Francouzský fyzik Alexandre Edmond Becquerel učinil senzační objev již v roce 1839: Když světlo (fotografie) dopadne na určité látky, vytvoří se napětí (napětí). Jak to ale funguje s fotovoltaikou? Vysvětlíme, jak fungují.
Po objevu trvalo 120 let, než fotovoltaika sloužila jako zdroj energie pro první satelity a kosmické lodě. Solární článek se mezitím stal oblíbeným dodavatelem elektřiny pro úsporu energie
Z toho se skládá solární článek
Pouze určité materiály mohou přeměňovat světlo na elektřinu, jedním z nich je křemík. Více než 90 procent všech solárních článků je vyrobeno z křemíku. Jeho výhoda: Křemenný písek je na Zemi k dispozici v dostatečném množství a křemík je šetrný k životnímu prostředí.
Světlo uvolňuje elektrony v mezní vrstvě (zelené), které proudí zpět ven žárovkou.
Krystalický solární článek se obvykle skládá ze dvou vrstev křemíku - dohromady o tloušťce dvě až tři desetiny milimetru.
Na slunné straně je křemík záměrně rozptýlen atomy fosforu. Jednoduše řečeno, atomy fosforu mají příliš mnoho záporných elektronů (tj. Záporných). Atomy boru sedí na druhé straně buňky - mají příliš málo elektronů (tj. Kladných). Negativní a pozitivní vrstvy se navzájem dotýkají.
Elektřina proudí ze solárního článku prostřednictvím regulátorů nabíjení a střídačů do baterie nebo do elektrické sítě.
Se světlem do toku elektřiny
Když světlo zasáhne buňku, elektrony se uvedou do pohybu. Jakmile se rozjedou, přeskočí hranici z negativní do pozitivní vrstvy, kde je nedostatek elektronů - ostatní se pohybují nahoru. Elektrony migrují zpět do své staré vrstvy na spodní straně buňky pomocí kovové mřížky (kontaktní prst), kabelu a nosné desky (kontakt). Když je obvod uzavřen, protéká elektrický proud. Čím více světelných paprsků zasáhne elektrony, tím více elektřiny se vyrobí. Pokud ozařování zůstane stejné, zisk energie závisí pouze na povrchu. Čím větší je povrch, tím vyšší je intenzita proudu. Pokud slunce svítí silněji, solární článek produkuje více elektřiny. Je to stejnosměrný proud, protože je také uložen v bateriích. Solární články však nemohou ukládat elektřinudodávají to.
Solární modul
Solární články nemohou pracovat venku bez ochrany. Musí být pod krytem: modul.
Několik solárních článků je připojeno k jedné jednotce v modulu. Krystalické buňky jsou navzájem navlečené a navzájem spojené. Prameny jsou zabaleny do plastové fólie a umístěny mezi dvě skleněné desky. Tenkovrstvá technologie vytváří velkou buňku, když se skleněná deska odpaří. Laser je rozřezá na proužky, které jsou vzájemně propojeny.
Napájecí jednotka, nazývaná také invertor, převádí stejnosměrný proud generovaný moduly na střídavý proud (střídavé napětí 230 voltů). Veškerá vyrobená elektřina je dodávána do veřejné sítě. Tato částka je odměňována v souladu se „zákonem o obnovitelných zdrojích energie“ (EEG).
Dva typy: krystalické a amorfní solární články
Existují dva typy solárních článků: krystalické a amorfní. Krystalické články tvoří přibližně 80 procent celosvětové produkce.
Monokrystalické solární články: Výchozím materiálem je drahý ultračistý křemík, který se extrahuje z taveniny křemíku časově náročným a nákladným procesem, lisuje se do tyčí a krájí se na plátky o průměru až 12 centimetrů. V monokrystalu jsou všechny atomy srovnány stejným způsobem. Modré až černé, na vyžádání také různě zbarvené buňky, využívají sluneční paprsky v laboratoři až o 24 procent; v praxi však pouze až 16 procent.
Multikrystalické solární články: Průmyslově vyráběný polykrystalický křemík je levnější než výroba monokrystalů. V praxi je účinnost namodralých buněk 11 až 14 procent.
Krystalické články ani po desetiletí stěží ztrácejí svoji účinnost.
Amorfní solární články
Levnější amorfní články jsou vhodné pro vodní prvky v zahradě nebo váhy pro domácnost v domě, stejně jako na velké fasády. Pokud je prostor pro velký fotovoltaický systém omezen, fungují krystalické články efektivněji.
Takto se vyrábějí amorfní články: Vrstva vytvářející elektřinu se odpařuje na skleněnou desku. Atomy již nejsou ukládány v krystalové struktuře, ale neuspořádaně (amorfně). Tento proces vyžaduje relativně málo křemíku: to snižuje cenu. Ve srovnání s krystalickými buňkami o tloušťce 0,2 až 0,3 milimetru měří buňky tenkého filmu pouze 0,01 až 0,05 milimetrů. Buňky jsou hnědé nebo antracitové a mají účinnost šest až sedm procent. V pochmurných dnech dodávají amorfní buňky více elektřiny než ostatní.
Účinnost amorfních buněk v průběhu let klesá: po 20 letech je to přibližně 70 procent původního výkonu.
Moderní solární moduly lze diskrétně instalovat také na terasovou střechu nebo přístřešek pro auto.
nové technologie
Dva novější tenkovrstvé články pracují bez křemíku: materiál vyrobený z mědi a indel-diselenidu (CID) a z teluridu kademnatého (CdTe). Nové buňky se v současné době používají v pilotních zařízeních. Technologie budoucnosti je nový tenkovrstvý proces, při kterém se na nosný materiál nanáší krystalická křemíková vrstva. To kombinuje vysokou účinnost krystalických buněk s nízkou spotřebou materiálu tenkovrstvých buněk.
Existují nějaká omezení výkonu?
Jak je vysvětleno výše, monokrystalické moduly dosahují nejvyšší úrovně účinnosti, následované polykrystalickými solárními moduly. Výhody monokrystalických modulů jsou však vyváženy vysokými výdaji energie a náklady na pěstování křemíkových krystalů. Novější vývoj by zde mohl mít velký potenciál: kvazi-monokrystalické moduly. Jedná se o polykrystalické moduly, které mají díky speciálnímu řídícímu systému podobné vlastnosti jako monokrystalické moduly během růstu krystalů.
Účinnost látky nelze dále rozvíjet podle libosti a má přirozené limity - protože materiál dokáže zpracovat pouze určité vlnové délky světla. V případě monokrystalických křemíkových modulů je nejvyšší možná účinnost kolem 29 až 33 procent - teoreticky.
Došlo to na konec stožáru? Ne, protože nové technologie také vytvářejí nové příležitosti. Například takzvané tandemové solární články mohou zvýšit účinnost pomocí jednoduchého principu: pokud na sebe naskládáte různé materiály pro různé části světelného spektra, účinnost se také zvýší. Bylo již dosaženo více než 40 procent a do budoucna je představitelných více než 80 procent.
Přirozená účinnost se také dále zdokonaluje. Japonští vědci oznámili počátkem roku 2017 nový rekord v účinnosti křemíkových solárních článků 26,3 procenta. To není daleko od limitu pro konkrétní materiál. Zde však platí následující: Vyšší stupeň účinnosti solární energii zlevňuje, pouze pokud výrobní náklady nezvyšují ve stejné míře.