Fotovoltaické elektrárne

Čo je to fotovoltaika?

Fotovoltaika je technológia výrábajúca elektrickú energiu zo slnečného žiarenia.


Táto technológia sa začala vyvíjať od 50. rokov s nástupom polovodičov a neskôr potrebou zabezpečiť satelity energiou. Výrazné zníženie cien polovodičov umožnilo komerčné nasadenie v pozemných aplikáciách, pričom od roku 1995 boli postupne naštartované programy na ich masové uvedenie na trh niektorých krajín (Nemecko, Japonsko, USA, Holandsko, Taliansko, Španielsko, Dánsko), najmä ako systémy inštalované na budovách a pripojené do elektrickej siete
FV systémy nevyžadujú priame slnečné žiarenie k tomu, aby fungovali. Sú schopné vyrábať elektrickú energiu aj pri oblačnom počasí. Na rozdiel od konvenčných systémov, efektivita fotovoltaiky nezávisí od veľkosti systému a teda systémy môžu byť škálované – od malých domácich až po rozsiahle centrálne elektrárne. Veľký potenciál fotovoltaických aplikácií bežiacich v samostatnom režime (nepripojených na sieť, s vlastnou batériou ako záložným zdrojom) je v odľahlých oblastiach a vo vidieckych oblastiach tretieho sveta.

Priama premena slnečného žiarenia na elektrickú energiu je možná vďaka využitiu polovodičových materiálov, z ktorých je v súčasnosti najbežnejšie používaný kremík. Hoci kremík je široko dostupný, jeho spracovanie je technologicky náročné a venuje sa mu vo svete len niekoľko špecializovaných firiem.

Základnou jednotkou FV solárnych systémov sú články (solar cells), z ktorých sa budujú základné stavebné prvky - fotovoltaické moduly, teda súbory väčšieho počtu FV článkov. V minulosti boli najčastejšie z kryštalického kremíka (až 84% systémov v r. 2001), v súčasnosti sa rozširujú výrobné kapacity technológie tenkých kremíkových vrstiev, ktoré majú veľkú perspektívu z hľadiska lepších možností integrácie do stavebných prvkov budov (fasády, zatieňovanie, sklenné komponenty). Sú ľahšie, odolnejšie a majú lepšie vizuálne vlastnosti. FV moduly sú schopné pracovať bez poruchy dlhé roky. Výrobcovia zaručujú ich životnosť na 20-25 rokov.

Technológie fotovoltaických modulov

V súčasnosti je výroba FV modulov založená na štyroch základných technológiách:

1. tradičný kryštalický kremík. Jeho prednosťou je vyššia účinnosť systémov (viac ako 20%), problémom je stále rastúca cena základnej suroviny, prípadne jej nedostatok. Priestor na znižovanie cien týchto modulov v budúcnosti je obmedzený, vzhľadom k spomínanej cene kremíka a technológii výroby (montovanie modulov z jednotlivých článkov).

2. tenké vrstvy - amorfný kremík (účinnosť systémov viac ako 10%). Technológia sa využívala už v 80 tych rokoch v kalkulačkách alebo digitálnych hodinkách.

3. tenké vrstvy kadmium - telúr (CdTe)´- veľmi vhodné na hromadnú výrobu, majú účinnosť okolo 15-16,5%. Toxické účinky CdTe článkov sa nepreukázali, aj napriek prítomnosti kadmia, ktoré je samostatne toxické. Kadmium sa na výrobu článkov získava ako bočný produkt z ťažby zinku.

4. tenké vrstvy meď-indium-gálium-selén (CIGS). Indium pre FV sektor sa získava ako ved1ajší produkt pri ťažbe a spracovaní iných kovov, a to v rôznych častiach sveta. Jeho zásoby a dostupnosť pre FV sektor sú z ekonomického, geografického aj politického pohľadu perspektívne. Podobne je to s gáliom, ktorý sa získava pri spracovaní bauxitu.

Posledným objavom v FV sektore sú organické FV systémy (OFV), využívajúce schopnosť niektorých polymérov správať sa za prítomnosti ďalšej látky ako polovodič. Ich jednoznačnou prednosťou by mala byť nízka cena, hlavnou prekážkou je stále veľmi nízka účinnosť (okolo 5%).

