Využití solární energie k výrobě elektřiny

Fotoelektrický jev v polovodičích umožňuje přeměnit energii slunečního záření v solárních (nebo tzv. fotovoltaických) článcích na elektrickou energii. Tu lze pak libovolně využívat. V povědomí široké veřejnosti jsou například „solární kalkulačky“, které nepotřebují baterie. Jsou napájeny přímo solárními články.

Na trhu jsou nejrozšířenější solární články vyrobené z krystalického křemíku ve formě monokrystalu nebo multikrystalu (zastoupení křemíku 88 %) s účinností do 16 %. Své praktické uplatnění mají i tenkovrstvé solární články na bázi amorfního křemíku (zastoupení křemíku méně než 6,4 %) s účinností kolem 7 %.

Solární článek má poměrně malou výrobu elektrické energie a má také malé napětí. Proto se solární články spojují sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením do pole. Zde je propojeno vždy několik článků tak, aby bylo dosaženo potřebného napětí a proud pro přímé využití generované elektrické energie.

Detail solárních článků v panelu. Foto: EkoWATT

Hermetickým zapouzdřením těchto článků vznikne fotovoltaický solární panel, který musí zajišťovat dostatečnou mechanickou a klimatickou odolnost (např. vůči silnému větru, krupobití, mrazu apod.).

Panely se obvykle dále propojují do větších sestav, čímž se dosáhne potřebný výkon a výroba elektřiny. Panely se orientují zpravidla jižním (případně jihovýchodním až jihozápadním) směrem, aby se zajistil maximální osvit a tedy i výroba elektrické energie.

Solární panel s elektronikou Foto: EkoWATT

Špičkový instalovaný výkon fotovoltaického systému je maximální výkon, který je solární systém schopen vydat za ideálních podmínek (při maximu slunečního záření). Reálné množství vyrobené elektrické energie ovšem závisí na intenzitě a délce oslunění. Pro jeho odhad v našich podmínkách lze podle údajů firmy Solartec s.r.o. použít následující klíčová čísla. Jeden m² fotovoltaického panelu s monokrystalickými články má špičkový výkon 115 – 125 W_p při standardním osvětlení 1000 W/m² a slunečním spektru AM 1,5 (spektrální hustota zářivého toku při jasné obloze vztažená na m² vodorovné plochy). Ze solárního panelu s touto plochou je možné během jednoho roku získat 80 až 120 kWh elektrické energie v závislosti na podmínkách a typu panelu. Pro ilustraci: monokrystalický solární článek s plochou 10 x 10 cm je schopen dodávat do zátěže proud okolo 3,2 A při napětí 0,5 V.

Aby mohl solární panel pracovat, potřebuje další prvky: např. akumulátorovou baterii, regulátor nabíjení, napěťový střídač, indikační, zobrazovací, komunikační a měřící přístroje, případně automatické sledovače Slunce.

Sestava fotovoltaických panelů, podpůrných zařízení, spotřebiče a případně dalších prvků se nazývá fotovoltaický (solární) systém (FV). Množství a skladba prvků fotovoltaického systému závisí na druhu aplikace a na konkrétním řešení.

Fotovoltaický systém umístěný na střeše obytného domu, Rakousko. Foto: EkoWATT

Fotovoltaický systém může dodávat energii nezávisle na elektrické síti (tzv. ostrovní systém), nebo naopak dodávat elektrickou energii do veřejné elektrické sítě za úplatu.

Převážná většina dnes budovaných fotovoltaických zdrojů elektrické energie v průmyslových zemích je připojena k rozvodné síti. V České republice je také již realizováno několik desítek systémů tohoto typu, včetně velkých zařízení s instalovaným výkonem kolem 40 až 60 kW_p. 

Fotovoltaický systém umístěný na fasádě budovy, Rakousko. Foto: EkoWATT

Jaká fotovoltaická zařízení jsou v současnosti na trhu?

Na rozdíl od termosolárních systémů se na trh dodávají veškeré komponenty fotovoltaických zařízení a zájemce si může sám navrhnout a zapojit fotovoltaický solární systém. Fotovoltaické panely dodávají nízké napětí a tak nehrozí úraz elektrickým proudem.

V případě připojení a dodávky elektřiny do elektrické sítě je nutná spolupráce s odbornou firmou a pracovníkem, který má příslušná oprávnění k instalaci elektrických zařízení.

Některé společnosti dodávají celé fotovoltaické solární systémy jako stavebnice, nebo dodávají hotové výrobky (např. zahradní osvětlení). Zde se může amatérský zájemce mnohem lépe a bezpečně realizovat.

Z výše uvedeného také vyplývá, že v systému EIS nemohou být zařazeny jako výrobky fotovoltaické solární systémy, ale jen jejich komponenty – zejména fotovoltaické panely, regulátory nabíjení, akumulátory apod.

Zpracoval: EkoWATT