Fotovoltaika pro Váš dům

Přinášíme Vám souhrný materiál k fotovoltaickým systémům, které mohou zajistit dodávku elektrické energie v místech bez přípojky (chaty, usedlosti). Kdysi kosmická technologie se stala nyní přístupnou nejširšímu využití, pro názornost, 100 W systém dnes pořídíte za 20.000 Kč. To, že jmenovaný příkon k základnímu...

Přinášíme Vám souhrný materiál k fotovoltaickým systémům, které mohou zajistit dodávku elektrické energie v místech bez přípojky (chaty, usedlosti). Kdysi kosmická technologie se stala nyní přístupnou nejširšímu využití, pro názornost, 100 W systém dnes pořídíte za 20.000 Kč. To, že jmenovaný příkon k základnímu provozu stačí, dokládá předchozí příspěvek o domácí vodní elektrárně.

Fotovoltaický článek
Je základním prvkem systémů pro přeměnu slunečního záření na elektrickou energii. Ať již je typ článku jakýkoliv, vždy se jedná o velkoplošnou polovodičovou součástku s jedním nebo i více PN přechody. Rozměry komerčně vyráběných solárních článků nejsou větší než 200 mm a tloušťka nepřesahuje přes 400 mikrom. Jedná se tedy o velice tenké destičky. Přední strana solárního článku je uzpůsobena k pohlcování slunečního záření. Solární články jsou ve většině případů opatřeny ze přední i zadní strany kovovými kontakty pro připojení sběrných vodičů. Po vystavení přední strany solárního článku slunečnímu záření zachycené fotony generují v křemíku kladné a záporné náboje. Dosáhnou-li náboje polovodičového přechodu jsou separovány – elektrony v N+ a kladné náboje v základním P materiálu. Na kontaktech solárního článku se objeví stejnosměrné napětí o velikosti řádově stovky mV. Připojeným vnějším obvodem potom protéká stejnosměrný elektrický proud. Velikost proudu je úměrná intenzitě slunečního záření. Kladný pól je na zadní straně destičky v podobě celoplošného kontaktu a záporný pól je na přední straně tvořen kontaktní mřížkou tak, aby pokrývala co nejmenší plochu. Typickými parametry solárních článků je napětí naprázdno Uoc, proud nakrátko Isc, faktor zaplnění FF a účinnost EFF. Elektrické parametry jsou měřeny za standardních podmínek tj. intenzita záření 1000Wm-2 při AM 1,5 a teplotě 25oC.


















Od prvního komerčního uvedení fotovoltaického křemíkového článku v roce 1954 bylo vyvinuto veliké množství rozličných technologií výroby solárních článků využívajících vlastností různých polovodičových materiálů. Nicméně pouze několik z nich má nárok na uplatnění v hromadné výrobě.

Mezi rozhodující parametry každé technologie patří nesporně cena solárního článku za jeden W. V současné době se cena solárních článků podílí přibližně ze 68 % na celkové ceně fotovoltaického modulu. Zcela samozřejmě se potom jeví úsilí o dosažení nižší výrobní ceny solárních článků na jeden Watt. Výzkumná a vývojová pracoviště po celém světě se pokouší snížení ceny dosáhnout využitím nových základních materiálů, zvýšením účinnosti, levnějšími technologickými postupy.

Kromě ceny jsou důležitými vlastnostmi ještě účinnost a stabilita elektrických parametrů. Při porovnávání jednotlivých technologií je potřeba přihlédnout i k těmto vlastnostech.















Materiály pro výrobu solárních článků lze kategorizovat dle způsobu jejich přípravy jako objemové krystalické materiály a tenkovrstvé deponované materiály amorfní, poly a mikrokrystalické.

Krystalický křemík
V současné době je to nejvíce používaný materiál pro výrobu solárních článku. S dostupností materiálu nejsou potíže, neboť oxid křemičitý je zastoupen v zemské kůře přibližně ze 30 %.

Technologie zpracování křemíku je v polovodičovém průmyslu dobře zvládnutá. Výchozím materiálem je čistý křemičitý písek. Výsledkem složitého a energeticky náročného technologického postupu je polykrystalický křemík o vysoké čistotě. V praxi se však pro výrobu solárních článků využívá odpadového křemíku z polovodičového průmyslu. Vzhledem k jeho vysoké ceně, která významně zasahuje do konečné ceny systémů jsou mnohé výzkumné a vývojové práce zaměřeny na snížení ztrát v průběhu přípravy křemíku, na nalezení a zavedení energeticky úsporných postupů.

