Proč solární energie?
Na těchto stránkách Vám nabízíme fotovoltaické ostrovní (nezávislé na síti) systémy pro výrobu el. energie.
O možnostech řešení na úrovni států se píše hodně, možnosti řešení na úrovni jednotlivých občanů (byt, dům, chata,osobní automobil) už tak široce probírány nejsou a přitom právě na této úrovni se dá udělat velmi mnoho.
Jako občané máme v podstatě následující možnosti:
- Pokračovat jako dosud, platit stále vyšší ceny za energii a nechat na státu, aby nám zajistil energii, kterou potřebujeme.
- Výrazně snížit svoji spotřebu.
- Přejít na jiné zdroje energie, než jsou fosilní paliva.
- Používat nadále fosilní paliva a vzniklý oxid uhličitý zachytit a někde ukládat (CCS - CO2 Capture and Storage (zachytávání a ukládání CO2)
Nejschůdnější je kombinace těchto možností a klíčovou úlohu při ní má snížení spotřeby. Teprve výrazné snížení spotřeby nám totiž umožní zvýšit podíl obnovitelných zdrojů a následující významné snížení spotřeby fosilních paliv pak pomůže získat čas na dokončení přechodu k případným dalším novým zdrojům (například jaderná fúze) nebo technologiím zachycování uhlíku.
Výhody energie
Sluneční energie je totiž jediný obnovitelný zdroj, který má dostatečný potenciál na dlouhodobé pokrytí energetických potřeb lidstva bez negativních vedlejších následků. Na většinu domů dopadne za rok ze slunce více energie, než kolik činí jejich roční spotřeba tepla a elektřiny. Je to také jediný zdroj, který je dostupný všude (snad s výjimkou polárních oblastí).
Řešení vedoucí k zajištění dostatečných zdrojů energie se tedy odehrává na několika úrovních - na úrovni občanů má podobu úspor energie a využití některých lokálně dostupných obnovitelných energetických zdrojů, na úrovni státu nebo EU se pak řeší dlouhodobá energetická politika, tj. jaderná nebo termonukleární energie, odstraňování uhlíku ze spalin (CSS) apod. Jako občané však zasahujeme (prostřednictvím voleb nebo s pomocí médií) i do toho, jak se formuje tato vysoká energetická politika. Není proto příliš přehnané tvrzení, že to jak problém nakonec vyřešíme, záleží hlavně na nás jako jednotlivcích.
Každá solární elektrárna po čase začne vydělávat a zaplatí tak nejen počáteční investice. Elektrárna o výkonu 1 kW ušetří ročně asi 900 kg emisí CO2.
Intenzita slunečního záření
Kolik energie solární elektrárna vydělá, se logicky odvíjí od intenzity slunečního záření. Pokud je obloha bez mráčku, výkon slunečního záření je kolem 1kW/m2. Když se však obloha zatáhne, sluneční záření je až 10krát méně intenzivní. V tuzemsku je průměrná intenzita slunečního záření odhadována na 950-1340 kW na m2 za rok.
Rozhoduje místo, poloha i sklon
Vždy nicméně záleží na konkrétním místě, které pro stavbu solární elektrárny zvolíte. Intenzitu a dobu slunečního záření ovlivňuje nadmořská výška, oblačnost a další lokální podmínky jako jsou časté ranní mlhy, znečištění ovzduší či úhel dopadu slunečních paprsků. Množství energie z fotovoltaických panelů pro různá místa, čas a sklon je možné spočítat.
Na místě je samozřejmě také otázka kapacity. Jinými slovy: kolik se na plochu střechy (či na jiné místo zvolené pro instalaci elektrárny) vejde solárních panelů? Obecně platí, že 1 kWp (maximální výkon elektrárny) zabere asi 8-10 m2. Tato plocha je schopna vyrobit přibližně 1 MWh ročně. Sedlová střecha průměrného rodinného domu přitom poskytuje mezi 50-70 m2 plochy. K tomu můžeme připočítat ještě 30 - 60 m2 fasády orientované na jih. Na tuto plochu dopadne mezi 80-130 MWh sluneční energie. Pro umístění fotovoltaických článků je nejvhodnější jižní orientace a sklon mezi 30-35°.
