Jak funguje fotovoltaický článek? Jaká je jeho struktura? Vše vám vysvětlíme jednoduše a srozumitelně

Doposud lidem zajišťovali přísun elektrické energie fosilní paliva, jako je ropa a uhlí. Bohužel tento způsob není nevyčerpatelný a zásoby těchto paliv jsou omezené. Mimo tohoto mají tato paliva i negativní dopad na životní prostředí. A proto je nutné začít se více zaměřovat na výrobu energie z obnovitelných zdrojů.

Nejsilnějším zdrojem, který známe, je slunce. Každý den slunce odhadem vyšle na Zemi tolik energie, že by pokryla celosvětovou spotřebu po dobu 8 let. A už jen proto se není čemu divit, že právě solární energie může mít v budoucnu klíčovou roli v zásobování naší planety elektrickou energií. Dopomoci k rozšíření výroby elektřiny z fotovoltaiky můžete i vy. Tím, že si postavíte svou vlastní solární elektrárnu, nejenže můžete ušetřit, pomoci životnímu prostředí, ale můžete i přispět ke zvýšení podílu vyrobené elektřiny z obnovitelných zdrojů. To, jak fungují samotné solární elektrárny, a co vědět předtím, než si ji pořídíte, jsme popsali zde. Ale zajímá vás, jaká je funkce fotovoltaických článků? Jaké typy existují? To vám přiblížíme níže v tomto článku.

Z čeho se skládá fotovoltaický článek

Fotovoltaické články jsou srdcem každé fotovoltaické elektrárny, které jsou zodpovědné za výrobu elektřiny ze slunce. Fotovoltaické články představují tenké destičky o rozměrech 15,6 cm x 15,6 cm, které jsou vyrobeny z polovodičového materiálu. Konkrétně se jedná o látky, které mají vlastnosti jak vodiče, tak i izolantu, tudíž nevodiče. Aby se ovlivnilo, jaká z těchto vlastností bude převládat, se zvenčí přidají konkrétní chemické prvky. Jeden z nejdůležitějších polovodičových materiálů je křemík, který dnes najdete téměř ve všech fotovoltaických článcích. Samozřejmě můžete najít ve fotovoltaických článcích i jiné sloučeniny, jako například CdTe (tellurid kademnatý) nebo CIGS (sloučenina mědi, india, galia, síry a selenu).

Jaká je účinnost fotovoltaických článků

To, na kolik je fotovoltaický článek nebo modul účinný, zjistíte z toho, kolik dostupné energie skutečně přemění na solární elektřinu. Jinými slovy lze říct, že vyjadřuje poměr mezi přijatou sluneční energií a vydanou elektřinou. Samozřejmě na kolik jsou fotovoltaické články účinné, závisí i na použité technologii. Účinnost se může pohybovat mezi 4 % - 20 %, více vám prozradíme níže v sekci: Jaké jsou typy fotovoltaických článků.

Využívání sluneční energie v historii

Již ve starém Egyptě, ale i Mayové uměli chytře a efektivně využívat sluneční energii. Využívali teplo ze slunce do svých domů, kde stavěli okna a dveře tak, aby teplo pronikalo efektivně dovnitř a ukládalo se. V roce 1839 naznačil budoucí aktivní využití sluneční energie francouzský fyzik Alexandre Becquerel a právě on objevil fotovoltaický jev. V roce 1883 Američan Ch. Fritts sestrojil první fotovoltaický článek s účinností 1 %. Bohužel i přes jeho sestrojení byl stále přesný způsob fungování neznámý. Později byl v roce 1954 v Bellových laboratořích vytvořen první křemíkový článek, jaký známe dnes (s účinností 6 %). První jeho využití bylo ve vesmíru, kde solární panely napájely americkou družici „Vanguard I“. Panely byly složeny ze 108 křemíkových článků a jejich účinnost vzrostla na 10 %. V tu dobu byla tato technologie pro soukromé použití příliš nákladná. Tato skutečnost se ale změnila po ropné krizi v roce 1973, kdy se technologie spojené s výrobou solární energie stále více zkoumaly a dokonce byly výzkumy často podporovány vládou dané země. Postupně ceny klesaly a zhruba od pol. 80. let se začaly instalovat první solární systémy i na střechy soukromých domů.

Více solárních článků pohromadě tvoří moduly a ty zase elektrárnu

Pouze jeden fotovoltaický článek vyrobí opravdu velmi málo energie. Na článku při planoucím slunci vzniká asi 0,5 voltu napětí a 5 ampérů proudu a to přibližně odpovídá výkonu o velikosti 2,5 wattu. To je opravdu velmi málo. Proto se fotovoltaické články spojují do řad a vytváří moduly. Tento modul je pak obvykle zasazen do hliníkového rámu a shora je chráněn sklem. Takový modul se často skládá z 36 nebo 72 článků. Solární elektrárnu pak může tvořit až 100 modulů.

Solární energie v Česku v roce 2020

Počty instalovaných fotovoltaických elektráren v Česku neustále rostou a i přes pandemii se téměř zdvojnásobily. V rámci dotačního programu Nová zelená úsporám, který poskytuje finanční podporu pro stavby fotovoltaik, vzniklo téměř 5 000 solárních střech. I přes tento růst, Česká republika oproti Evropě zaostává. Avšak to by se mohlo změnit díky Modernizačnímu fondu MŽP, ve kterém vznikne 9 programů na podporu modernizace energetických systémů a zlepšení jejich účinnosti. Více o tomto tématu najdete zde: https://caft.cz/zajem-o-fotovoltaiku-raketove-roste/.

Jaké jsou typy fotovoltaických článků

V solárních článcích můžete najít 3 různé typy:

Monokrystalické články
Monokrystalické fotovoltaické články se vyrábí pomocí poměrně složitého procesu. Tyto články mají pravidelnou krystalickou strukturu s vysokým obsahem křemíku a to znamená, že nedochází k rozptylování a následným ztrátám. Je to z toho důvodu, že krystalické struktury nejsou nerovnoměrně uspořádané, jako je tomu u polykrystalických solárních článků. Monokrystalické články jsou dražší, ale zároveň vám zaručí velmi vysokou účinnost, a to mezi 14 až 20 %. Tyto fotovoltaické články jsou skvělým řešením pro menší střešní plochy.

Polykrystalické články
Tyto články neobsahují tolik čistého křemíku jako monokrystalické. Z tohoto důvodu je jejich pořízení o něco levnější a patří mezi nejčastěji prodávané modely. Účinnost je však nižší a pohybuje se přibližně okolo 12 až 16 %. Polykrystalické fotovoltaické články se obvykle montují na středně velké střechy.

Tenkovrstvé články
Při výrobě těchto článků se polovodič jako amorfní křemík, tellurid kademnatý nebo diselenid mědi a india nanáší na nosiče ze skla, kovu nebo třeba plastu. Tím vznikne mikrometr silná vrstva, která pohltí sluneční světlo. Tyto moduly jsou velmi lehké a jsou nejlevnější variantou ze všech těchto článků. Bohužel tyto články mají nejnižší účinnost, a to 4  až 10 %. Jejich nejvhodnější umístění je na velké střešní plochy s mnoha moduly.

Pokud jste nadšenci do fotovoltaických systémů a chtěli jste o nich vědět více, tak vám náš článek určitě více přiblížil podrobnosti o jejich původu, složení a fungování. Jestli chcete znát i další možnosti obnovitelných zdrojů, podívejte se do našeho průvodce energiemi, a to přímo na obnovitelné zdroje energie.