Fotovoltaika - systém pro výrobu elektřiny ze slunečního záření

 Získávání elektrické energie přímo ze slunečního záření je z hlediska životního prostředí nejčistším a nejšetrnějším způsobem její výroby. Technickářešení pro využití sluneční energie k výrobě elektrické energie jsou již v uspokojivé podobě k dipozici. Účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu umožňuje získat se současnými solárními systémy z jednoho metru aktivní plochy až 110kWh elektrické energie za rok. Fotovoltaika nabízí časově neomezenou možnost výroby elektrické energie. Technologie využívající sluneční záření má teoreticky neomezený růstový potenciál. Fotovoltaika by se měla stát významným prvkem trvale udržitelného energetického systému s minimálním dopadem na životní prostředí.

Solární panel v mnoha různých podobách se stal přímo výzvou pro architekty a konstruktéry, což v mnohých případech vedlo ke zcela novým a velmi atraktivním řešením, ne jenom obvodových plášťů, ale i celkového vzhledu budov. Protože je solární panel téměř vždy z přední strany opatřen sklem, má aplikace těchto panelů mnoho společného s moderními prosklenými fasádami. Navíc fasáda vyrábějící elektrickou energii tak plní i další doplňkovou funkci kromě vymezení vnitřního prostoru, zajištění tepelné pohody uvnitř objektu a mnoho jiných funkcí.

 

Fotovoltaický jev

Sluneční energie je přeměňována přímo v energii elektrickou v průběhu fotovoltaického jevu, kdy při dopadu slunečního záření na povrch světlocitlivého fotovoltaického článku dochází k emitaci elektronů. Vzniklý stejnosměrný elektrický proud může být použit k dobíjení akumulátorů, k napájení spotřebičů, anebo může být po nastřídání dodáván do veřejné distribuční sítě.

 

Monokrystalické články jsou více účinné než polykrystalické. Účinnost polykrystalických modulů je 12 - 14%. Účinnost monokrystalických modulů je 13 - 16%.
Polykrystalické moduly jsou levnější, jejich parametry nejsou tak časově stále jako u monokrystalických modulů. U monokrystalů se udává životnost minimálně 25 let.
Amorfní články jsou vyráběny nanášením slabých vrstev fotocitlivého materiálu na nosnou podložku - sklo, nerez, plast. Účinnost amorfního článku je 8 - 9%. Umožňují vytvářet flexibilní pásy složené z více vrstev. Každá vrstva je citlivá na jině spektrum záření. Vícevrstvé články (3.generace) pracují i při rozptýleném záření a nejsou tak náchylné na orientaci vůči slunci. Pracují i při zatažené obloze a lze je snadno integrovat do střechy v podobě izolačních fólií. Energetická návratnost amorfních modulů, též nazývaných tenkovrstvé moduly, je dokonce kratší než 2 roky.

 

Fotovoltaické moduly je vhodné v naší zeměpisné šířce orientovat směrem na jih (+/- 15°) pod úhlem sklonu přibližně 34°. Důležitý je i výběr lokality umístění FV systému s co možná největší roční svítivostí. Jeden kilowatt instalovaného výkonu krystalické technologie vyprodukuje cca 1000 kWh za jeden rok.

 

Strídače
Stejnosměrný proud vyrobený ve fotovoltaických (FV) modulech je pro dodávku do distribuční sítě třeba přeměnit na proud střídavý předepsaných parametrů (230V/400V, 50Hz) v měniči napětí - střídači.
Střídače námi nabízené dosahují max. účinnost až 96,3%. EU účinnost, tj. účinnost při částečném zatížení, dosahuje hodnot od 93,2 - 94,8%.

 

Výsoké účinnosti lze dosáhnout:
- odstraněním transformátoru s následným snížením tepelných ztrát
- užitím zařízení pro sledování bodu maximálního výkonu (MPP), které změnou vstupního odporu zajišťuje optimální chod střídače. Přifázování střídače k síti je plně automatizováno stejně jako odepínání v případě poruchy sítě nebo odstavení FV systému.

 

Ekologický přínos
Přínos fotovoltaických zdrojů elektrické energie k ochraně klimatu a životního prostředí je nezanedbatelný. Přeměna sluneční energie v elektrickou je ekologicky čistá, neprodukující žádný toxický odpad, plyn, popýlek ani hluk.
Jeden kilowatt instalovaného výkonu fotovoltaického systému ušetří ročně přibližně 850kg emisí CO2. Energie vynaložená na výrobu fotovoltaického článku se navrátí za 3 až 4 let při dlouhé a prakticky bezúdržbové životnosti přesahující 30 roků.

 

Provozní podmínky
Na základě Směrnice Evropského parlementu a Rady č.2001/77/ES ze dne 27.9.2001 se Parlament České republiky dne 31.3.2005 usnáší na zákonu č.18/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie, kterým se má v zájmu ochrany klimatu a ochrany životního prostředí:

- podpořit využití obnovitelných zdrijl energie
- zajistit trvalé zvyšování podílu obnovitelných zdrojů energie na spotřebě primárních energetických zdrojů
- přispět k šetrnému využívání přírodních zdrojů a k trvale udržitelnému rozvoji společnosti
- vytvořit podmínky k naplnění indikativního cíle podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v České republice ve výší 8% k roku 2010 a vytvořit podmínky pro další zvyšování tohoto podílu po roce 2010

 

Ekonomické výhody
Pořízení fotovoltaického systému není zdaleka tak finančně náročné jak by se na první pohled mohlo zdát. Díky stále se zvyšující sériové výrobě fotovoltaických modulů a jejich komponentů klesla během posledních let několikanásobně jejich cena. Výroba elektrického proudu z obnovitelných zdrojů, v našem případě fotovoltaikou je intenzivně podporována jak celkově Evropskou unií, tak jednotlivými jejími členskými státy včetně České republiky.

