Aktuálně o fotovoltaické přeměně energie

Světová výroba solárních fotovoltaických (PV) panelů roste v posledních letech vysokým tempem a v roce 2005 už překročila hodnotu 1 GWp celkového nominálního výkonu.

Některé státy dotují jak stavbu fotovoltaických solárních systémů, tak i vykupují vyrobenou energii za dotované ceny. Cílem této podpory je naplnit zákony vycházející ze směrnice Evropského parlamentu, podle nichž musí být v každém státě Evropské unie do roku 2010 vyráběno 8% energie z obnovitelných zdrojů. Nejdále je v tom Německo, které dotační politiku provozuje už několik let. Podpora byla schválena i ve Španělsku, připravuje se ve Francii a v Itálii, připojila se i Česká republika. Při splnění určitých podmínek lze získat dotaci na stavbu PV systému ve výši až 30% pořizovací ceny a existuje například projekt MŽP Slunce do škol, v jehož rámci mohou školy získat dotaci 90% pořizovací ceny. Od 1. 1. 2006 se u nás vykupuje dotovaná PV energie za 13,20 Kč/kWh. Aktuální je fakt, že i Čína připravuje podporu solární energie, což může mít dopad na jejich vývoz PV techniky do Evropy.

V posledních letech proběhla řada konferencí a výstav o fotovoltaické přeměně solární energie. V roce 2005 to byly například 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition v Barceloně a 15th International Photovoltaic Science and Engineering Conference and Exhibition v Šanghaji. Zde bylo prezentováno mnoho informací, z nichž vybíráme několik nejdůležitějších postřehů.

Nedostatek čistého křemíku.
V souvislosti s prudkým nárůstem instalace PV panelů nestačí výrobní kapacity čistého křemíku uspokojit poptávku, což limituje světovou výrobu PV panelů. Výroba křemíku je totiž oproti výrobě PV článků a PV panelů investičně i energeticky velmi náročná. Výhodou je, že k výrobě PV článků není nutný křemík tak vysoké čistoty jako k výrobě jiných polovodičových součástek (integrovaných obvodů, mikroprocesorů, tranzistorů ap.), takže materiál, který nesplňuje parametry k této výrobě, lze využít k výrobě PV článků.

Využití jiných polovodičů než křemíku (např. GaAs, InP ap.) je v celkových objemech světové výroby téměř bezvýznamné. Takové PV panely jsou obyčejně mnohem dražší a využívají se jen ve speciálních aplikacích, například ve vesmíru.

Fotovoltaické panely na bázi kuliček křemíku.
PV panely s PV články na bázi destiček monokrystalického nebo polykrystalického křemíku či tenkých vrstev amorfního křemíku známe již řadu let. Pozoruhodnou novinkou jsou však PV panely na bázi propojených monokrystalických křemíkových kuliček se sférickým přechodem PN a s koncentrátory záření ve tvaru šestibokých misek. Kuličky křemíku o průměru asi 0,6 mm jsou uvnitř typu P a na povrchu typu N, mají tedy pod povrchem sférický přechod PN. Vyrábějí se odkapáváním taveniny dopované akceptory (typ P) z kapiláry, která ztuhne během volného pádu. Poté probíhá difúze a předopování povrchové vrstvy donory (typ N). Kuličky jsou umístěny na hliníkové fólii v dírkách o menším průměru, kterými nemohou projít, v prohlubních tvořících malý parabolický koncentrátor záření. Hliníková kostra tvoří zápornou elektrodu, dole je v každé kuličce část oblasti typu N odleptána a do oblasti typu P je zaveden kontakt tvořící kladnou elektrodu (viz schéma). Ze zapouzdřených článků jsou vyráběny různě velké PV panely, jak tuhé se skleněnou čelní stranou, tak flexibilní v plastu obyčejně s teflonovou čelní stranou. Ty flexibilní je možno srolovat a vzít do terénu, jejich výhodou je skladnost, ohebnost a nižší hmotnost, ale největší předností je asi sedmkrát nižší spotřeba křemíku v porovnání se standardními panely. Účinnost těchto panelů se zatím pohybuje kolem 14 %, lze však doufat, že se časem dostanou na hodnoty účinnosti kolem 18%, což už bude srovnatelné se standardními PV panely.

Nejvhodnější teritoria pro PV systémy.
Solární energie má velký význam například v Mongolsku a Tibetu, kde nejsou velké elektrárny ani rozvodné sítě. Ostrovní PV systémy se zde dobře uplatňují – sluneční podmínky jsou zde výborné. Pro porovnání s mapkou na obrázku jsou v České republice tyto hodnoty: v Praze asi 1220 kWh.m-­1.
rok-1, na jižní Moravě asi 1340 kWh.m-2.rok-1.

Také například v Africe je minimum velkých energetických zdrojů a rozsáhlá území jsou zcela bez elektrifikace. Dostatek slunečního záření tvoří ideální podmínky k tomu, aby se tu budovaly ostrovní solární systémy, zvláště solární čerpací systémy jsou zde velmi aktuální.

Martin Libra
Česká zemědělská univerzita v Praze
Vladislav Poulek
Poulek Solar, s.r.o.