preskočiť na hlavný obsah

Fotovoltaika - hit súčasnosti

/up/images/featured/images/Fotovoltaika_0.png

Slnko sa nedá sprivatizovať, tak využime jeho energiu!

Fotovoltaika je jedným z najrýchlejšie sa rozvíjajúcixh odborov (v celosvetovom meradle) s ročným nárastom inštalovaného výkonu prevyšujúcim 30% ktorý využíva slnečné žiarenie. Toto žiarenie, ako zdroj energie, má oproti fosílnym palivám hneď niekoľko výhod - je prakticky nevyčerpateľné, nemožno ho sprivatizovať a navyše je najekologickejším palivom...

Bez Slnka by život na Zemi nebol možný. Každú sekundu sa 4 000 ton z hmoty Slnka premení na energiu a letí do vesmíru. Táto hviezda našej planetárnej sústavy má priemer 1 392 000 kilometrov a na hranici zemskej atmosféry dopadá energia o sile 1,35 kW/m2. Časť tejto energie sa prienikom zemskej atmosféry pohltí a časť sa odrazí, preto na Zem dopadne energia o sile asi 1 kW/m2, ktorej časť treba využiť. V letnom čase dopadne na Zem až 75 % z celoročného globálneho žiarenia. V našich končinách je v priemere približne 1 500 hodín slnečného žiarenia, na horách je to vyše 1300 hodín a na juhu Slovenska až niečo cez 1 800 hodín (niektoré zdroje uvádzajú od 1 600 do 2 000 hodín), čo treba využiť, aby sme ušetrili financie na energetické výdavky.

Fotovoltaický jav objavil v roku 1839 Antoine-Cesár Becquerel (*1788 - +1878). Na rozhraní dvoch polovodičových materiálov, na ktoré dopadá slnečné žiarenie, dochádza k pohlcovaniu fotónov a uvoľňovaniu elektrónov, z čoho vzniká elektrické napätie, ktoré môže poslúžiť vášmu prospechu, ak sa rozhodnete pre zriadenie fotovoltaickej elektrárne. Proces energetickej premeny je priamy, bez medzistupňov a neuvoľňujú sa pri ňom žiadne emisie skleníkových plynov alebo častíc.

Niekoľko základných údajov


Fotovoltaika sa stala jedným z najrýchlejšie sa rozvíjajúcim odborom (v celosvetovom meradle) s ročným nárastom inštalovaného výkonu prevyšujúcim 30 %, ktorá využíva slnečné žiarenie. Toto žiarenie, ako zdroj energie, má veľkú výhodu oproti fosílnym palivám preto, že ho nemožno sprivatizovať a je najekologickejším "palivom".

Na zemskom povrchu registrujeme tri základné druhy (neprivatizovateľného) slnečného žiarenia:
- priame slnečné žiarenie, ktoré dopadá priamo na fotovoltaický článok a prešlo atmosférou Zeme bez výraznejších zmien,
- rozptýlené žiarenie (čiže difúzne) - spektrálne zloženie má iné ako priame svetlo (rozptyl),
- žiarenie odrazené buď od zemského povrchu, alebo od iných objektov.

Všetky tieto zložky tvoria tzv. globálne slnečné žiarenie (jeho intenzita sa u nás pohybuje medzi 0,1 - 1 kW/m2), ktoré v rôznej miere vnímame voľným okom a sme ich schopní využiť pre svoju potrebu pomocou fotovoltaických systémov.

Nominálny výkon fotovoltaických článkov je udávaný v jednotkách Watt peak (Wp), ktorý zodpovedá vyrobenému výkonu solárneho panela pri štandardizovanom výkonnostnom teste, teda energetickej hustote žiarenia 1kW/m2, pri teplote 25 oC a svetelnom spektre slnečného žiarenia po prechode bezoblačnou atmosférou Zeme.

