Moลพnosti vyuลพitia fotovoltickรฝch ฤlรกnkov na vรฝrobu elektrickej energie
Galรฉria(10)

Moลพnosti vyuลพitia fotovoltickรฝch ฤlรกnkov na vรฝrobu elektrickej energie

Partneri sekcie:

Prudkรฝ rozvoj vรฝroby fotovoltickรฝch ฤlรกnkov aย ekologickรฉ problรฉmy spojenรฉ so spaฤพovanรญm fosรญlnych palรญv prinesรบ pravdepodobne nรกrast vyuลพรญvania elektrickej energie zรญskanej premenou slneฤnej energie. Sย cieฤพom experimentรกlnych skรบลกok sa na Katedre energetickej techniky Strojnรญckej fakulty TU vย Koลกiciach inลกtaloval fotovoltickรฝ panel na bรกze amorfnรฉho kremรญka. Cieฤพom bolo overenie moลพnosti vyuลพitia fotovoltiky vย danej lokalite.



Fotovoltickรฉ ฤlรกnky umoลพลˆujรบ premenu slneฤnej energie na elektrickรบ. Aj keฤ sa na vรฝrobu elektrickej energie vo vรคฤลกej miere zatiaฤพ nepouลพรญvajรบ, mnoลพstvo fotovoltickรฝch ฤlรกnkov vyrobenรฝch vo svete neustรกle rastie, ako je to zobrazenรฉ na obr.ย 1 (1). Brzdou rozvoja je eลกte stรกle nรญzka รบฤinnosลฅ fotovoltickรฝch ฤlรกnkov aย ich pomerne vysokรก cena.

Zo sรบฤasnรฉho porovnania cien 1 kWh elektrickej energie vyrobenej vo fotovoltickรฝch ฤlรกnkoch sย cenami elektrickej energie vyrobenej zย inรฝch zdrojov (grafickรฉ zobrazenie je na obr.ย 2) vyplรฝva, ลพe elektrickรก energia vyrobenรก spaฤพovanรญm uhlia vย tepelnรฝch elektrรกrลˆach je cenovo najniลพลกia, zatiaฤพ ฤo elektrickรก energia vyrobenรก vo fotovoltickรฝch ฤlรกnkoch je cenovo najvyลกลกia.

Ekologickรฉ problรฉmy spojenรฉ so spaฤพovanรญm fosรญlnych palรญv vย spojenรญ sย prudkรฝm rozvojom vรฝroby fotovoltickรฝch ฤlรกnkov vลกak mรดลพu tento pomer vย blรญzkej budรบcnosti zmeniลฅ vย prospech fotovoltiky.

Princรญp fotovoltiky

Fotovoltickรฉ ฤlรกnky sรบ zariadenia, vย ktorรฝch sa na princรญpe vnรบtornรฉho fotoelektrickรฉho javu menรญ energia slneฤnรฉho ลพiarenia priamo na elektrickรบ energiu. Vnรบtornรฝm fotoelektrickรฝm javom sa sรญce zvรฝลกi vodivosลฅ polovodiฤa, ale nikdy sa nevytvorรญ potenciรกlovรฝ rozdiel. Ten vznikne buฤ nerovnomernรฝm osvetlenรญm polovodiฤa, alebo vytvorenรญm ฤlรกnku tak, ลพe spojรญme dva polovodiฤe sย rรดznym typom vodivosti alebo polovodiฤ sย kovom.

Vย praxi sa najฤastejลกie pouลพรญvajรบ fotovoltickรฉ ฤlรกnky sย homoprechodom N/P na bรกze monokryลกtalickรฉho kremรญka. Procesy, ktorรฉ vย takomto ฤlรกnku prebiehajรบ pri jeho osvetlenรญ, sรบ schematicky znรกzornenรฉ na obr. 3.

Obr. 3 Procesy prebiehajรบce pri osvetlenรญ fotovoltickรฉho ฤlรกnku na bรกze monokryลกtalickรฉho kremรญka (2, 3)

Na zรญskanie vyลกลกieho napรคtia alebo prรบdu sย vyลกลกou intenzitou sa fotovoltickรฉ ฤlรกnky spรกjajรบ do tzv. fotovoltickรฝch panelov alebo solรกrnych modulov. Sรฉriovรฝm zapojenรญm fotovoltickรฝch ฤlรกnkov do fotovoltickรฝch panelov sa zvyลกuje napรคtie, priฤom vลกetkรฝmi fotovoltickรฝmi ฤlรกnkami prechรกdza rovnakรฝ prรบd. Ak vลกak slneฤnรฉ ลพiarenie nedopadรก na vลกetky ฤlรกnky rovnomerne, tieto ฤlรกnky produkujรบ prรบdy sย rรดznou intenzitou. To znamenรก, ลพe celรฝ panel bude dodรกvaลฅ len takรฝ prรบd, akรฝ produkuje najhorลกie osvetlenรฝ fotovoltickรฝ ฤlรกnok (2, 3).

Materiรกly na vรฝrobu fotovoltickรฝch ฤlรกnkov

Prehฤพad najpouลพรญvanejลกรญch polovodiฤovรฝch materiรกlov na vรฝrobu fotovoltickรฝch ฤlรกnkov vo svete vย roku 1992 je graficky zobrazenรฝ na obr. 4 (4). Zย tohto prehฤพadu vyplรฝva, ลพe najpouลพรญvanejลกรญm materiรกlom na vรฝrobu fotovoltickรฝch ฤlรกnkov vย tom ฤase boli (aย naฤalej sรบ) monokryลกtรกly kremรญka, ktorรฉ sa vyrรกbajรบ zย vyrafinovanรฉho kremรญka sย ฤistotou 99,999ย % kremรญka (Si). รšฤinnosลฅ monokryลกtalickรฝch kremรญkovรฝch ฤlรกnkov dosahuje 16ย % (vย laboratรณrnych podmienkach aลพ 24ย %). Vรฝroba fotovoltickรฝch ฤlรกnkov zย monokryลกtรกlov kremรญka je vลกak drahรก aย energeticky nรกroฤnรก, aย tak sa vรฝvoj zameral na lacnejลกie technolรณgie. Fotovoltickรฉ kremรญkovรฉ ฤlรกnky vyrobenรฉ zย polykryลกtalickรฉho kremรญka majรบ niลพลกiu รบฤinnosลฅ premeny slneฤnej energie na elektrickรบ ako fotovoltickรฉ ฤlรกnky vyrobenรฉ zย monokryลกtalickรฉho kremรญka (oย 12 aลพ 14ย %), ale ich vรฝroba je ekonomicky menej nรกroฤnรก.

Medzi ฤalลกie typy fotovoltickรฝch ฤlรกnkov, ktorรฉ sa vย sรบฤasnosti presadzujรบ na trhu, patria tzv. tenkovrstvovรฉ fotovoltickรฉ ฤlรกnky vyrobenรฉ na bรกze amorfnรฉho kremรญka. ฤŒistรฝ amorfnรฝ kremรญk je zย hฤพadiska ลกtruktรบry na vรฝrobu fotovoltickรฝch ฤlรกnkov nevhodnรฝ, aย preto sa pouลพรญva hydrogenizovanรฝ amorfnรฝ kremรญk (a-Siย :ย H). Vรฝhody pouลพitia hydrogenizovanรฉho amorfnรฉho kremรญka ako lacnรฉho materiรกlu pre fotovoltickรฉ ฤlรกnky vyplรฝvajรบ zย jeho optoelektronickรฝch vlastnostรญ (obr. 5) (5). ล รญrka zakรกzanรฉho pรกsma je asi 1,7 eV aย hodnoty absorpฤnej optickej konลกtanty vo viditeฤพnej ฤasti spektra sรบ pre hydrogenizovanรฝ amorfnรฝ kremรญk oveฤพa vyลกลกie neลพ pre monokryลกtalickรฝ kremรญk. To znamenรก, ลพe vo fotovoltickom ฤlรกnku vyrobenom na bรกze hydrogenizovanรฉho amorfnรฉho kremรญka sa znaฤnรก ฤasลฅ dopadajรบceho slneฤnรฉho ลพiarenia absorbuje uลพ vo veฤพmi tenkej vrstve polovodiฤa, ktorรก sa nanรกลกa na lacnรฝ podklad, napr. sklo, oceฤพ alebo plast. Vรฝroba takรฝchto fotovoltickรฝch ฤlรกnkov je sรญce lacnejลกia neลพ vรฝroba fotovoltickรฝch ฤlรกnkov zย monokryลกtalickรฉho aย polykryลกtalickรฉho kremรญka, รบฤinnosลฅ premeny slneฤnej energie na elektrickรบ sa vลกak vย tomto prรญpade pohybuje od 3 do 7 %.

Meranie intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia dopadajรบceho na fotovoltickรฝ panel

Na Katedre energetickej techniky Strojnรญckej fakulty TU vย Koลกiciach sa inลกtaloval fotovoltickรฝ panel na bรกze amorfnรฉho kremรญka, ktorรฝ dodรกva jednosmernรฝ prรบd potrebnรฝ na elektrolรฝzu vody. Jeho zรกkladnรฉ technickรฉ parametre danรฉ vรฝrobcom sรบ uvedenรฉ vย tab. 1. Cieฤพom inลกtalรกcie boli experimentรกlne skรบลกky premeny energie slneฤnรฉho ลพiarenia na elektrickรบ energiu, ktorรก je nรกsledne potrebnรก na vรฝrobu vodรญka elektrolรฝzou vody.

Medzi charakteristickรฉ hodnoty fotovoltickรฉho panela patrรญ prรบd nakrรกtko (ISC) aย napรคtie naprรกzdno (UOC). Prรบd nakrรกtko ISC je maximรกlny prรบd, ktorรฝ mรดลพe fotovoltickรฝ panel pri danom oลพiarenรญ dodรกvaลฅ. Napรคtie naprรกzdno UOC je maximรกlne napรคtie, ktorรฉ sa dosahuje, keฤ na fotovoltickรฝ panel nie je pripojenรฝ ลพiadny spotrebiฤ. Zย tab. 1 vyplรฝva, ลพe maximรกlny vรฝkon, ktorรฝ mรดลพe fotovoltickรฝ panel dodรกvaลฅ, je 51 W. Tento dodรกvanรฝ vรฝkon sa vลกak menรญ vย zรกvislosti od intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia dopadajรบceho na fotovoltickรฝ panel poฤas dลˆa, pretoลพe prรกve svetlom sa uvoฤพลˆujรบ elektrรณny pre elektrickรฝ prรบd.

Intenzita slneฤnรฉho ลพiarenia dopadajรบceho na fotovoltickรฝ panel na bรกze hydrogenizovanรฉho amorfnรฉho kremรญka inลกtalovanรฝ na Katedre energetickej techniky Strojnรญckej fakulty TU vย Koลกiciach sa kontinuรกlne meria pomocou pyranometra aย nameranรฉ hodnoty sa zaznamenรกvajรบ poฤรญtaฤom pripojenรฝm kย dรกtovej zbernici systรฉmu. Na obr. 6 je znรกzornenรฝ prรญklad nameranรฉho priebehu intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia Gย (W/m2) dopadajรบceho na tento fotovoltickรฝ panel poฤas mesiaca august vย zรกvislosti od ฤasu. Zย obr. 6 vyplรฝva, ลพe intenzita dopadajรบceho slneฤnรฉho ลพiarenia sa vย priebehu mesiaca menรญ vย zรกvislosti od poฤtu slneฤnรฝch dnรญ. Vย mesiaci august 2007 sa namerala maximรกlna hodnota intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia 820 W/m2. Priame slneฤnรฉ ลพiarenie dopadalo na fotovoltickรฝ panel len vย dopoludลˆajลกรญch hodinรกch, vย popoludลˆajลกรญch hodinรกch spรดsoboval tieลˆ budovy pokles intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia. Vย zรกvislosti od intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia sa menรญ tieลพ vรฝkon, ktorรฝ mรดลพe fotovoltickรฝ panel dodรกvaลฅ.

Zรกver

Aj napriek rรดznym spornรฝm tvrdeniam oย energetickej nรกvratnosti fotovoltickรฝch ฤlรกnkov sa fotovoltika ako spรดsob priamej premeny slneฤnรฉho ลพiarenia na elektrickรบ energiu mรดลพe vย sรบฤasnosti vyuลพรญvaลฅ predovลกetkรฝm ako doplnkovรฝ zdroj elektrickej energie. Jednou zย moลพnostรญ vyuลพitia takto zรญskanej elektrickej energie je vรฝroba vodรญka elektrolรฝzou vody. Technolรณgiu vodรญkovej energetiky moลพno jednoducho aplikovaลฅ napr. vย domoch aย komerฤnรฝch budovรกch sย vyuลพitรญm fotovoltickรฝch streลกnรฝch panelov. Vodรญk sa mรดลพe skladovaลฅ na neskorลกie pouลพitie vย palivovรฝch ฤlรกnkoch alebo sa mรดลพe prepravovaลฅ do podzemnรฝch zรกsobnรญkov pomocou existujรบcej plynovej distribuฤnej siete.

doc.ย RNDr.ย Alexandra Klenovฤanovรก, PhD., Ing.ย Tomรกลก Brestoviฤ
Foto aย obrรกzky: archรญv autorky, Schรผco International KG, Wagner & Co

Autori pรดsobia na Katedre energetickej techniky Strojnรญckej fakulty TU vย Koลกiciach.
Recenzoval: prof.ย Ing.ย Ivan Imriลก, DrSc.

Literatรบra:
1. Walter, G., Meyer, T., Wambach, K.:โ€‚Recycling of used PV wafers by thermal Processing. In: Acta Metallurgica Sovaca, 11, 2005, str. 385 โ€“ 388.
2. Klenovฤanovรก, A., Imriลก, I.:โ€‚Zdroje aย premeny energie. Preลกov: ManaCon, 2006.
3. Kadrnoลพka, J.:โ€‚Energie aย globรกlnรญ oteplovรกnรญ, Zemฤ› vย promฤ›nรกch pล™i opatล™ovรกnรญ energie. VUTIUM, Brno, 2006.
4. Cenek, M. aย kol.:โ€‚Obnovitelnรฉ zdroje energie.
Praha: FCC PUBLIC ,1994.
5. Fahrenbruch, A. L., Bube, R.:โ€‚Fundamentals of Solar cells, Photovoltaic Solar Energy Conversion.
New York: Academic Press, 1983.

Najฤรญtanejลกie