Solární elektrárna

Fotovoltaika je metoda, která ve své podstatě přeměňuje sluneční záření na elektřinu (stejnosměrný proud). Využívá k tomu fotoelektrického jevu na velkoplošných polovodičových fotodiodách. Na panelu se nacházejí jednotlivé části, které se nazývají diody či také fotovoltaické články, které jsou spojovány do větších celků anebo také do panelů (solárních panelů - jak je zná většina veřejnosti). Samostatné články jsou rozděleny na dva typy - krystalické a na tenkovrstvé. Články jsou přímo nanášené na sklo anebo na jinou podložku - nejvíce se využívá křemíku.

Díky dotacím z Evropské Unie a z Ministerstva životního prostředí stále roste zájem o obnovitelné zdroje v rámci nových staveb domů (viz. Zelená úsporám apod.). Lidé často využívají těchto nabídek z důvodu, že se jim jejich minimální investice vrátí do 3 let a navíc investují do budoucnosti a pro sebe.

Princip

Fotony slunečního záření dopadají na přechod desky a svou energií vyrážejí elektrony z valenčního pásu do pásu vodivostního. Takto vzniklé volné elektrony se pomocí elektrod odvedou u nejjednodušších spotřebičů přímo ke zdroji, případně do akumulátoru. Nutné je mít připojený střídač napětí pro domácí spotřebiče, který převádí energii na střídavé napětí o potřebné velikosti a frekvenci, jenž je schodná s distribuční sítí.

Za normálních okolností jsou elektrony v polovodičovém materiálu pevně vázány k atomům krystalové mřížky - materiál je nevodivý (každý atom křemíku má čtyři valenční elektrony). Pokud přidáme velmi malé množství prvku s větším počtem valenčních elektronů (donor), tak se vytvoří oblast s vodivostí typu "N", v níž se vyskytují volné elektrony, které mohou přenášet elektrický náboj.

Příměs prvku s menším počtem elektronů vytvoří oblast s vodivostí typu "P", kde chybí elektron.

Solární články vyžadují ochranu před vlivy z prostředí - proto je musíme umístit jen mezi ochranné vrstvy, jako je sklo anebo plastová folie (někdy se používá kombinace těchto prvků). Panely se propojují mezi sebou, aby vznikl jeden větší panel. Jeden solární panel poskytuje dostatek energie pro domácnost (do cca 300 w). Pokud chceme energii využívat pro dům a všechny spotřebiče, tak musíme mít více panelů.

V současné době se fotovoltaika začíná hodně rozšiřovat a stala se i stěžejním prvkem v ochraně životního prostředí. Do budoucna se uvažuje o tom, že se zvýší účinnost panelů (pomocí vysokoenergetických fotonů), aby se z jednoho panelu vyčerpalo maximální procento energie.

Dějiny fotovoltaiky

Fotovoltaika byla objevena již v roce 1839 ve Francii, Alexandrem Edmondem Becquerelem. Návrh prvních článků byl však v roce 1876 přepracován Williamem G. Adamsem a Richardem E. Dayem. samotný panel však ještě nefungoval a byl jen pouze teoretickým nástrojem fyziků. Pojem fotovoltaiky se pokusil v roce 1905 vysvětlit Albert Einstein, za což získal v roce 1921 Nobelovu cenu za fyziku. První článek se podařilo vytvořit až v roce 1954 a to Chapinovi, Fullerovi a Pearsonovi v USA. V této době se začaly články používat k napájení družic (první družice se jmenovala Vanguard I., vypuštěna v roce 1958). K významného pokroku došlo mezi lety 1960 až 1970. V roce 1970 došlo k ekonomické krizi a svět se začal ohlížet po alternativních zdrojích - proto došlo i k úpravě zákonů. Patent na fotovoltaiku vlastní Německo, USA a Japonsko.   

Největším světovým výrobce elektřiny z fotovoltaických panelů je Čína. Fotovoltaika se stala nejdůležitějším zdrojem elektrické energie z obnovitelných zdrojů. O fotovoltaiku na mezinárodní úrovni se stará Evropská asociace fotovoltaického průmyslu (EPIA), která tvrdí, že do roku 2020 bude na celém světě instalováno na 120 GW panelů a počet stále poroste.

Díky fotovoltaice se cena energií stále snižuje. Množství sluneční energie, která se dostane na povrch Země by pokryla ještě více než 6 000 000 TW, a proto se bude s fotovoltaikou nadále počítat.

Fotovoltaika jako taková neznečišťuje životní prostředí, vše se vyrábí a instaluje na zakázku a tak vzniká jen minimální odpad. Investice do domácí solární elektrárny se vrací v průměru do pěti let. Fotovoltaický panel pohlcuje sluneční paprsky a elektrickou energii poté využije ke svícení, ohřevu vody anebo k provozu Smart domu, který v současné době začíná být velice popupární.

Nevýhodou fotovoltaiky je to, že Vaše solární elektrárna nefunguje na 100% za špatného počasí (mlha, déšť, sníh), a proto elektrická energie je odebíraná z klasické sítě - což se moc nevyplácí. V zimních měsících solární elektrárna funguje jen na 25%.

Další nevýhodou je to, že panely se poškozují, pokud jsou pokryty velkou vrstvou sněhu/ledu. Následně poté musíte panely často měnit, a proto je dobré posoudit zda si pořídit fotovoltaickou elektrárnu v konkrétním prostředí anebo dát přednost jinému zdroji. 

Křemíková technologie

Křemíkové technologie se nevyužívá jen ve fotovoltaice, ale tato moderní technologie se začala využívat i v dalším výzkumu, jako u mobilních služeb, vesmírné projekty, ekologie apod.

Například společnost Samsung v současné době (2019) začala pracovat na čipech, které pracují na principu křemíku. Tyto čipy jsou zhruba o 20% menší než původní a dokáží pracovat zhruba o 40 až 60% rychleji než staré verze. Podobné technologie začínají využívat i další společnosti, co pracují na podobném principu. Dokonce výzkumníci z americké univerzity MIT vytvořili čipy, které se dokáží opravit a produkovat sami bez zásahu člověka. Tato technologie se nejvíce využívá v NASA pro družice a sondy.

V USA vznikl také další z projektů, jenž má na starosti výzkumná laboratoř S4 v Nevadě. Tento projekt má za cíl nejenom okysličovat prostředí, ale také dodat zemině potřebnou vláhu, zajistit vegetaci v pouštních oblastech a také dodávku elektrické energie. Jedná se o projekt biomechanického stromu, který dokáže vše, co je výše zmíněno. Základem nového zařízení je hydro-gel napuštěný molekulami chlorofylu. Strom je protkán dále nanotrubičkami a elektrodami.

Křemíkové technologie se začalo využívat i ve sportu. Jedna nejmenovaná společnost začala vyrábět cyklo kraťasy s křemíkovými vložkami, které dokážou přeměňovat sluneční energii na tepelnou energii a tím zahřívat sportovce po dobu tréninku anebo závodu.