Fotovoltaické články sa vyrábajú s nominálnym výkonom 0,1 kWp, jeden takýto článok ročne vyrobí 100 kWh a energetická návratnosť celého fotovoltaického zariadenia je okolo 3 rokov, udávajú výrobcovia. Zároveň ponúkajú 25-ročnú výkonnostnú garanciu a po 25 rokoch bude mať článok 80 % výkon. Ich životnosť je dlhšia ako 30 rokov. Záručná lehota na články 5-ročná.

Fotovoltaické články z amorfného Si (kremíka) dosahujú stupeň účinnosti premeny slnečnej energie v laboratórnych podmienkach 10 %, v praxi len 4 - 8 %. Ich nevýhodou je nedostatočná dlhodobá stabilita, ktorá je podstatne menšia ako u iných článkov.

Monokryštalické Si články sú v súčasnosti najpoužívanejšie a najdôslednejšie prepracované, v laboratórnych podmienkach možno dosiahnuť až 20-percentnú účinnosť, v praxi je to 14 -16 %. Zvýšenie účinnosti sa dosahuje povrchovým štrukturovaním a antireflexnou vrstvou na prednej strane článku.

Polykryštalické Si články - ide o články vyrobené z liateho Si, v porovnaní s monokryštalickým Si je ich účinnosť nižšia a dosahuje hodnôt 11 - 14,5 %. S dobou použitia rýchlejšie klesá aj ich účinnosť.

Fotovoltaické články z arzenidu gália (GaAs) - majú vynikajúcu odolnosť voči vysokoenergetickému žiareniu a využívajú sa predovšetkým pre napájanie vesmírnych staníc a satelitov, ich účinnosť je 34-percentná.

Princíp fungovania fotovoltaického článku FV

Fotovoltaický článok je vlastne veľkoplošná polovodičová dióda (vnútorný fotoelektrický jav), ktorá premieňa slnečnú energiu dopadajúcu vo forme žiarenia priamo na elektrickú. To znamená, že pracuje na fyzikálnom princípe toku elektrického prúdu medzi dvoma prepojenými polovodičmi s rozdielnymi elektrickými vlastnosťami, na ktoré dopadá svetelné žiarenie. Jedna vrstva kremíka (Si) sa vďaka prímesí atómov fosforu vyznačuje nadbytkom elektrónov (záporných nábojov) a označuje sa ako N-vrstva. Druhá vrstva kremíka je obohatená atómami bóru, čím v nej vzniká nedostatok elektrónov, označuje sa ako P-vrstva a má kladný náboj. Medzi oboma vrstvami vzniká tzv. P-N prechod, ktorý je pri dopade slnečného žiarenia aktivovaný a pripojenými vodičmi tečie medzi oboma vrstvami elektrický prúd. P-N prechod je polovodič, pretože na rozdiel od striedavých elektrických zariadení prúd tečie len jedným smerom - od záporného pólu ku kladnému. Pri dopade slnečného žiarenia, alebo iného svetelného zdroja na polovodič, má napätie medzi oboma pólmi hodnotu približne 0,5 V. Pretekajúci prúd závisí od intenzity slnečného žiarenia, čiže množstva dopadajúcich fotónov a veľkosti článku, ktorých je v paneli umiestnených niekoľko. Napätie v nich býva zvyčajne 12 - 24 V.

Jednosmerný prúd, ktorého zdrojom je sústava FV článkov tvoriacich modul, využíva mnoho jednoduchých elektrických zariadení, ako sú napr. prenosné elektrospotrebiče na batérie. V najjednoduchších solárnych aplikáciách je jednosmerný prúd vyrábaný FV článkami využívaný elektrospotrebičmi priamo. V aplikáciách, kde je potrebný striedavý prúd, treba použiť tzv. menič, ktorý z jednosmerného vyrába striedavý prúd. Striedavý prúd je dodávaný verejnou elektrickou sieťou a využíva ho väčšina bežných elektrospotrebičov.

Fotovoltaické články ako elektráreň

Podľa výkonu môžeme fotovoltaické zdroje energie rozdeliť na:

- autonómne systémy s výkonom do 2 kW - nabíjajú akumulátory,
- hybridné systémy s výkonom do 5 kW - nabíjajú akumulátory a ešte pomocné generátory,
- systémy napojené priamo na sieť s výkonom až niekoľko MW.

