Magazín

Solárne a fotovoltaické panely – Ako ich vybrať?

O solárnej energii a solárnych paneloch sa toho v súčasnosti veľa hovorí.

Čo ale naozaj stojí za touto technológiou a je naozaj taká výhodná? Odpovede na tieto otázky a ešte omnoho viac sa dozviete v tomto článku.

Premeniť svetlo na elektrinu

Solárne panely boli pôvodne určené na výrobu energie vo vesmírnych družiciach. Vo vákuu totiž nie je práve veľmi možností, ako získať energiu. Pri návrhu vesmírnych družíc stáli vedci pred otázkou, odkiaľ vziať energiu.

Čo sa dá využiť, keď sú okolo vás len milióny a milióny kilometrov vzduchoprázdna?

Jedinou rozumnou odpoveďou je elektromagnetické vlnenie, laicky známe aj ako svetlo. A práve v tomto bode našli fotovoltaické technológie svoje uplatnenie.

Okrem svetla ako takého by bolo možné vo vesmíre na energetické účely využiť aj slnečný vietor. Ide o prúd častíc vylietavajúcich zo Slnka. Vďaka vysokej energii a obrovskej gravitácii sa pohybujú rýchlosťou asi 450 km/s.

To je síce poriadna rýchlosť. Stále je však len 0,15 % rýchlosti svetla samotného. Využitím tejto energie sa zatiaľ fotovoltaika nezaoberá.

Z histórie solárnych panelov

S fyzikálnym princípom fotovoltaiky je to podobné ako s množstvom iných objavov.

Poznáme ho už dlho. Dlho tiež nikto nemohol prísť na to, ako ho rozumne využiť. Objavil ho už v roku 1839 Alexander Edmond Becquerel. Tušíte správne, je to ten pán, podľa ktorého sa volá jedna z jednotiek rádioaktívneho žiarenia.

Becquerel preukázal existenciu infračerveného žiarenia a pokúsil sa tiež o prvú farebnú fotografiu.

Ešte dôležitejší boli vo vývoji fotovoltaických panelov páni William Grylls Adams a Richard Evans Day. Táto dvojica vedcov dokázala na základe žiarenia vytvoriť elektrické napätie. Potom nastalo dlhé obdobie ticha a vynález fotovoltaiky bol využitý až v kozmonautike.

Ako fungujú solárne panely?

V čom spočíva princíp výroby elektriny zo svetla, a teda aj princíp funkčnosti solárnych panelov?

Musíme vás varovať, nejde o jednoduchý princíp. Aby sme ukojili vašu zvedavosť, pokúsime sa ho popísať čo najjednoduchšie.

Elektrón v polovodičovom materiáli, ktorý vo svojom atóme poslušne lieta po obežnej dráhe, je zo svojej dráhy vyrazený fotónom zo slnečného žiarenia. Máme polovodič (najčastejšie kremík), na ktorom sa difúziou vytvorí prelínanie materiálov typu P a typu N.

Jeden má prebytok elektrónov a druhý prebytok kladných dier (áno, klasická dióda).

Do tohto spojenia narážajú fotóny, ktoré v dióde vytvárajú nerovnovážny stav. Vďaka nemu elektróny putujú k opačnej elektróde. Tam sa vrhajú do prázdnych dier a hurá, vzniká prúd. Je to zjednodušené vysvetlenie. Takto nejako funguje fotovoltaický efekt a solárny panel: fotóny, elektróny, diery, prásk a už to svieti.

Fotóny vyrážajú elektróny a zapadajú do dier trochu ako v biliarde. Z toho všetkého je na konci elektrické napätie.

Solárny panel – obria dióda na vašej streche

Základ všetkého je u solárneho panelu fotovoltaický článok. Bez neho by nebolo nič. Práve tieto články totiž vedia previesť svetlo na elektrinu.

Už asi tušíte, kam mierime. Fotovoltaický panel bombardovaný slnečnými lúčmi je jedna veľká plochá dióda.

