Jak funguje fotovoltaika?

Jaký je princip fotovoltaické elektrárny? Jak funguje po fyzikální stránce? Dnes si spousta lidí nechává instalovat tzv. FVE na klíč, ale spousta lidí neví, co přesně může od fotovoltaického systému očekávat. A právě proto jsme pro vás připravili ucelený článek, ve kterém vám vysvětlíme, jak funguje fotovoltaika.

Fotovoltaika využívá principu přeměny světelné energie na energii elektrickou. Tzv. fotovoltaická přeměna probíhá v polovodičovém materiálu – ve fotovoltaickém článku, jenž je základním stavebním prvkem fotovoltaických panelů, jež se využívají v domácích instalacích FVE.

Základem je fotovoltaický článek

Fotovoltaický článek je v podstatě plošnou (plocha v řádech decimetrů čtverečních) polovodičovou diodou. Polovodič je tvořen křemíkovou destičkou s vodivostí typu P a ve výrobě je následně aplikována tenká vrstva polovodiče typu N. Posléze se paralelním nebo sériovým zapojením článků vytvoří fotovoltaické panely. To je z důvodů ryze praktických, neboť hodnota napětí jediného článku činí přibližně 0,5 V, což je samozřejmě příliš málo.

Energie fotonů dopadajících na povrch polovodičového materiálu (panelu) excituje valenční elektron a ve zkratce tak vzniká elektrický proud. Světlo dopadající na fotovoltaické panely přeměňuje svou energii na energii elektrickou.

Účinnost této přeměny je v teorii stanovena hranicí 34 %, křemíkové fotovoltaické panely, z nichž jsou tvořeny komerčně využívané panely ve fotovoltaickém průmyslu, dosahují účinnosti zhruba až zhruba 23 %, nicméně věda se neustále posouvá dál a i účinnost se postupně zlepšuje.

Dopadající fotony na povrch fotovoltaického panelu způsobují mezi póly článku vznik elektrického napětí a po zapojení do elektrického obvodu teče obvodem stejnosměrný elektrický proud. Fotovoltaický článek se tak stává zdrojem elektrické energie.

Jak funguje fotovoltaická elektrárna

Součástí každé fotovoltaické elektrárny jsou fotovoltaické panely, kde vzniká stejnosměrný elektrický proud, ten je dále rozveden do střídače, kde se stejnosměrný proud mění na proud střídavý (230 V s frekvencí 50 Hz), který už můžeme v domácnosti využít k napájení spotřebičů.

Dochází-li (typicky během slunečního dne) k výrobě elektřiny z fotovoltaiky, která ale není v domácnosti spotřebována, pak jsou tyto přebytky odváděny do distribuční soustavy nebo jsou případně z distribuce vykupovány (podmínky výkupu povětšinou ale nejsou vůbec zajímavé).

Hospodárné a výhodné řešení, jak naložit s vyrobenou, ale nespotřebovanou energií, je směřovat přebytky k akumulaci do baterie, případě i do ohřevu vody v bojleru. Součástí domácí fotovoltaické elektrárny tak může být ekonomicky výhodný ekosystém, který dokáže optimalizovat využití vyráběné elektřiny doslova na maximum.

Inteligentní regulační systém, jako je např. A-ZRouter, je schopen detekovat stav, kdy nedochází ke spotřebě vyráběné elektrické energie v domácnosti, která je pak primárně směřována k akumulaci do baterie a sekundárně do ohřevu vody. Fungující celek pak nazýváme fotovoltaická elektrárna.

Praktickým důsledkem je především nezávislost na dodavateli energie a úspora financí. Řádově pomůže solární systém ušetřit v optimálním případě až několik stovek tisíc korun.

Co je ostrovní systém fotovoltaických elektráren?

Pod pojmem ostrovní fotovoltaická elektrárna se rozumí fotovoltaické zařízení schopné vyrábět elektřinu, avšak nepřipojené k elektrické distribuční síti. Tyto elektrárny jsou tedy určeny pro výrobu elektřiny, která je plánována pro místní spotřebu. Jinak se tyto systémy též nazývají grid-off nebo off grid.

Tyto solární soustavy své uplatnění najdou především tam, kde není možné se připojit na inženýrské sítě. Získaná energie se shromažďuje pro další využití v akumulátorech. Ostrovní elektrárny mohou dosahovat výkonnosti v řádech až stovek kilowattů. Proto je nutné navrhnout je na míru tak, aby požadovanou spotřebu pokryly.

V tuzemských podmínkách však bývá kvůli nedostatku slunečního svitu v zimních měsících nutné doplnit celou soustavu i elektrocentrálou.

Co je hybridní fotovoltaická elektrárna

Termínem hybridní fotoelektrická elektrárna označujeme specifický typ ostrovní elektrárny. Využívá klasické fotovoltaické panely, má k dispozici měnič stejnosměrného napětí na střídavé 230 V/50 Hz (střídač) a často i baterii sloužící k akumulaci energie.

Na rozdíl od ostrovní elektrárny je však ta hybridní k distribuční síti napojena. Síť proto plní roli záložního zdroje energie. Do sítě ovšem také přetékají vyrobené přebytky, které nejsou v domácnosti spotřebovány.

Jaká je využitelnost fotovoltaických elektráren v ČR?

Potenciál využití sluneční energie je obrovský, neboť tento obnovitelný zdroj může pokrýt energetické potřeby lidstva v dlouhodobém měřítku. Dostupnost sluneční energie je limitována především samotným množstvím sluneční energie. Ta je podmíněna množstvím slunečního záření. S nejvyšší intenzitou dopadá sluneční záření na Českou republiku v oblasti jihu Moravy, konkrétně je to asi 1250 kWh/m².

V Česku je možné díky přirozeným podmínkám fotovoltaikou vykrýt v průměru 140 dní v roce výrobou elektřiny z vlastních zdrojů. Množství energie, kterou může celý systém dodat však závisí i na jeho umístění a sklonu.