Energetika.cz .:. Vše, co chcete vědět o energii, ale bojíte se zeptat...


	Sobota 27.4. 2024

Mapa portálu RSS Databáze firem Hestia Reklama Provozovatel

Kalendář akcí

Komerční sdělení

Spočtěte si...

Komerční sdělení

Výroba elektřiny

Díky fotoelektrickému jevu v polovodičích můžeme energii slunečního záření přeměnit v solárních článcích na elektrickou energii.

Ročně dopadne na území ČR během cca 1500 hodin slunečního svitu 80 000 TWh energie v podobě slunečního světla. Roční spotřeba energií v ČR činí přibližně 320 TWh (elektrická energie 50 TWh; tepelná energie 270 TWh), což představuje 0,4 % z množství energie slunečního záření dopadajícího na naše území. Na jeden čtvereční metr plochy ČR tak dopadne během roku přibližně 1000 kWh energie. Je to energie, která je přítomná kdekoliv na povrchu a je zdarma. Nevýhodou je závislost na denní době, ročním období a na oblačnosti v dané lokalitě. Přesto jde o energetický potenciál, který nelze přehlédnout.

FOTOVOLTAICKÉ ČLÁNKY

Solární článek z monokrystalického a multikrystalického křemíku.

Základním prvkem zařízení pro přeměnu slunečního záření na elektrickou energii je solární článek. Solární článek je polovodičový velkoplošný prvek alespoň s jedním PN přechodem. V ozářeném solárním článku jsou vybuzeny elektricky nabité částice (pár elektron - díra). Elektrony a díry jsou poté separovány vnitřním elektrickým polem PN přechodu. Rozdělení náboje má za následek napěťový rozdíl mezi předním (-) a zadním (+) kontaktem článku. Zátěží (elektrospotřebičem) připojenou mezi oba kontakty potom protéká stejnosměrný elektrický proud, jenž je přímo úměrný ploše solárních článků a intenzitě dopadajícího slunečního záření. Energetická účinnost přeměny slunečního záření na elektrickou energii je u současných hromadně vyráběných solárních článků 14 až 17 % (v laboratorních podmínkách až 28 %). Pro ilustraci - mono krystalický solární článek s plochou 100 cm2 je schopen dodávat do zátěže proud okolo 3 A při napětí 0,5 V. V současné době jsou nejrozšířenější solární články vyrobené z krystalického křemíku ve formě monokrystalu nebo multikrystalu. Své praktické uplatnění mají i tenkovrstvé solární články na bázi amorfního křemíku. Do výroby jsou zaváděny nové tenkovrstvé technologie CdTe, CIS a CIGS struktury. Ke komerčnímu uplatnění se blíží technologie fotovoltaických skleněných tabulí.

FOTOVOLTAICKÉ PANELY

Standartní solární panel (106 Wp) a speciální solární střešní taška.

Elektrickým propojením solárních článků vzniká po jejich zapouzdření solární panel. Články jsou sériově elektricky spojeny tak, aby napětí panelu umožnilo přímé využití generované elektrické energie. Panel musí zajistit hermetické zapouzdření solárních článků, musí zajišťovat dostatečnou mechanickou a povětrnostní odolnost (např. vůči silnému větru či krupobití). Konstrukce solárních panelů jsou značně rozmanité podle druhu použití. Panely jsou instalovány zpravidla na jižní (JV až JZ) střechy a fasády budov, případně na volnou plochu nebo na technické stavby jako např. protihlukové bariéry.

VYUŽITÍ ELEKTŘINY Z FOTOVOLTAICKÝCH PANELŮ

Se stejnými prvky (solární články) je možné realizovat aplikace s výkonem řádově od mW až po MW. Fotovoltaické systémy je možné provozovat kdekoliv na Zemi bez negativního dopadu na životní prostředí.

Pro využití elektrické energie ze solárních panelů je potřeba připojit k panelu kromě elektrických spotřebičů další technické prvky - např. akumulátorovou baterii, regulátor, napěťový měnič, sledovač Slunce, indikační a měřicí přístroje. Sestava fotovoltaického modulu, spotřebiče a případně dalších prvků se nazývá fotovoltaickým systémem. Množství a skladba prvků fotovoltaického systému závisí na druhu aplikace.

Systémy nezávislé na rozvodné síti (grid-off)

Jsou instalovány na místech, kde není účelné budovat elektrickou přípojku (od vzdálenosti k rozvodné síti více než 500 až 1000 m). Výkony autonomních systémů se pohybují v intervalu 1 až 10 000 wattů. U autonomních systémů je kladen důraz na minimální ztráty energie a na používání energeticky úsporných spotřebičů.

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

Aplikace: čerpání vody pro závlahu, napájení oběhového čerpadla solárního systému pro přípravu teplé užitkové vody, napájení ventilátorů k odvětrání uzavřených prostor nebo nabíjení akumulátorů malých přistrojů - mobilní telefon, svítilna…

Systémy s akumulací elektrické energie - Doba, po kterou je k dispozici energie ze solárních panelů většinou není totožná s dobou, kdy nastává její největší potřeba. Z toho důvodu jsou nezbytnou součástí autonomních systémů akumulátorové baterie. Optimální nabíjení a vybíjení akumulátorové baterie je zajištěno solárním regulátorem. K autonomnímu systému lze připojit jak spotřebiče napájené stejnosměrným proudem (napětí systému bývá zpravidla 12 nebo 24 V), tak běžné síťové spotřebiče 230 V/~50 Hz napájené přes napěťový měnič.
Aplikace: zdroj elektrické energie pro chaty a rodinné domy, napájení dopravní signalizace, telekomunikačních zařízení nebo monitorovacích přístrojů v terénu, zahradní svítidla, světelné reklamy, kemping a jachting.