Využitím tohto princípu je tak možné vyrábať elektrickú energiu priamo na vašej streche len tým, že na ňu dopadá slnečné žiarenie.

solárne panelyFunguje to iba s kremíkom?

Primárnym materiálom, ktorý sa používa na výrobu fotovoltaických panelov je kremík. Pracuje sa aj na ďalších možnostiach. Takáto možnosť by nahradila kremík niečím lacnejším, dostupnejším a výkonnejším. Takou látkou je napríklad tzv. perovskit (viac informácií nižšie).

Vedci sa snažia prísť aj s organickými solárnymi panelmi, ktoré by dokázali napodobniť fotosyntézu.

Geneticky skonštruované bielkoviny by totiž mohli byť mnohonásobne lacnejšie a asi dvakrát účinnejšie.

Vývoj je ale beh na dlhšiu trať, takže drvivá väčšina trhu ešte stále stojí na kremíku. Je to ako pri počítačoch. Dobrých 15 rokov sa už tešíme na organické superpočítače. Stále sme sa ich však nedočkali.

Kremíkový kryštalický solárny panel

Už ste sa dočítali, ako funguje fotovoltaický panel. Viete teda, že kryštalické panely sú veľkoplošné fotodiódy. Dnes už výkonom veľmi nešokujú, ale je to osvedčená klasika. Kremíková polovodičová vrstva nemeria ani milimeter, je pod ochranným sklom a ešte disponuje aj laminačnou fóliou.

Konštrukcia je jednoduchá. Horné sklo má navyše aj antireflexnú vrstvu (najčastejšie oxid titánu, odtiaľ charakteristická tmavomodrá farba). Úlohou tejto vrstvy je zaistiť, aby sa svetlo od kremíka čo najmenej odrážalo preč. Namiesto skla tu môže byť aj plast. Musí však byť priesvitný a prepúšťať dostatočnú časť svetelného spektra. Sklo je v tomto kontexte síce ťažšie, ale aj vhodnejšie.

Účinnosť podobných panelov je asi 17 %. To vám možno nepríde veľa, ale štandardné spaľovacie motory majú účinnosť okolo 15 %. Takže sa nesmejte, zo Slnka dokážeme získavať vyššiu účinnosť ako z ropy!

Základom je kryštál

Na výrobu kremíkových panelov sa používa buď monokryštalický, alebo polykryštalický kremík.

Polykryštalický nitrid kremíka (ten modrý) je polovodičový materiál, na ktorý sú pripevnené mriežky elektród. Skôr platilo, že polykryštalické panely boli menej účinné ako tie monokryštalické.

Tiež bývali oveľa lacnejšie na výrobu. Dnes už ale z oboch dokážeme vyraziť približne rovnaké napätie, takže do využívania sa začína prihovárať aj výhodnejšia cena.

Tenkovrstvové solárne panely

Ako sme už písali, vývoj je ešte len v plienkach. Okrem spomínaných kryštalických panelov sú tie tenkovrstvové zatiaľ to jediné, čo je na trhu naozaj dostupné. Jednotlivé články sú tu nanesené  priamo na sklo alebo dokonca na plast. Tenkovrstvové články môžu mať viac prechodov (hovorí sa im viacvrstvové) a samotné “natlačené” články tvoria prúžky široké okolo 1 cm. Účinnosť tenkovrstvových článkov je zvyčajne nižšia ako účinnosť u tých kryštalických. Majú však výhodu v tom, že ich účinnosť stúpa pri nízkej intenzite dopadajúceho svetla. Každá technológia má jednoducho svoje plusy i mínusy.

Nielen to, ale aj rôzne stupne vývoja. Tenkovrstvové články druhej generácie už majú mnohonásobne tenšiu aktívnu polovodičovú vrstvu (je to len tenký film) a súčasne väčšiu účinnosť. Typickým predstaviteľom je technológia CIGS čiže CIS. Pri tejto technológii môžete vynechať ťažké sklo, ktoré aj tak predstavuje nezmyselných 90 % hmoty a váhy celého panelu a ako nosič môžete použiť ľahkú ohybnú fóliu.