Autonómne pracujúce fotovoltaické systémy sú závislé len od slnečných článkov. Tieto sú pripojené na batériu cez regulátor nabíjania, ktorý prerušuje okruh keď je batéria nabitá a vypína záťaž skôr, ako by sa batéria úplné vybila. Batérie musia byť dosť veľké, aby mohli skladovať energiu vyrobenú cez deň a využívanú v noci alebo počas nepriaznivého počasia.

Hybridné fotovoltaické systémy sú kombináciou slnečných článkov s dodatočným zdrojom elektrickej energie ako je napr. dieselový generátor, veterný agregát alebo iný zdroj. Z hľadiska optimalizácie činnosti dvoch zdrojov, hybridné systémy si vyžadujú technicky náročnejšie regulačné zariadenia ako samostatne pracujúce systémy. Napríklad pri použití dieselového generátora sa vyžaduje, aby sa zapol pri nastavenej úrovni vybitia batérie a opäť vypol, keď je batéria dostatočne nabitá.

Pri použití hybridných systémov je možné využiť menšie fotovoltaické zariadenia a batérie ako v prípade podobných samostatne pracujúcich systémov. Z tohto dôvodu náklady na hybridný systém môžu byť nižšie ako na samostatne pracujúci systém.

Fotovoltaické systémy napojené priamo na sieť pracujú ako samostatné elektrárne, a tým budeme dnes venovať pozornosť. Ale najskôr z čoho sa tieto systémy skladajú a ako fungujú.

FV články tvoriace FV panely slúžia na výrobu elektriny v podobe jednosmerného prúdu. Hoci sa články navonok javia ako jednoduché zariadenia, skrývajú v sebe čisté polovodičové materiály podobné tým, ktoré sa používajú v mikroprocesoroch počítačov. Kým nevynašli technológiu výroby superčistého kremíka, ktorý by sa uplatnil v počítačovej praxi a nahradil striebro či zlato, boli počítačové procesory drahé a pomalé, lebo surovina bola príliš drahá. A stačilo roztaviť obyčajný vyčistený piesok, ktorého je na planéte Zem neúrekom, a pritom jeho ťažba je finančne nenáročná.

Dnešné FV články sa takmer výlučne vyrábajú z kremíka (Si) - extrémne čistého, zbaveného akýchkoľvek prímesí, preto je ich výroba finančne náročná. Hoci je kremík najrozšírenejším prvkom na Zemi, jeho spracovanie do formy polovodiča je technologicky náročné.

Fotovoltické systémy pripojené do elektrickej rozvodnej siete pracujúce ako samostatné elektrárne dodávajúce energiu do siete. Obsahujú súbor FV modulov, menič napätia, zariadenie na meranie a sieťovú ochranu. Pripojenie do siete zvyčajne zabezpečujú dva elektromery, jeden meria slnečnú elektrinu dodávanú do siete a druhý elektrinu, ktorú domácnosť zo siete odoberá. Vyznačujú sa veľkou účinnosťou, pretože všetka vyrobená energia sa spotrebuje priamo na mieste, alebo sa dostáva do siete. Hlavným dôvodom inštalácie je zníženie kupovanej energie zo siete, prípadne finančný zisk z predaja prebytočnej energie. V praxi to funguje tak, že v prípade, ak solárny systém dodáva energiu do siete, merač spotreby elektriny sa točí naopak. Ak FV články nestačia pokryť spotrebu, sieť nahrádza batériu a v prípade potreby slúži ako záložný zdroj. Najčastejšie sa používajú systémy s kapacitou 1 - 5 kWp na strechách rodinných domov. Z hľadiska investora je atraktívne budovať väčšie inštalácie na strechách polyfunkčných budov a slnečných elektrární mimo zastavaného územia s výkonom 1 - 5 MWp.