Fotovoltaické solární kolektory (panely)
Fotovoltaické solární kolektory (panely) slouží, jak již bylo řečeno, k výrobě elektřiny. Jejich schopnost přeměňovat sluneční záření na elektrickou energii je založena na tzv. fotovoltaickém jevu . Základním prvkem každého panelu jsou pak solární (nebo také fotovoltaické) články. Jedná se o plochou polovodičovou součástku, na které při dopadu slunečního záření dochází k uvolňování elektronů, což produkuje napětí 0,6 - 0,7 V. V polovodiči tedy vznikají volné elektrické náboje, které jsou již jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor do akumulátoru, ke spotřebiči nebo do rozvodné sítě.
Nejvíce rozšířeny jsou dnes fotovoltaické solární články na bázi křemíku, neboť křemík je nejen hojně zastoupen v zemské kůře (je druhým nejrozšířenějším prvkem vůbec), ale je i nejlépe prozkoumaným polovodičem.
Fotovoltaický sluneční panel je tedy tvořen množstvím článků, které jsou na sebe napojeny letovanými spoji. Články navíc tvoří z vrchu krycí plocha, ze spodu pak pevná deska. Materiál, ze kterého je vyrobena horní krycí plocha, samozřejmě významně ovlivňuje ztráty, především odrazem. Proto je důležité, aby použitý materiál dosahoval vysoké účinnosti pohlcení slunečního svitu a zároveň poskytoval ochranu před nepříznivými přírodními jevy (krupobití aj.).
Ostrovní fotovoltaický solární systém (tzv. grid-off)
Tento systém je výhodný v oblastech, kde připojení k rozvodné síti není možné, nebo kde by zavedení kabelu bylo finančně náročné (chatové oblasti, obytné automobily, lodě). Nevýhodou ostrovních fotovoltaických systémů je nutnost zapojení baterie, která uchovává vyrobenou energii na dobu, kdy není dostatečné množství slunečního záření. Vzhledem k tomu, že většina baterií dnes obsahuje nezanedbatelné množství olova, ekologičnost získané energie se tím pádem snižuje.
Při konstrukci ostrovního fotovoltaického slunečního systému je třeba mít na paměti nejen průměrné hodnoty slunečního svitu a účinnost fotovoltaického systému, ale především pak celkovou spotřebou všech používaných zařízení, které budou k systému připojeny. Jejich použitelnost je totiž množstvím vyprodukované energie přímo limitována.
Solární systémy zapojené do sítě (tzv. grid-on)
Oproti ostrovním mají sluneční systémy zapojené do veřejné sítě tu výhodu, že v době, kdy vyrábí fotovoltaický systém přebytek energie, může ji dodávat do sítě. Naopak v době nedostatku vlastního výkonu lze energii odebírat z rozvodné sítě. Při dodávání do rozvodné sítě se stejnosměrné napětí, které produkují fotovoltaické panely a kolektory, musí přeměnit na napětí střídavé. Pro tyto účely je nutné zapojit do systému měnič napětí.
Typy solárních článků
- monokrystalické kolektory - skládají se z jediného krystalu. Solární panely s monokrystalickými články jsou v naších podmínkách používané nejvíce. Krystaly křemíku jsou větší než 10 cm a vyrábí se na bázi chemického procesu - tažením roztaveného křemíku ve formě tyčí o průměru až 300 mm. Ty se poté rozřežou na tenké plátky, tzv. podložky. Účinnost těchto článků se pohybuje v rozmezí 13 až 17%.
- polykrystalické kolektory - z mnoha různě orientovaných krystalů. Základem je, stejně jako u monokrystalických panelů, křemíková podložka,s tím rozdílem, že solární články se skládají z většího počtu menších polykrystalů. Účinnost polykrystalických článků se pohybuje od 12 do 14% (výjimečně až 16%). Jejich výroba je ale v porovnání s monokrystalickými panely mnohem jednodušší, tedy i levnější a rychlejší.
- amorfní kolektory - základem amorfní křemíková vrstva . Základem amorfních slunečních panelů je napařovaná křemíková vrstva, ta je v tenké vrstvě nanesena na sklo nebo fólii. Účinnost těchto článku je poněkud nižší, pohybuje se v rozmezí 7 až 9%. Pro dosažení daného výkonu je potřeba 2,5x větší plochy, než kolik by bylo potřeba při použití mono nebo polykrystalických modulů. Celoroční výnos je ovšem o 10% vyšší! Tyto typy článků patří k dnes na trhu nejlevnějším a výhodné jsou především tam, kde investor není omezení prostorem.