov v závislosti na zemepisných podmienkach.

Pre podmienky Slovenskej republiky sa návratnosť udáva v rozmedzí 5 až 10 rokov. Pri predpokladanej životnosti fotovoltaických článkov 25 rokov tak môže fotovoltaický článok vyrobiť takmer až pätnásťkrát viac energie, ako bolo spotrebované na jeho výrobu.

Využitie

Solárne články majú veľa aplikácií. Prv sa používali solárne články predovšetkým v kozmonautike. Od sedemdesiatych rokov prenikajú vďaka zníženiu cien fotovoltaické články aj do miest, kde nie je k dispozícii zdroj elektrickej energie zo siete, napríklad na ropné plošiny, koncové svetlá železničných vagónov, retranslačné stanice v telekomunikáciách alebo na pobrežné majáky. V zemiach, kde neexistuje energetická sieť v rozsahu podobnom Európskemu, sa používa fotovoltaika pre zásobovanie domácností elektrinou alebo napríklad pre pohon vodných čerpadiel.

V našich podmienkach sa fotovoltaické systémy často pripojujú na jednotnú energetickú sieť, kde by v budúcnosti mohli veľmi dobre slúžiť k vyrovnaniu zvýšenej spotreby elektrickej energie v denných hodinách.

Informácie boli čerpané z portálu Wikipedia

Informácie