Rozmach slnečných elektrárni v SR

Projekt Slnko do škôl sa z úspechom realizoval už vo viacerých európskych krajinách a v roku 2008 začal aj na Slovensku, na budove Strednej priemyselnej školy elektrotechnickej (SPŠE) v Bratislave na ulici K. Adlera s pomocou Bratislavského samosprávneho kraja uviedli do prevádzky slnečnú fotovoltaickú elektráreň (FE) s výkonom 19 kWp. To je 100 panelov (64 a 36 ks) s celkovým počtom 5 150 FV článkov z polykryštalického kremíka.

Po vypracovaní projektu a pred začatím realizácie výstavby musel všetko odobriť statik, potom nasledovalo vybavenie stavebného povolenia na miestnom úrade. Zároveň bolo treba podať žiadosť o pripojenie do elektrizačnej siete ZSE a následne realizovať zmluvu o pripojení a prístupe do elektrizačnej siete so získaním osvedčenia o pôvode elektriny z ÚRSO. Po odstránení všetkých prekážok a meraniach bol nainštalovaný 4-kvadrantový elektromer, ktorý meria energiu dodávanú do siete, ale aj energiu odoberanú školou.

Tento princíp fungovania fotovoltaickej elektrárne (FE) - výroba vlastnej energie a nespotrebovanej dodávanie do siete a v čase nefunkčnosti FE alebo slabej výroby odber energie z verejnej siete je najvýhodnejší. Nie je zanedbateľná aj skutočnosť, že výkupná cena vyrobenej energie FE je vyššia (0,448 €/kWh) ako dodávaná (0,123 €/kWh). Táto cena je zatiaľ garantovaná, ale časom to asi to tak výhodné nebude, preto o možnej realizácii treba uvažovať čo najrýchlejšie a s rozvahou.

SPŠE v júni 2009 v tlačovej správe uviedla, že v roku 2008 mala celkovú spotrebu elektrickej energie 96 504 kWh. Mesačne to vychádza na 9 650 kWh (okrem letných prázdnin), na deň je spotreby približne 322 kWh. Počas prevádzky, od apríla 2009 bolo vyrobených 4 500 kWh a v máji bolo 8 dní, kedy sa dosiahol výkon nad 100 kWh denne. Produkcia sa pohybovala od 20 kWh a vyššie a priemer bol 75 kWh denne. Počiatočné skúsenosti s ich fotovoltaickou elektrárňou sú zatiaľ len krátkodobé a dlhší čas jej používania vydá viac informácií z praxe. Tie majú väčšiu výpovednú hodnotu.

Začiatkom tohtoročných prázdnin bola na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave spustená najväčšia slnečná fotovoltaická elektráreň v Slovenskej republike, ktorej celkový inštalačný výkon je až 100 kWp a pozostáva zo 464 fotovoltaických panelov. Vyrobená elektrina z ich FE by mala pokryť okolo 85 až 90 percent ich doterajšej spotreby. Dodávateľom fotovoltaického systému bola firma, ktorá s Fakultou matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského (FMFI) v Bratislave spolupracuje už viac rokov na základnom a aplikovanom výskume obnoviteľných zdrojov energie.

Fakulta za ten krátky dvojmesačný chod FE ešte nemôže mať veľa skúseností a poznatkov. Avšak obe školy, či je to SPŠE a FMFI UK v Bratislave, budú môcť dať svojim študentom informácie priamo z praxe, nielen teoretické a študenti si budú môcť priamo meraním zistiť, či sa deklarované výkony dodávateľom zhodujú s praxou. Je to výborný prostriedok na obohatenie učiva a získania poznatkov z fotovoltaiky. Bodaj by to bolo dopriate čo najväčšiemu počtu škôl na Slovensku.

Za čo ponúkajú FE

Keďže na Slovensko fotovoltaické systémy dodávajú len české firmy, treba ich ponuky prepočítať na slovenské pomery, ktoré síce nemusia byť celkom presné, ale sa približujú s najväčšou pravdepodobnosťou.