Nechajme sa teraz trochu uniesť fantáziou. Časom môžeme počítať s tým, že ako nosič poslúži dokonca priamo konkrétna budova a fotovoltaické panely sa vytlačia na fasádu na miesto farby. Takéto riešenie bude navyše veľmi lacné. Nebude tak vadiť, že účinnosť nedosiahne nijakých extrémnych výšin. Vďaka nízkym nákladom to prinesie viac než klasické súčasné panely.

Nórska firma Tarpon Solar používa technológiu CIGS na výrobu solárnej tkaniny. Zatiaľ to vyzerá úplne nenápadne, berte to však ako ukážku možnej technológie. Celý tento návrh je určený pre utečenecké kempingy. Panely dodáva švédska spoločnosť Midsummer.

solárne panelyPerovskitové fotovoltaické panely

Vráťme sa späť k perovskitu. Stále ide o hudbu budúcnosti, pretože táto technológia je ešte stále vo fáze vývoja. Vyzerá však veľmi sľubne. Perovskit je tvorený celkom bežnými a obyčajnými halogénovými zlúčeninami, akými je napríklad chlór s olovom.

Samozrejme, olovo je trochu ekologický problém, aj keď je ho v samotných článkoch málo. Zato cena bude o dosť nižšia ako u kremíka. Účinnosť by mala byť podobná, ale hlavne –  tieto panely by mohli byť aj priehľadné. Predstavte si, že každé okno je solárny panel!

Stavebná spoločnosť Skanska chce už tento rok v Poľsku pokryť perovskitovými panelmi prvú kancelársku budovu. Viete si predstaviť úroveň energetickej samostatnosti takýchto kancelárií? Držíme palce.

Organický solárny panel

Na záver sa vrátime k rýdzemu sci-fi v podobe fotovoltaiky na báze fotosyntézy. Projekt vznikol na univerzite v Tel Avive a jeho technológia využíva geneticky upravené bielkoviny a nanotechnológie. Výsledky sú aj tu sľubné. Výskumníci už dosiahli účinnosť 13 %. Navyše sa materiál môže tlačiť na pružné podklady a neobsahuje žiadne toxické prvky.

Úplne najdôležitejšia je ale u tohto futuristického projektu cena. Výskumný tím má víziu vyrábať organické fotovoltaické články za veľmi nízku cenu.

Presnejšie by mala byť cena za takéto solárne panely na hodnote 1 dolár za meter štvorcový. Len pre porovnanie, cena dnešných kremíkových fotovoltaických panelov je asi 200-krát vyššia. Určite teda stojí za to, pokračovať vo výskume, aj keď v súčasnosti je vlastne ešte len na začiatku.

Tímov, ktoré sa usilujú vytvoriť organický panel je viac. Jeden z prototypov vyrobil aj kalifornsko-kórejský tím vedcov, v ktorom nechýba ani nositeľ Nobelovej ceny Alan Heeger. Ich solárne bunky v tandemovom usporiadaní sa skladajú z dvoch viacvrstvových častí. Vďaka tomu dokážu spracovať širší rozsah spektra slnečného žiarenia.

V roku 2000 Heeger získal Nobelovu cenu za chémiu za objav a vývoj vodivých polymérov. Tento tandemový materiál bol pritom vyvinutý náhodou. Práve takéto “náhody” však vo vede mnohokrát zohrávajú kľúčovú, ba až prelomovú úlohu.

Páčil sa vám tento článok? Ohodnoťte ho.
author-avatar

O Redakcia Nášdomov.sk

Bývanie nás baví. Toto charakterizuje celý náš redakčný tím. Sledujeme najnovšie trendy v bývaní a následne vám ich servírujeme v našich článkoch. V prípade otázok nás kontaktujte na info@nasdomov.sk

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená.