Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Paříž hostila fotovoltaickou konferenci a výstavu

číslo 1/2005

Paříž hostila fotovoltaickou konferenci a výstavu

Ing. Martin Libra, CSc.,
Česká zemědělská univerzita Praha a Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích,
Ing. Vladislav Poulek, CSc., Poulek Solar, s. r. o., Praha

Ve dnech 7. až 11. června 2004 se v Paříži konala velká mezinárodní konference a výstava v oboru fotovoltaické přeměny solární energie – 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition v Palais des Congres. V moderním kongresovém centru na Porte Maillot bylo registrováno 1 919 účastníků ze 75 zemí a 233 vystavovatelů z 26 zemí. Z ČR bylo na konferenci osm účastníků a na výstavě své výrobky prezentovaly tři české firmy (obr. 1), což vzhledem k velikosti naší republiky a její geografické poloze není nijak málo. Plenární přednášky, jednání v devíti sekcích a posterové*) referáty přinesly řadu nových poznatků.

Obr. 1.

Obr. 1. Česká expozice

Úvod

Již cesta na konferenci (autobusem) byla zajímavou předehrou – viděli jsme, že ve Francii se hojně používá solární energie v ostrovních fotovoltaických (PV) systémech k napájení stanic tísňového volání podél dálnic. Od francouzských hranic až do Paříže byly tyto systémy umístěny podél dálnice asi po 1 000 m. Nad vlastní stanicí byl vždy pevný panel PV orientovaný k jihu a nahoře vyčnívala anténa pro bezdrátové spojení.

Panely PV

Z jednání v sekcích o panelech PV a systémech bylo zřejmé, že se stále více vyrábějí a používají panely na bázi polykrystalického křemíku, než panely na bázi monokrystalického křemíku. Jejich výhoda – nižší cena – převyšuje nevýhodu poněkud nižší účinnosti, neboť v současné době, po zdokonalení technologie výroby polykrystalických článků PV, činí rozdíl v účinnosti asi 3 %. Běžná výroba polykrystalických křemíkových článků PV dosahuje účinnosti asi 17 %, běžná výroba monokrystalických článků PV dosahuje účinnosti okolo 20 %, ovšem cena je podstatně vyšší. Laboratorní vzorky již přesahují účinnost 30 %, ale použité technologie by zatím v hromadné výrobě nebyly efektivní. Jedná se například o technologii vyleptání pyramidové struktury na povrchu článku PV. Foton, který poté článkem projde, aniž by vyvolal fotovoltaickou přeměnu energie, je totálním odrazem vrácen zpět a znovu projde oblastí přechodu PN. Relativně nové jsou panely BSR (back surface reflector), kde zadní plošný kontakt tvoří kvalitní zrcadlo pro fotony viditelného a blízkého infračerveného záření a reflexí rovněž vrací zpět unikající fotony. Na obr. 2 je čínská expozice panelů PV.

Obr. 2.

Obr. 2. Čínská expozice fotovoltaických panelů

Panely na jiné než křemíkové bázi se používají pouze ve speciálních aplikacích – jejich cena je totiž několikanásobně vyšší, přičemž účinnost je vyšší jen o několik procent. Například panely na bázi GaAs se úspěšně používají v kosmu, kde lze zvláště dobře využít mnohem menšího poklesu účinnosti s rostoucí teplotou panelu a znatelně nižší citlivosti na radiační poškození.

Oboustranné panely

Stále více se používají panely oboustranné, které mohou využít i odražené záření dopadající na zadní stranu, a protože jsou průhledné pro infračervené záření, méně se zahřívají, což se pozitivně projevuje na vyšší účinnosti přeměny energie. V kombinaci s automatickým pohyblivým stojanem, který po celý den natáčí panely kolmo ke směru slunečního záření, může navýšené množství vyrobené energie u takového solárního systému v porovnání se standardními panely činit až 20 %. Oboustranné fotovoltaické solární panely dnes běžně dodávají různí výrobci. Rozdíl v ceně oproti jednostranným panelům je přitom malý, v některých případech dokonce nulový. Rozdíl v technologii je pouze v tom, že zadní kontakt nemůže být plošný, ale má tvar hřebínku či mřížky; podobně jako vpředu a na zadní straně musí být použita transparentní fólie EVA, na rozdíl od černé v případě standardních panelů.

Obr. 3.

Obr. 3. Vlnitá taška na střechu s fotovoltaickým článkem na bázi tenkých vrstev

Panely PV na bázi tenkých vrstev

Použití panelů PV na bázi tenkých vrstev se dosud příliš nerozšířilo, především pro nízkou stabilitu parametrů. Po relativně krátké době se projeví nízká účinnost – systém by vyžadoval velkou plochu, a místo bývá v civilizovaném světě drahé. Ukázka vlnité tašky na střechu s článkem PV na bázi tenkých vrstev je na obr. 3.

Flexibilní panely

Pozoruhodnou novinkou jsou flexibilní panely na bázi propojených monokrystalických křemíkových kuliček se sférickým přechodem PN. Tato technologie je sice známa už několik let, ale teprve nedávno započala její sériová výroba a komerční prodej. Kuličky křemíku o průměru asi 0,5 mm jsou uvnitř typu P na povrchu typu N, mají tedy pod povrchem sférický přechod PN. Jsou umístěny na hliníkové fólii v otvorech o menším průměru, jimiž tedy nemohou projít. Hliníková fólie tvoří jednu elektrodu, dole je v každé kuličce část oblasti typu N odleptána a do oblasti typu P je zaveden kontakt, který tvoří druhou elektrodu. Celý článek je zapouzdřen do plastu. Z těchto článků jsou vyráběny různě velké flexibilní panely, které je možné srolovat a vzít s sebou do terénu. Výhodou je skladnost, flexibilita a menší hmotnost. Bez znalosti technologie si však netroufáme posoudit, zda její náročnost tyto výhody nepřeváží. Ukázka takového flexibilního panelu je na obr. 4.

Obr. 4.

Obr. 4. Flexibilní panel firmy Spheral Solar Power

Ekonomie

Světová produkce panelů PV se v roce 2004 pohybovala kolem 1 GW celkového maximálního výkonu. Německá dotační politika způsobila, že 25 % světové produkce panelů PV se instaluje v Německu, a proto je zde v roce 2004 stoprocentní nárůst oproti roku 2003. V důsledku toho je světová produkce panelů PV na celý rok dopředu vyprodána, což ovšem poněkud zvyšuje jejich ceny. Podle dostupných informací je podobná dotační politika schválena i ve Španělsku a dotační politika se připravuje ve Francii a v Itálii. Je tedy pravděpodobné, že příznivé podmínky pro instalace fotovoltaických solárních systémů v Evropě ještě nějakou dobu vydrží.

Asijský trh

Na světový trh s technikou PV vstoupily čínské firmy a lze hovořit téměř o invazi. Na výstavě vystavovalo 32 čínských firem (tj. po Německu nejvíce) a jejich fotovoltaické panely (obr. 2) se zdají být velmi kvalitní. V Japonsku naopak dochází ke snížení počtu nových instalací v důsledku snížení podpory státu.

Obr. 5.

Obr. 5. Solární čerpací systém firmy GRUNDFOS

Aplikace

Na konec jsme si nechali stručnou informaci o některých realizacích. Aplikace v Evropě jsou asi všeobecně známé a všichni jsme už viděli solární střechy či konstrukce přímo spojené se sítí, parkovací hodiny, výše zmíněné stanice tísňového volání či dobíjení akumulátorů v chatách, které nejsou napojeny na elektrickou síť. Avšak na mnoha místech, např. v Africe, je počet velkých energetických zdrojů minimální a rozsáhlá území jsou zcela bez elektrifikace. V celé Ugandě je jediný větší energetický zdroj – přehrada na horním Nilu, která poskytuje výkon okolo 114 MW. Tato elektrárna zásobuje jen velmi malou oblast a jen 3 % obyvatel jsou připojeny k rozvodům elektrické energie. Dostatek slunečního záření a nedostatek jiných energetických zdrojů tvoří ideální podmínky k tomu, aby se na zbytku území čím dál více budovaly ostrovní solární systémy. Tyto se skutečně staví, ovšem největší překážkou je zde malá kupní síla afrických zemí. Expozice solárního čerpacího systému GRUNDFOS je na obr. 5.

Obr. 6.

Obr. 6. Zařízení NAIADE na sterilizaci vody tvrdým UV zářením

Další využití solárních systémů

V celé Africe údajně denně umírá asi 6 000 lidí – především dětí – na následky pití bakteriologicky kontaminované vody. Právě pro země třetího světa je určena zajímavá aplikace solární energie na sterilizaci vody tvrdým UV zářením, prezentovaná nizozemskou firmou Nedap. V tomto zařízení, zvaném NAIADE (obr. 6), dobíjí solární panel PV akumulátor, umístěný v dolní části, který napájí nízkotlakou rtuťovou výbojku o výkonu 20 W, poskytující UV záření, nejvíce v oblasti UV-C, na typické rtuťové spektrální čáře s vlnovou délkou 253,7 nm. Výbojka je umístěna ve vodotěsném křemenném pouzdře, které je pro UV záření transparentní. Voda z pramene se naleje do zásobníku horním vstupním otvorem přes filtr mechanických nečistot a ze zásobníku vytéká přes tuto výbojku samospádem výtokovou trubicí v dolní části zařízení. Objem zásobníku je 100 l, denní kapacita za slunečného dne je 2 000 l sterilizované vody, což může zásobit až 400 lidí. Hmotnost prázdného zařízení je 44 kg, je tedy podle potřeby přenosné na určené místo.

Situace v ČR

Je pro nás potěšitelné, že i ČR přistoupila k jisté dotační politice. Za předpokladu dodržení určitých podmínek jsou v ČR dotovány síťové fotovoltaické solární systémy ve výši 30 % pořizovací ceny. Existují i větší programy, například dotace 90 % pořizovacích nákladů (na program MŽP ČR Slunce do škol). Současné prognózy WEC (World Energy Council) uvádějí, že kolem roku 2040 bude mít solární energie největší podíl na objemu vyrobené energie na světě. Je proto žádoucí nezůstat v tomto oboru pozadu.


*) poster – výsledky práce zveřejněné na stojanech a tabulích při vědecké konferenci formou komentovaných témat, tabulek, fotografií apod.