Fotovoltaika

Fotovoltaický jav bol objavený v roku 1839 Edmundom Bequerelom, ktorý si všimol, že pôsobením slnečného žiarenia je pri určitých elektrochemických konfiguráciách možné vyrábať elektrickú energiu. Fotovoltaický jav sa však začal využívať pre priamu premenu energie slnečného žiarenia na elektrickú energiu až v roku 1954.

Princíp spočíva v tom, že fotón dopadajúci na polovodičovú štruktúru s PN prechodom excituje elektrón a vytvorí tak dva nositele elektrického prúdu: voľný elektrón a dieru. Solárne články sa skladajú z dvoch kremíkových vrstiev. Horná vrstva kremíka je polovodič typu N (vodivosť sprostredkujú elektróny), dolná vrstva kremíka je polovodič typu P (vodivosť sprostredkujú tzv. diery). Keď do blízkosti PN prechodu prenikne fotón, dôjde k fotoefektu a uvoľnené elektróny začnú prechádzať do hornej vrstvy. Elektróny v spodnej vrstve začnú preskakovať z jedného atómu na druhý, aby zaplnili prázdne miesta. Voľné elektróny v hornej vrstve sa odvádzajú z článku do elektrického obvodu, do ktorého je solárny článok vsadený. Takto vzniká v obvode elektrický prúd počas doby, kedy na solárny článok dopadá svetlo. Elektrická energia sa týmto spôsobom vyrába nehlučne, bez akýchkoľvek pohyblivých súčastí a bez vedľajších produktov. Fotovoltaický systém pracuje automaticky, bez obsluhy a veľkých nárokov na údržbu.

               

Fotovoltaické články sa spájajú do panelov, v ktorých sú navzájom  poprepájané a chránené  skleneným krytom. Čím je plocha panelu a intenzita žiarenia väčšia, tým väčší prúd nimi tečie. Výkon panelov sa vyjadruje hodnotou tzv.  špičkového  výkonu  (Wp),  čo  je  výkon  zariadenia  pri definovaných podmienkach pri intenzite slnečného žiarenia   1 000 W/m2  a  pri  teplote 25 °C.  Tieto podmienky sa  dosahujú  za  dobrého  počasia,  keď sa Slnko nachádza v najvyššom bode na oblohe. Na dosiahnutie výkonu 1 Wp pri týchto podmienkach je potrebný článok s rozmermi asi 10 x 10 cm.

Fotovoltaické panely poskladané z článkov využívajú  energiu, ktorá je zadarmo, preto sú ich prevádzkové náklady zanedbateľné a navyše sú  veľmi  spoľahlivé.  Výhodou  fotovoltaiky  je,  že  panely možno  jednoducho pridávať a tak zväčšovať výkon celého zariadenia. Majiteľ tohto zariadenia môže zväčšovať jeho výkon podľa narastajúcej spotreby energie. Panely i  ostatné súčasti  sú prenosné,  takže ich možno bez problémov inštalovať na akomkoľvek mieste. Články sa dnes nevyrábajú len ako osobitné panely, ale viaceré firmy ich montujú do strešných krytín či vonkajších materiálov na  fasády  budov. Inštalovanie  slnečných  článkov do stavebných  prvkov výrazne  znižuje náklady, pričom slnečné články pôsobia na budovách veľmi esteticky.

Fotovoltaické pole (rada) vzniká prepojením fotovoltaických panelov. Solárne panely sa vyrábajú v niekoľkých výkonových prevedeniach. Menovité výstupné jednosmerné napätie je 12 V pre akumulátory, do siete je to 30 – 300 V. Výkon dodávaný solárnymi panelmi je premenlivý a odvíja sa od intenzity slnečného svitu. Solárne články fungujú aj pri zamračenej oblohe vďaka rozptýlenému svetlu, i keď  ich výkon je potom výrazne nižší (cca 10% maxima). V zime je množstvo dopadajúceho slnečného svetla menšie ako v lete a rovnako tak sa vyrobí aj menej elektrickej energie. Životnosť solárnych panelov sa pohybuje od 20 rokov a viac.