Autonomní fotovaltaický systém s výkonem 400 W pro
napájení osvětlení horské chaty v Krkonoších.

Hybridní autonomní systémy. V zimních měsících je možné získat z fotovoltaického zdroje podstatně méně elektrické energie než v letních měsících. Proto je nutné systémy s celoročním provozem a s častým užíváním počítat na zimní provoz. Instalovaný výkon fotovoltaických panelů však v takovém případě neúměrně naroste a s tím i pořizovací náklady. Mnohem výhodnější je potom z tohoto důvodu připojit do energetickému systému doplňkový zdroj elektřiny, který pokryje potřebu elektrické energie v obdobích s nedostatečným slunečním svitem. Takovým zdrojem může být větrný generátor, spalovací generátor (nejlépe s kogenerací - společná výroba elektrické a tepelné energie) nebo malá vodní elektrárna.
Aplikace: větší systémy pro napájení budov s celoročním provozem.

Systémy dodávající energii do rozvodné sítě (grid-on) Tyto systémy jsou nejvíce uplatňovány v oblastech s hustou sítí elektrických rozvodů. V případě dostatečného slunečního svitu jsou spotřebiče v budově napájeny vlastní "solární" elektrickou energií a případný přebytek je dodáván do veřejné rozvodné sítě. Při nedostatku vlastní energie je elektrická energie z rozvodné sítě odebírána.
Systém funguje zcela automaticky díky mikroprocesorovému řízení síťového měniče. Připojení k síti podléhá schvalovacímu řízení u rozvodných závodů. Špičkový výkon fotovoltaických systémů připojených k rozvodné síti je v rozmezí kW až MW. Fotovoltaické panely jsou většinou integrovány do obvodového pláště budov. Dnes představují cca 20 % z instalovaných systémů. Nejrozšířenější jsou v SRN (90 %) a Švýcarsku (67 %). V České republice jsou rea lizovány dva významnější systémy tohoto typu. Prvním z nich je fotovoltaická elektrárna s výkonem 10 kWp na hoře Mravenečník v Jeseníkách. Druhým systémem je solární prodloužení fasády s barevnými solárními články na hotelu Panorama v Praze-Pankráci o výkonu 6 kWp.
Aplikace: střechy rodinných domů do 1 až 10 kW, fasády a střechy administrativních budov 10 kW - 1 MW, dálniční protihlukové bariéry, fotovoltaické elektrárny, posilovače koncových větví rozvodné sítě.


Barevné solárními články (Praha hotel Panorama, 6 kWp)	Střecha rodinného domku se solárními střešními taškami 17 kWp.	Fotovoltaický fasádní systém s mozaikou (Vídeň, 10 kWp).

MOŽNOSTI FOTOVOLTAIKY

Jeden čtvereční metr solárního modulu s monokrystalickými články má výkon 110 WP (špičkový výkon) při standardním osvětlení 1000 W/m2 a slunečním spektru AM 1,5. Ze solárního panelu s touto plochou je možné během jednoho roku získat 70 - 100 kWh elektrické energie. Průměrné hodnoty elektrické energie [Wh/den], kterou lze získat ke spotřebě během jednoho dne ze solárního panelu s výkonem 110 WP dle měsíců jsou v následující tabulce:

Tab. - Průměrné hodnoty elektrické energie [Wh/den] jednoho dne ze solárního panelu s výkonem 110 Wp dle měsíců

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
80	138	213	302	383	390	408	360	265	179	83	60

Největší překážkou v ČR jsou zatím vysoké pořizovací náklady a u systémů připojených na síť nízké výkupní ceny elektrické energie.
Základní přehled cenových relací pro fotovoltaické systémy v současné době:

grid-off investice 30 - 45 tis. Kč/m2
(270 - 400 Kč/Wp)
cena el. energie 13 - 22 Kč/kWh (50 let)

grid-on
investice 23 - 35 tis. Kč/m2
(200 - 350 Kč/Wp)
cena el. energie 6 - 9 Kč/kWh (50 let)

SOUČASNÝ STAV A PERSPEKTIVY VÝVOJE

Ke konci roku 1999 dosáhlo množství instalovaného výkonu ve světě hodnoty 1 GWp. Většina průmyslových zemí (Spolková republika Německo, USA, Holandsko, Itálie) v posledních pěti letech vyhlásila dlouhodobé národní rozvojové programy. Např. v Německu je rozvoj trhu podpořen programem 100 000 fotovoltaických střech, v rámci něhož je poskytována šestiletá bezúročná půjčka s dotací 15 %. Navíc se letos chystá ke schválení zákon, v němž bude stanovena povinná výkupní cena elektřiny z fotovoltaických systémů ve výši 99 feniků za kilowatthodinu.
Odhaduje se, že ke konci roku 1999 bylo souhrnně v České republice instalováno 75 kWp. Roční nárůst v České republice činí asi 20 kWp (ve světě celkem 200 MWp).

Ing. Radim Bařinka

Zaslat odkaz na tuto sekci přátelům...

Zpět Zpět na přední stranu

Doporučujeme

Komerční sdělení

Náš e-shop

Energetický management pro energetické manažery ve školství a sociálních službách

Publikace je určena správcům budov a energetických hospodářství v sociálních službách, školách a dalších budovách v majetku obcí. Stručným a jednoduchým způsobem poskytuje návod, jak sledovat a vyhodnocovat spotřeby energií a návody, jak zamezit zbytečným spotřebám a tedy i zbytečným výdajům na energie, kde a jak hledat provozní úspory.