Najvýhodnejšie je stavať FE na miestach, kde je najväčší výskyt slnečných dní a s najväčšou intenzitou. U nás je to juh Slovenska a horské oblasti sú na tom trochu horšie, ale nie až tak, aby boli nevyhovujúce. Vzduch je na horách čistejší, teploty na "slnku" sú tiež veľké (to len v tieni bývajú veľké rozdiely) a odrazy, čiže difúzne žiarenie býva najmä v zime intenzívnejšie, lebo biela snehová pokrývka doslova rozžiari krajinu. Snáď až na jediné miesto, a tým sú Kraľovany na južnom cípe Oravy, ktoré majú na južnej strane veľký kopec a v zime v dedine nemajú vôbec priame slnečné žiarenie, iba jeho odraz od okolitej krajiny. Keďže majú okolo seba strmé kopce a listnaté lesy v zime bez lístia, zimný odraz slnečných lúčov od snehovej pokrývky je veľmi intenzívny. Možno sa nájdu aj iné lokality, ale Kraľovany sú s týmto problémom najznámejšie.

Slovenské firmy sú v ponuke fotovoltaiky zatiaľ skromnejšie, skôr ponúkajú solárne kolektory, preto sme z ponuky českej firmy prepočítavali obstarávaciu cenu jednotlivých fotovoltaických systémov a vyšli nám zaujímavé hodnoty.

Ak teplárenským spoločnostiam za vykurovanie ste zaplatili za dodávku tepla do 3 600 kWh, tak investícia do fotovoltaickej elektrárne na výrobu týchto 3 600 kWh by u nás na Slovensku bola približne 205 755 Sk (6 300 €). To znamená, že banke budete počas 10 rokov platiť mesačné splátky v sume 1 715 Sk (56,93€). Keď sme odrátali úroky, ktoré si banka vypýta, tak by to mala byť investícia okolo 141 tisíc Sk (4680 €). Pri 4,64 percentom indexe rastu ročných cien, by návratnosť za 10 rokov a potom už budete len zarábať. Aj tak by ste tých 141 tisíc museli dať za vykurovanie teplárenskej spoločnosti alebo zaplatili trebárs za dodávku elektrickej energie na vykurovanie, čiže to možno považovať za nulový variant. Ak však potrebujete tzv. vynulovať cenu s vyššou spotrebou, budete musieť viac priplatiť, ale návratnosť investície bude totožná.

Je zrejmé, že nie všetky investície, ktoré v živote uskutočňujeme treba posudzovať z hľadiska ekonomickej návratnosti, ale v prípade aplikácie fotovoltaiky obstojí aj toto posudzovanie. Napríklad, ceny energií majú podľa predpovedí ročne stúpať o 4,64 percenta a možno to bude aj viac. Pritom v súčasnosti je garantované výhodné odkúpenie vyrobenej elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov. SPŠE v Bratislave uviedla, že pri zavedení FE je jej výkupná cena 0,448 € /kWh a za dodávanú sa platí len 0,123 €/kWh, čo je v súčasnosti výborný biznis. Práve preto sa veľkí slovenskí finanční "žraloci" chystajú výstavbou FE zarobiť v týchto časoch čo najväčšie množstvo peňazí. Myslíte si, keby to nebol výnosný obchod, že by do toho išli?

Ďalšou hodnotou je, ako uviedla FMFI UK v Bratislava, že zapojením FE do verejnej siete ročne znížia emisie oxidu na Slovensku o 70 ton, čo predstavuje výrazný príspevok k ochrane životného prostredia.

Kto využije dnešnú vhodnú klímu na vybudovanie slnečnej fotovoltaickej elektrárne, bude mať z nej profit najmä v budúcnosti. Prepásť túto príležitosť, ak mám na to vhodné poveternostné podmienky a schopnosť ju financovať (aj trebárs pomocou pôžičky), by bolo nerozumným činom, lebo tak výhodné vykupovanie elektrickej energie vyrobenej zo slnečnej energie v budúcnosti už nemusí byť.

Jozef Hilbrycht
Snímky: DaB

zdroj: Dom a Byt

Páčil sa vám článok?

áno: 258     nie: 216

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk
Všetko o: Fotovoltaika, Fotovoltaická elektráreň
firmy, články, foto

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby