Nový smer v obnoviteľných zdrojoch energie - fotovoltaické elektrárne
V súčasnej dobe sa pre výstavbu fotovoltaických systémov (FVS) využívajú najmä panely na báze kryštalického kremíka (c-Si), či už monokryštalického (m-Si), alebo polysilikónového (p-Si). Fotovoltaické panely je možné rozdeliť do troch generácií podľa vývoja technológie spracovania svetla.
Generácie štandardných panelov
Štandardné panely s vrstvou kremíka cca 7 - 9 g / Wp (Watt peak - jednotka nominálneho vrcholového výkonu fotovoltaického panelu), ktoré spoznáte podľa dvoch vodičov vedúcich na prednej strane cez všetky bunky umiestnené na paneli. Rozmery panelov prvej generácie sú väčšie a spravidla predstavujú cca 1,6 - 1,9 m2 plochy. Účinnosť panelov je štandardne do 13 %.
Generácie panelov s tenkou vrstvou amorfného kremíka
Pre vytvorenie fotocitlivého prechodu sa využíva tenká vrstva amorfného kremíka (a-Si) naparená zvyčajne priamo na vnútornej strane predného skla panelu. Spotreba kremíka pri týchto paneloch je síce 600-krát menšia ako pri paneloch prvej generácie, čo ovplyvňuje hlavne ich cenu ktorá je nižšia. Dosahujú však účinnosť len okolo 6 %. Okrem ich nižšej ceny, je nespornou výhodou tejto technológie oveľa lepšie spracovanie difúzneho svetla, takže sa tiež hodí napríklad pre fasádne systémy, keď nieje možné dosiahnuť ich optimálnu orientáciu k Slnku.
Panely s vysokou účinnosťou vyrábané novou technológiou
Ide o dve technológie, ktoré v podstate kombinujú technológiu oboch generácií. Na klasické monokryštalické substráty nanášajú tenké vrstvy a-Si, čím sa dosahuje jednak zvýšená účinnosť, a navyše panely vyrobené týmito technológiami preberajú vlastnosti tenkovrstvej technologie, keď jednak lepšie spracovávajú difúzne svetlo a súčasne majú nižší teplotný koeficient. Jednou z nich je technológia HIT japonskej firmy Sanyo, ďalšia technológia „all-back contacts" je od americkej spoločnosti SunPower.
Technológia HIT
Články vyrobené technológiou HIT sú na báze m-Si substrátov typu n, na ktoré sa z oboch strán nanesie tenká vrstva čistého, neobohateného a-Si typu i. Takto koncipovaná štruktúra fotovoltaického článku sa vyznačuje nižšími hodnotami teplotných koeficientov, najmä teplotného koeficientu výkonu, ktorý na rozdiel od klasických m-Si článkov má hodnotu len - 0,3 %/° C s hodnoty - 0,5 %/° C. Účinnosť tejto technológie dosahuje až 16,9 %.
Technológia All-back contacts
Odstraňuje hlavné nevýhodu predného kontaktu, ktorý zatieňuje časť fotovoltaického článku, a tak znižuje plochu, ktorá môže aktívne premieňať svetlo na elektrický prúd. Aj články vyrobené technológiou all-back contacts sú vyrobené na báze m-Si substrátov typu n. Na hornej strane je antireflexná vrstva a vrstva z typu i. Na spodnej strane sú nanesené striedavo pruhy a-Si typu a typu p, ktoré sú širšie a tvoria základ pre kontakty umiestnené zdola, ktoré sú prakticky realizované vodivou vrstvou. Medzi kontakty sú umiestnené pásy z tenkej reflexnej vrstvy vytvárajúce akési zrkadlo, ktoré odráža svetlo späť, a tak ďalej prispieva k zvýšeniu účinnosti článkov. Použitie a-Si v štruktúre fotovoltaického článku spôsobuje tiež pokles teplotných koeficientov. Aj spracovanie rozptýleného svetla je lepšia ako pri bežných paneloch. Výraznejší je však nárast efektívnosti, ktorý je spôsobený čiastočne tým, že netienia predné kontakty, a čiastočne tým, že svetlo sa odráža od zadnej zrkadlovej plochy článku. Účinnosť tejto technológie je až 18,5 %. Platí, že na inštaláciu 1 KWp s technológiu all-back contacts potrebujeme cca o 1 m2 menej plochy, ako pri technológii HIT a o 2 m2 menej než pri inštalácii bežných článkov na báze c-Si.
