Fotovoltaika, princip fungování

Existují dva typy solárních panelů: solární fotovoltaické panely a solární termické kolektory. Každý funguje na jiném principu. První zachytí sluneční energie k výrobě elektřiny a druhý produkuje teplo v důsledku slunečního záření.

Dva typy využití sluneční energie

Existují dva typy využití solární energie fungující na odlišném principu:

  • solární fotovoltaické panely
  • solární termické kolektory

Výroba solárních fotovoltaických panelů

Výroba solárních panelů

Výroba solárních panelů

Fotovoltaické články se nejčastěji vyrábějí z křemíku, a to buď monokrystaického nebo polykrystalického. Samotný fotovoltaický článek však není schopen vyrobit dostatek energie, a proto se více článků zapojuje (sériově nebo paralelně) do fotovoltaických solárních panelů.

Solární panely jsou určeny k zachycení fotonů ze slunečního záření a jejich přeměně v elektřinu.

Každý z článků se skládá ze dvou tenkých polovodičových destiček: polovodiče P (s pozitivním nábojem) a polovodiče N (s negativním nábojem). Pozitivní a negativní náboj je vytvořen tzv. dopováním – přidáním nepatrného množství prvku, který má o jeden elektron více (negativní náboj – vzniká tzv. elektronová vodivost) a prvku, který má o jeden elektron méně (pozitivní náboj – vzniká díra a tzv. děrová vodivost). Obě vrstvy se spojí kontakty a vytvoří se přechod P-N. Solární článek tedy funguje na principu diody.

Takto vytvořený polovodič je účinnější než čistý polovodič (bez dopování).

Proces přeměny energie

Fotovoltaika princip

Fotovoltaika princip

Když dopadnou fotony na polovodič, vytvoří pár elektron-díra. Připojíme-li k panelu pomocí kabelů akumulátor či spotřebič, elektrony a díry se pokusí „vyrovnat“ a začnou přeskakovat přes P-N přechod. Důležitou vlastností přechodu P-N je to, že v jednom směru proud propustí a v opačném nikoliv. Při proudění fotonů tento proces neustále pokračuje – a vzniká stejnosměrný proud.

K přeměně stejnosměrného proudu na střídavý potřebujeme tzv. střídač, který je součástí fotovoltaické stavebnice.

Účinnost solárních panelů

Polykrystalické křemíkové panely mají účinnost méně než 20% neboť záření v infračervené oblasti spektra nemá dostatek energie, aby oddělilo pozitivní a negativní náboj v materiálu. V současné době probíhají ovšem výzkumy a testy a některé novinky ve fotovoltaice slibují nárůst účinnosti spolu se snížením ceny fotovoltaiky.

Fotovoltaika neprodukuje žádný odpad při provozu a vyžaduje pouze minimální údržbu.

Solární termické kolektory

Solární termické kolektory

Solární termické kolektory

Solární termické panely jsou navrženy k absorpci slunečního záření a jeho přeměně v teplo pomocí teplonosné kapaliny. V jejich jednoduché verzi je můžeme použít na střechu domu a v jejich komplexní verzi se používají v solárních elektrárnách, kde zahřívají vodu na páru, která roztáčí turbíny.

Solární systém se skládá z absorbéru, na jehož povrchu se sluneční energie přeměňuje na teplo. Tento absorbér je umístěn pod průhledný skleněný kryt trubek a natřen barvou, která dobře pohlcuje světlo. Takto vyprodukované teplo ohřívá teplonosnou kapalinu v trubkách. Ohřátá kapalina proudí do zásobovací nádrže (výměníku), kde dojde k předání tepelné energie, které se může zpracovat například k vytápění. Po předání této energie dojde ke schlazení kapaliny, která je nasáta do trubek kolektoru a celý proces ohřevu se může opakovat.

Důležitá je instalace pojistného ventilu jako prevence přehřátí v důsledku příliš horkého počasí.

Tento princip je možné použít při ohřívání vody nejen na topení a mytí, ale i na koupání do bazénu.