Monokrystalický křemík
se připravuje tažením monokrystalu z taveniny. Na konci procesu je získán monokrystalický křemíkový válec - ingot o průměru 125 až 300 mm. Válec je ořezán do tvaru hranolu. Křemíkové destičky o tloušťce 200 až 360 mm jsou získány rozřezáním kvádru speciální drátovou pilou. Bohužel, v procesu dělení ingotu na jednotlivé destičky dochází k velikým ztrátám cenného materiálu. Z předchozího výkladu je patrné, proč se křemíkový materiál podílí na ceně solárního panelu až z 50 %. - viz. Obr. 2.

V laboratorních postupech je na monokrystalickém křemíku dosahováno účinnosti až 24 %. Účinnost sériově vyráběných solárních článků je typicky do 14 % a v současnost i 15 %. Při intenzitě záření 1000 Wm-2 jsou pro sériově vyráběný solární článek z monokrystalického křemíku s rozměrem 102,5 / 102,5 mm uvedeny tyto parametry následující:

Uoc= 610mV, Isc=3,45A, FF= 76%, EFF= 15%.

Následující graf představuje volt-ampérovou charakteristiku solárního článku s důležitými parametry





















Polykrystalický křemík
je stále více využíván jako vstupní materiál díky své nižší výrobní ceně (odpadá proces tažení monokrystalu), přestože dosahovaná účinnost je nižší než je tomu v případě monokrystalického křemíku. Laboratorní solární články dosahují účinnosti 18 % a podmínkách hromadné výroby nepřesahuje 14 %. Destičky polykrystalického křemíku jsou čtvercového tvaru a jsou řezány z odlévaného křemíkového ingotu. V průběhu tuhnutí taveniny dochází k tvorbě různě velikých a orientovaných krystalů. Polykrystalická struktura materiálu dodává těmto článkům charakteristický vzhled.

Hranou-definovaný film – EFG
Z taveniny tažené pásky – téměř monokrystalický křemíkový pásek narůstající z roztaveného křemíku v kelímku, vytahovaného kapilárními silami mezi plochami grafitové štěrbiny.

Firma ASE zahájila výrobu solárních článků na materiálu HEXAGON. Dlouhá křemíková šestihranná trubka je tažena s taveniny. Trubka je poté dělena na pásky a dále na články pouhým lomem. Tímto způsobem jsou eliminované ztráty materiálu řezáním.

Galium Arsenid (GaAs)
GaAs je slitinový polovodičový materiál typu AIIIBV, z něhož jsou vyráběny solární články s vysokou účinností. Zpravidla jsou tyto články použity pro koncentrátorové moduly a pro kosmické aplikace. Důvodem je mnohonásobně vyšší cena a vysoká kvalita článků. Účinnost článků z výzkumných laboratoří je vyšší než 25 % při intenzitě 1-Slunce. V podmínkách koncentrovaného slunečního záření dosahují GaAs články účinnosti 28 %. Pro zvýšení účinnosti na 30 % jsou vytvářeny složité struktury s několika polovodičovými přechody založené na GaAs a příbuzných materiálech typu AIIIBV.

Tenkovrstvé materiály
Amorfní křemík (a-Si:H)
Nekrystalická forma křemíku, prvně použitá ve fotovoltaice v roce 1974. V roce 1996 se amorfní křemík podílel 15 % na celosvětové produkci. Největší uplatnění nalézá v aplikacích spotřební elektroniky a s výhodou se používají v systémech zabudovaných do budov místo prosklených ploch. Na rozdíl od krystalických materiálů nejsou vyráběny jednotlivé články, ale vytváří se celé moduly najednou.

Malé experi

Komentáře

Načítám komentáře...

  • Stavba
  • Autor:
  • Vydáno:

Doporučujeme

Hledáte spolehlivou stavební firmu?

Zadejte si poptávku v kategoriích: stavební firma,stavby.
Najdeme Vám ověřené firmy a řemeslníky s referencemi od zákazníků jako například: Výstavba RD Troja Praha 8, stavba rodinného domu, Novostavba rodinného domu - dřevostavba.