Využívaním panelov s vysokou účinnosťou je možné z rovnakej plochy dosiahnuť vyššie inštalované výkony a teda aj vyššie výnosy. Tieto panely sú pochopiteľne drahšie, ale prax ukazuje, že sa tieto investície do nových technológií oplatia.
Inštalácia fotovoltaických panelov v praxi
V tomto období prišla vlna slnečných elektrární aj na Slovensko. Stavba fotovoltaických elektrární je dnes riešená novým zákonom 309/2009, ako aj príslušným výnosom Urso. Z hľadiska stavby fotovoltaickej elektrárne je možné reálne uvažovať o týchto možnostiach:
- Inštalácia na stacionárne stojany, alebo na stojany s pohyblivou osou.
Každý zo spomínaných spôsobov má svoje výhody a nevýhody. K hlavným výhodám stacionárnych stojanov patrí ich malá náročnosť na údržbu a vysoká spoľahlivosť v prevádzke, pretože neobsahujú žiadne mechanické súčiastky. Oproti tomu pohyblivé systémy majú vyšší výkon v čase pretože sa rôznym spôsobom otáčajú za slnkom. Pri porovnaní týchto systémov je potrebné uvažovať hlavne o technológii panelov ktoré sú použité. Nové technológie, ktoré majú vysokú účinnosť sú menej citlivé na polohu a dokážu pracovať na plný výkon aj pri dopade slnečného žiarenia pod uhlom + - 20 ° od ideálu, čím veľmi „stierajú" rozdiel vo výrobe oproti pohyblivým systémom. Ďalším pohľadom na porovnanie je spoľahlivosť a pravdepodobnosť poruchy (a tým výpadku výroby), kde pri pohyblivých systémoch je pravdepodobnosť výskytu výpadku výroby asi o 10 % vyššia ako pri stacionárnych konštrukciách. Posledným faktorom pre porovnanie je možné obsadenie plochy výkonom. Z tohto pohľadu je potrebné zhodnotiť že stacionárne systémy sú ideálne pre obsadenie plochy pozemku, keď pri použití nových moderných technológií je možné na jeden hektár plochy umiestniť výkon až 900 KWp. Použitím trakerov je obsadenie o 600 KWp na jeden hektár plochy nižšie.
-Inštalácia na strechy budov s rovnou a šikmou strechou
Tento variant fotovoltaickej elektrárne je vhodný pre menšie výkony a používa sa hlavne pre inštalácie na rodinné domy a strechy výrobných hál a pod. Inštalácie na budovy sú vo všeobecnosti v menších výkonoch a tým aj menej náročné na legislatívne spracovanie aj na technické zariadenia na pripojenie do siete. Zámerom týchto inštalácií nie je výroba elektrickej energie s dodávkou do rozvodnej siete, ale výroba pre pokrytie vlastnej spotreby. Podľa nových legislatívnych pravidiel je dnes už možné vyrábať elektrickú energiu a spotrebovať ju v domácnosti, alebo v továrni. To čo sa nespotrebuje (prebytky), je možné dodať do distribučnej siete. V tejto oblasti sa otvára možnosť využívať v širšom meradle nové technológie výroby elektrickej energie zo slnka aj pre malé inštalácie v domácnostiach a drobnom priemysle.
Záverom je možné konštatovať, že sa Slovensko v súčasnosti zaradilo medzi moderné krajiny, kde je výroba elektrickej energie zo slnka pomocou nových výkonných technológií podporovaná štátom.
Text: Ing. Maďar František
SOLAR SERVICE, s.r.o.
Aktuálne číslo