 

Předpoklad vývoje ceny solárních modulů v závislosti na kumulovaném instalovaném výkonu:
Cenovým rozhodnutím Energetického regulačního úřadu č.7/2007 ze dne 20.11.2007 má investor možnost vyrobený el. proud kompletně prodávat do rozvodné sítě za 12,65 Kč/kWh + DPH, nebo ho může použít pro svou vlastní potřebu a za přebytek el. proudu vráceného do rozvodné sítě inkasuje takzvaný zelený bonus (11,91 Kč/kWh bez DPH). Tyto ceny jsou garantovány v délce 20 let s možným ročním nárůstem reflektující inflací vyjádřenou indexem cen průmyslových výrobců (průmyslová inflace).

 

Zelený bonus
Zelený bonus je příplatek k tržní ceně elektřiny, který může získat výrobce elektřiny z obnovitelných zdrojů elektřiny. Systém zelených bonusů je zakotven v zákoně č.180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů. V případě, že výrobce elektřiny zvolí režim podpory ve formě zelených bonusů a prodá vlastní elektřinu za tržní cenu jakémukoliv konečnému zákazníkovi či obchodníkovi s elektřinou, má právo inkasovat od provozovatele regionální distribuční soustavy na základě předloženého výkazu zelené bonusy. Výše zeleného bonusu v Kč/MWh je pro každý druh obnovitelného zdroje každoročně upravována a zveřejňována v cenovém rozhodnutí Energetického regulačního úředu (ERU).

 

Způsoy využívání fotovoltaické energie se dělí:

1. Systémy nezávislé na rozvodné síti (grid-off). Výkony ostrovních systémů se pohybují v intervalu 1W - 10kW špičkového výkonu. U ostrovních systémů je kladen důraz na minimální ztráty a na používání energeticky úsporných spotřebičů.

Systémy s přímým napájením se používají tam, kde nevadí, že připojené elektrické zařízení je funkční pouze po dobu dostatečné intenzity slunečního záření. Jedná se o prosté propojení solárního panelu a spotřebiče.

Příklad aplikace: čerpání vody pro závlahu, napájení oběhového čerpadla solárního systému pro přípravu teplé užitkové vody, napájení ventilátorůk odvětrání uzavřených prostor nebo nabíjení akumulátorů malých přístrojů - mobilní telefon, svítilna apod.

Systémy s akumulací elektrické energie se používají tam, kde je potřeba elektřiny i v době bez slunečního záření, Z tohoto důvodu mají tyto ostrovní systémy akumulátorové baterie. Optimální dobíjení a vybíjení akumulátorové baterie je zajištěno elektronickým regulátorem. K ostrovnímu systému lze připojit spotřebiče napájené stejnosměrným proudem (napětí systému bývá zpravidla 12 nebo 24V) a běžné síťové spotřebiče 230V/~50Hz napájené přes střídač.

Příklad aplikace: zdroj elektrické energie pro chaty a rodinné domy, napájení dopravní signalizace, telekomunikačních zařízení, veřejného osvětlení nebo monitorovacích přístrojů v terénu, zahradní svítidla, světelné reklamy, camping a jachting.

Hybridní ostrovní systémy se používají tam, kde je nutný celoroční provoz se značným vytížením. V zimních měsících je možné získat z fotovoltaického zdroje podstatně méně elektrické energie něž v letních měsících. Proto je nutné tyto systémy navrhovat na zimní provoz, což má za následek zvýšení instalovaného výkonu systému a podstatné zvýšení pořizovacích nákladů. Výhodnější alternativou proto může být rozšíření systému doplňkovým zdrojem elektřiny, který pokryje potřebu elektrické energie v obdobích s nedostatěčným slunečním svitem. Tokovým zdrojem může být větrné elektrárna, malá vodní elektrárna, elektrocentrála, kogenerační jednotka apod.

Příklad aplikace: rozsáhlejší systémy pro napájení budov s celoročním provozem v lokalitách bez připojení k elektrické síti.

 

2. Síťové fotovoltaické systémy (grid-on) se nejvíce uplatňují v oblastech s hustou elektrorozvodnou sítí. Elektrická energie je ze solárních panelů dodávána přes síťový střídač do rozvodné sítě. Systém musí být ještě osazen elektroměrem. Systémy tohoto typu fungují zcela automaticky díky mikroprocesorovému řízení síťového měniče.

 

Výhody fotovoltaiky
Bezpečnost - výroba el. proudu pomocí fotovoltaiky je naprosta bezpečná, téměř bezúdržbová a bez vzniku jakýkoliv škodlivin
Stálost výkonu - dnes instalované fotovoltaické systémy Vám budou obstarávat výrobu el. energie celá desetiletí bez znatelného snížení účinnosti
Nezávislost - fotovoltaikou lze vyrábět el. proud i v oblastech, kde nejsou k dispozici jiné zdroje energie
Investice - žádné jiné uložení finančních prostředků není tak jisté a nezávislé jako investice do fotovoltaiky
Kvalita životního prostředí - budete vyrábět svůj vladtní el. proud bez jakéhokoliv zatěžování životního prostředí a zárověň pomůžete šetřit cenné zádoby fosilních paliv pro příští generace
Úspora vzniku CO2 - výrobou čisté energie snižujeme produkci CO2 a tím snižujeme riziko globálního oteplování