Fotovoltaické zařízení mění sluneční světlo na elektrickou energii za pomocí polovodičů. Nejběžnější fotovoltaické zařízení je fotovoltaický článek. Fotovoltaický článek bývá obvykle malý a produkuje asi 1 až 2 watty energie. 

Fotovoltaické články jsou vyrobeny z různých polovodičových materiálů. Pokud do fotovoltaického článku proniknou světelné fotony s dostatečnou energií, mohou elektrony excitovat do vyššího energetického stavu. Ve skutečnosti dojde k uvolnění elektronů, které normálně nejsou volné a chovají se jako ve vodivém materiálu.

Pokud dojde k zachycení těchto volných elektronů, vznikne elektrický proud, který lze využít k výrobě elektřiny. Čím větší množství světla se pohltí, tím více elektřiny fotovoltaika vyrobí. Aby články byly schopny vydržet mnoho let ve venkovním prostředí, jsou vloženy mezi ochranné materiály v kombinaci skla a/nebo plastů.

Aby mohlo dojít ke zvýšení výkonu fotovoltaických článků na použitelnou hodnotu, musí se spojit do řetězců a vytváří pak větší celky známé jako fotovoltaické panely nebo moduly. Moduly je možno použít jednotlivě nebo jich můžeme několik spojit do polí – tzv. stringů. 

Jedno, popřípadě více polí (stringů) je pak připojeno na střídač jako součást kompletního fotovoltaického systému. Díky této modulární struktuře můžeme fotovoltaické systémy postavit tak, aby splňovaly téměř jakoukoliv potřebu elektrické energie, ať už jde o malou či velkou. 

Solární články je možno mezi sebou propojit dvěma odlišnými způsoby a to sériově a paralelně. Tímto způsobem lze vytvořit stringy dle požadavku s různým napětím pro různé aplikace. Fotovoltaické pole a moduly jsou pouze jednou z částí fotovoltaického systému. 

Součástí systémů musí být také montážní konstrukce, pomocí kterých se panely uchytí ke střeše, a střídače pro fotovoltaiku, které přeměňují stejnosměrný proud vyrobený moduly na střídavý proud, který se běžně používá k napájení všech spotřebičů v domácnosti.

TYPY SOLÁRNÍCH PANELŮ

Existují tři základní druhy solárních panelů: monokrystalické, polykrystalické a tenkovrstvé (amorfní).

Monokrystalické solární panely

Tyto fotovoltaické články jsou nejčistší formou fotovoltaických článků a jsou vyrobeny z monokrystalického křemíku. Obvykle mívají jednotný tmavý vzhled. Díky vysoké čistotě křemíku je větší prostor pro pohyb elektronů. Díky tomu se jejich účinnost pohybuje nad 20 % a jsou nejúčinnějším typem solárních panelů (viz například výkonný fotovoltaický panel Sunpro ). Jsou náchylnější na přímý sluneční svit, než panely polykrystalické.

Polykrystalické solární panely

Jsou obvykle zbarveny do modra a vyrábějí se tavením surového křemíku. Mají průměrně nižší účinnost než monokrystalické panely, ale jsou zase účinnější při zatažené obloze. Výrobci postupně od tohoto typu opouštějí a většina dnes prodávaných panelů na trhu jsou panely monokrystalické. Dnes se již rozdíly mezi polykrystaly a monokrystaly smazávají.

Amorfní solární panely

Jedná se o tenký film polovodivé látky, který bývá nanášen na pevný povrch (sklo, plast, kovy). Amorfní fotovoltaický panel funguje s výrazně nižší efektivitou (kolem 11 %) než panely polykrystalické a monokrystalické, ale jeho výhodou je minimální tloušťka a hmotnost a tudíž velmi flexibilní instalace. Zpravidla se uplatňují v mobilních instalacích, jako jsou obytné karavany, hausbóty, a podobně.

ON-GRID, OFF-GRID

Kromě toho existují dva typy fotovoltaických systémů: připojené k síti(on grid) a bez připojení k síti (off-grid/ostrov).

Systémy připojené k síti (on-grid)

Tyto systémy jsou připojeny k síti, což znamená, že když potřebujeme, můžete využívat elektřinu od energetické společnosti. Když aktuálně energii ze sítě nepotřebujeme, můžete elektřinu vyrobenou panely používat pro vlastní spotřebu a můžeme se také rozhodnout, že ji celou nebo její přebytek prodáme zpět do sítě za danou výkupní cenu.

Systémy mimo síť (off-grid/ostrov)

Jedná se o systémy, které nejsou připojeny k distributorské síti. Obvykle se používají k pokrytí potřeb elektrické energie rekreačních objektů nebo odlehlých budov, které nemají přístup k veřejné síti. Protože jsou však 100% nezávislé, bývá obvykle třeba další generátor nebo baterie, aby měly elektřinu, když nesvítí slunce.

Jaká je účinnost fotovoltaiky?

Účinnost solárních panelů udává, kolik sluneční energie se přemění na elektřinu. Aktuální účinnost těchto panelů se pohybuje mezi 18 a 23 %. Existuje fyzikální limit účinnosti zvaný Shockley-Queisserův limit, který je pro jednovrstvé solární články stanoven na 34 %. Tento limit nelze překročit pouze s využitím jednoho typu polovodiče.

V České republice poskytují podmínky výhodné prostředí pro solární panely, což přispívá k jejich efektivnímu využití. Díky poklesu cen a zlepšení účinnosti panelů se doba návratnosti investice typicky zkracuje na 8 let. Státní dotace mohou tuto dobu ještě více zkrátit, což zvyšuje atraktivitu investice do solárních panelů.

Solární panely nejenže produkují elektřinu, ale také významně snižují náklady na ohřev vody v domácnostech. Toto využití přispívá k ekonomické efektivitě a podporuje přechod k udržitelnějším zdrojům energie.

Shrnutí

Co je to tedy fotovoltaika? Jedná se o proces, při kterém se sluneční světlo přeměňuje na elektrickou energii pomocí polovodičů. Tento proces je realizován pomocí fotovoltaických článků, které jsou základními stavebními jednotkami a obvykle produkují 1 až 2 watty energie. Fotovoltaické články jsou vyrobeny z různých polovodičových materiálů, které umožňují přeměnu světelné energie na elektrickou.

Jak tedy funguje fotovoltaika? Fotony dopadající na fotovoltaický článek excitují elektrony, což vede k uvolnění elektronů a tvorbě elektrického proudu. Fotovoltaické články se spojují do řetězců a formují panely nebo moduly. Tyto moduly lze spojit do systémů dle potřeb. Systémy obsahují montážní konstrukce a střídače, které přeměňují stejnosměrný proud na střídavý. Máme tři typy panelů: monokrystalické (účinnost nad 20 %), polykrystalické (účinnější v zatažené obloze) a amorfní (účinnost kolem 11 %). Fotovoltaické systémy mohou být připojené k síti (on-grid) nebo nezávislé (off-grid). Účinnost solárních panelů je 18 až 23 %, s teoretickým limitem 34 % podle Shockley-Queisserova limitu. Díky státním dotacím a výhodným podmínkám v ČR se zkracuje doba návratnosti investic do fotovoltaiky.