Fotovoltaika je metoda přímé přeměny slunečního záření na elektřinu (stejnosměrný proud) s využitím fotoelektrického jevu na velkoplošných polovodičových fotodiodách. Jednotlivé diody se nazývají fotovoltaické články a jsou obvykle spojovány do větších celků – fotovoltaických panelů.
Fotovoltaika je považována za trvale udržitelnou technologii, a to ze dvou důvodů. Především využívá nejdostupnější obnovitelný zdroj energie na Zemi – sluneční záření. Množství slunečního záření, které každoročně dopadne na zemský povrch, je 4000krát větší než veškerá spotřeba energie celého lidstva. Slunce přitom bude svítit ještě miliardy let. Druhý důvod je, že energie vložená do výroby fotovoltaických panelů a dalších komponent fotovoltaické elektrárny se v podmínkách České republiky vrátí zhruba za 2 roky, přičemž očekávaná životnost panelů přesahuje 30 let.
Fotovoltaický jev poprvé pozorovali William Grylls Adams a jeho žák Richard Evans Day v roce 1876 na PN přechodu vytvořeném mezi selenem a platinou. První fotovoltaický článek použitelný k výrobě elektřiny však byl vyroben až v roce 1954.
Technický vývoj
Od 70. let minulého století probíhá bouřlivý vývoj, v jehož průběhu roste účinnost, klesá cena a zvyšuje se životnost fotovoltaických článků a panelů. První články s účinností kolem 6 % byly vyráběny technologicky a energeticky náročnými výrobními postupy, které například vyžadovaly vakuum. Současné články a panely jsou vyráběny neporovnatelně jednoduššími operacemi za normálního tlaku s nižší spotřebou surovin a energií.
Dříve se soudilo, že krystalické panely budou nahrazeny panely tenkovrstvými, existovala představa generačního vývoje fotovoltaiky:
- První generace – krystalické panely – relativně vysoká účinnost, ale i cena
- Druhá generace – tenkovrstvé – nižší účinnost, ale zejména nižší cena
- Třetí generace – vysoká účinnost při nízké ceně
Vývoj však neprobíhá podle této představy. V letech 2008 a 2009 došlo k prudkému nárůstu výrobních kapacit solárního křemíku, který vedl k propadu cen krystalických panelů. Konkurenční výhoda tenkovrstvých technologií se tím vytratila a jejich podíl na trhu začal klesat.
Typy FV systémů
Krystalické – komerčně nejrozšířenější panely sestavené z článků vyrobených na tenkých deskách z krystalického křemíku. Rozlišují se tři základní varianty:
- monokrystalické (c-Si), kdy je ingot tažen z taveniny Czochralskiho metodou, ingot je tvořen jedním monokrystalem ve tvaru válce se zúženými konci (salám), který je následně oříznut do tvaru kvádru se zaoblenými rohy a poté rozřezán na jednotlivé desky o tloušťce 150 µm.
- multikrystalické (m-Si), kdy je ingot odléván do formy ve tvaru kvádru, který je následně rozřezán na menší kvádry a poté na desky
- ribbon, kdy je z taveniny přímo tažen tenký pás, z něhož jsou odlamovány desky.
Tenkovrstvé – méně rozšířené panely reprezentované několika odlišnými technologiemi:
- a-Si – amorfní křemík
- µc-Si – mikrokrystalický křemík
- tandem/micromorph – dvouvrstvá struktura z amorfního a mikrokrystalického křemíku
- CdTe – kadmium-telurid
- CIS – měď (Cu), indium (In), selen (Se)
- CIGS – měď (Cu), indium (In), galium (Ga), selen (Se)
Kromě toho je rozvíjena celá řada nových konceptů, jejichž společným cílem je snižování nákladů na vyrobenou elektřinu.
Vývoj cen
Ceny fotovoltaických panelů klesají o 16 až 20 % při každém zdvojnásobení celosvětově instalovaného výkonu. Aby se vývoj urychlil, byly nejdříve v Japonsku a později v Německu a dalších zemích zavedeny různé formy investiční a provozní podpory.
Ceny panelů se ještě po roce 2000 pohybovaly kolem 5 €/Wp. Provozní podpora však srazila ceny panelů hluboko pod 1 €/Wp.
V současnosti se magické hranici 1 €/Wp blíží investiční náklady malých fotovoltaických elektráren instalovaných na střechách budov.
Parita
V souvislosti s poklesem cen panelů bylo v mnoha zemích dosaženo parity – fotovoltaika se stala nejlevnějším zdrojem elektřiny.
V České republice je elektřina z fotovoltaiky levnější, než elektřina ze sítě pro koncové odběratele v kategorii domácností a malých firem, je však nutno všechnu spotřebovat v místě výroby.
Účinnost fotovoltaiky
V praxi se setkáváme s limity, které omezují využitelnost solární energie. Jedná se především o účinnost fotovoltaických článků, která je přibližně 15 %. Solární energie má jen malou plošnou hustotu a zařízení pro její zachycení jsou proto poměrně velká. Nejvíce je solární energie dostupná v létě, zatímco v zimě je jí nedostatek.
Fotovoltaika u rodinných domů
Pokud si pohráváte s myšlenkou pořídit si domácí fotovoltaickou elektrárnu, zřejmě o ní neuvažujete jen proto, že by se na vaší střeše pěkně vyjímaly solární panely. Faktorů, kvůli nimž si lidé fotovoltaiku pořizují, je hned několik.
Pro někoho je primární úspora, kterou vlastní výroba elektřiny skýtá, byť k ní nedochází ihned, zatímco pro jiného může být největším lákadlem energetická soběstačnost či ohleduplný přístup k životnímu prostředí.