Typy fotovoltaických systémov

Systémy pripojené na sieť
- používajú sa najmä vkrajinách s plne rozvinutou elektrickou rozvodnou sieťou. Sú priamo prepojené na miestnu elektrickú sieť, čo im umožňuje vyrobenú elektrinu dodávať do siete, alebo v prípade potreby ju z nej odoberať. Tieto systémy obsahujú menič napätia.

Systémy nepripojené na sieť (samostatné systémy)
- súčasťou väčšiny z nich je batéria na uskladnenie energie pre použitie keď nesvieti slnko a kontrolný mechanizmus, chrániaci pred nadmerným nabíjaním a vybitím batérie, prípadne tiež menič napätia.

Hybridné systémy
- kombinujú solárne systémy s inými zdrojmi energie, ako je biomasa, veterné turbíny, dieslové generátory. Môžu byť pripojené na sieť alebo samostatné.

Prioritou pri inštalácii malých FV systémov (inštalovaných na súkromných domoch, verejných budovách, obchodoch a pod.) je okrem funkčnosti, estetická hodnota a rozumná cena. Vývoj smeruje k materiálom, zakomponovateľným do striech a konštrukcie budov, kde majú plniť tiež funkciu architektonického prvku.

Výhody a pozitíva realizácie systémov

- Ide o alternatívny energetický zdroj a jeho dôležitosť stúpaVýhody a pozitíva realizácie systémov
- Ide o alternatívny energetický zdroj a jeho dôležitosť stúpa v súvislosti s rastúcou cenou energií. Zisk nie je závislý od vyčerpateľných fosílnych zdrojov. Ekologicky čistý, nehlučný zdroj elektrickej energie má minimálny negatívny vplyv na životné prostredie. Prispieva k zníženiu objemu emisií skleníkových plynov - jeden fotovoltaický systém môže ušetriť až 10 ton škodlivých emisií CO2 za rok.
- Fotovoltaika predstavuje zdroj elektriny najmä v odľahlých miestach, kde nie je možnosť pripojiť sa na elektrickú rozvodnú sieť.
- Články umožňujú nezávislosť od odberu elektrickej energie z elektrickej rozvodnej siete, kontrolovanej energetickými monopolmi.
- Vysoká a dlhodobá stabilita parametrov fotofoltaických článkov zabezpečuje ich spoľahlivú funkciu. Výrobcovia garantujú špecifický výkon článkov 10 rokov a životnosť uvádzajú minimálne 25 - 30 rokov.
- Fotovoltaické systémy majú minimálne prevádzkové náklady a nepotrebujú žiadnu špeciálnu údržbu.
- Zariadenia sú odolné voči nepriaznivým poveternostným podmienkam (vlhkosť, dážď, vietor, sneh, krupobitie), môžu teda bez problémov nahradiť iné stavebné materiály.
- Disponujú vysokou flexibilitou, modularitou (kvalitný a stále sa zdokonaľujúci dizajn), zvyšujú úžitkovú hodnotu budovy a sú spoľahlivou investíciou do budúcna.
- Vytvárajú príležitosť na priame zainteresovanie pri rozhodovaní o energetickej budúcnosti krajiny, a tým aj "osobnú" zodpovednosť každého z nás.
- Výroba "zelenej" energie je podporovaná štátnymi dotáciami. Správca energetických sietí musí takto vyrobenú energiu vykúpiť od dodávateľa za štátom garantovanú cenu, a to počas celej, vopred zákonom zaručenej doby.
Tie najväčšie výhody sú teda celkom zrejmé: úspora energie, šetrenie životného prostredia a možnosť využitia štátnej podpory.

Nevýhody a negatíva

- Výkon je podmienený nielen sezónnou, ale aj dennou variabilitou klimatických podmienok a fluktuáciou počasia. Fotovoltaické systémy majú nižšiu celoročnú využiteľnosť (faktor kapacity - plnovýkonové hodiny za rok).
- Všeobecne panuje nízka informovanosť obyvateľstva ako aj nedostatok skúseností.
- Fotovoltaické komponenty majú vyššiu cenu, a tým dlhšiu dobu návratnosti investície. To spôsobuje vysoké jednotkové náklady na výrobu elektriny.
- Rozvoj technológie je v súčasnosti závislý od politických opatrení a od ich pružnej aplikácie v praxi (dlhodobá garancia výkupných cien, prednostné pripojenie do elektrickej sústavy a povinnosť povinného - prednostného odberu elektriny distribučnou spoločnosťou, prevzatie zodpovednosti za odchýlku).