1. Princíp fungovania:
Fotovoltaický jav:
Keď slnečné žiarenie dopadá na povrch článku, fotóny sa zrážajú s elektrónmi a tým im odovzdávajú svoju energiu. Elektrón s prijatou energiou opúšťa svoje miesto v obale atómu a začne sa voľne pohybovať v kryštálovej mriežke. Tým vznikne pár elektrónu a diery. Tento pár sa na rozhraní PN rozdelí, čím vzniká rozdiel elektrických potenciálov. Pri prepojení vrstiev vzniká elektrický prúd. Konvenčné zdroje energie

Svetová energetika sa rúti smerom k stále väčšej spotrebe. Klasické energetické zdroje nebudú schopné dlhodobo krýť nároky populácie. Jednou z mála účinných alternatív je zvýšený podielu alternatívach zdrojov. Od fotovoltaiky sa očakáva, že sa už behom, 20 až 50 rokov, stane viditeľným a významným zdrojom najčistejšej formy energie, elektriny. Cestou k tomu bude inštalácia fotovoltaických a solárnych systémov na vidieku (najskôr v rozvojových krajinách) a fotovoltaika integrovaná do stien a striech budov.

2. Prečo práve fotovoltaika je ašpirantom na energiu budúcnosti?

Dnes je príspevok fotovtaiky na celkovo vyrábanom množstve energie zanedbateľný. Nachádza sa v rovnakom štádiu ako počítače v sedemdesiatych rokoch. Fotovoltaické systémy sú podobne sofistikované ako počítačová technika a môžu byť využívané v rovnakej rade aplikácií. Dnes je ešte ťažko uveriť, že fotovoltaika má na to, aby na seba prevzala veľký a viditelný diel zdrojov v budúcnosti. Najväčšou prednostou fotovoltaiky je univerzálne použitie. FV systémy je možné používať v Širokom rade výkonov. Od zlomkov wattov až po megawattové elektrárne, prakticky kdekoľvek na povrchu Zeme i vo vesmíre.
Podobne ako moderné telekomunikačné systémy dovoľujú spojenie s najzapadnutejším koncom Zeme, bez použitia drôtov, fotovoltaika dáva podobnú
možnosť – energia kdekoľvek. Fotovoltaika, podobne ako mikroelektronika, má obrovský potenciál k zníženiu spotreby materiálov na vlastnú výrobu a tým ku zníženiu výrobnych nákladov. Doterajší vývoj ale nepotvrdzuje túto schopnosť.

3. Solárne články, panely a fotovoltaické systémy

3.1 Fotovoltaické solárne články:

Fotovoltaický článok je základným prvkom systému pre premenu slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Nech je typ článku akýkoľvek, vždy sa jedná o veľkoplošnú polovodičovú súčiastku s jedným alebo viac PN prechodmy. Rozmery komerčne vyrábaných solárnych článkov nie sú väčšie ako 200mm a hrúbka nepresahuje cez 400 µm. Jedná sa teda o veľmi tenké doštičky.

Predná strana solárneho článku je prispôsobená k pohlcovaniu slnečného žiarenia. Solárne články sú vo väčšine prípadov opatrené z prednej i zadnej strany kovovými kontaktmi pre pripojenie zberných vodičov. Po vystavení prednej strany solárneho článku slnečnému žiareniu, zachytené fotóny generujú v kremíku kladné a záporné náboje. Dosiahnu náboje polovodičového prechodu sú separované – elektróny v N+ a kladné náboje v základnom P materiálu. Na kontaktoch solárneho článku sa objaví jednosmerné napätie o veľkosti rádovo stovky mV. Pripojením na vnútorný obvod, ním potom preteká jednosmerný elektrický prúd – Obrázok 1. Veľkosť prúdu je úmerná intenzite slnečného žiarenia. Kladný pól je na zadnej strane doštičky v podobe celoplošného kontaktu a záporný pól je na prednej strane tvorený kontaktnou mriežkou tak, aby pokrývala čo najmenšiu plochu. Typickými parametrami solárnych článkov je napätie naprázdno Uoc, prúd nakrátko Isc, faktor zaplnenia FF a účinnosť EFF. Elektrické parametre sú merané za štandardných podmienok tj. intenzita žiarenia 1000Wm-2 pri AM 1,5 a teplote 25°C.

Obrázok č. 1: Rez solárnym článkom

3.2 Objemové kryštalické materiály:

3.2.1 Kryštalický kremík
V súčasnej dobe je to najviac používaný materiál pre výrobu solárnych článkov. S dostupnosťou materiálu nie sú problémy, pretože oxid kremičitý je zastúpený v zemskej kôre približne s 30%. Technológia spracovania kremíku je v polovodičovom priemysle dobre zvládnutá. Východiskovým materiálom je čistý kremičitý piesok. Výsledkom zložitého a energeticky náročného technologického postupu je polykryštalický kremík o vysokej čistote. V praxi sa však pre výrobu solárnych článkov využíva odpadový kremík z polovodičového priemyslu. Vzhľadom k jeho vysokej cene, ktorá významne zasahuje do konečnej ceny systémov, sú mnohé výskumné a vývojové práce zamerané na zníženie strát v priebehu prípravy kremíku, na nájdenie a zavedenie energeticky úsporných postupov.

3.2.2 Monokryštalický kremík
sa pripravuje ťažením monokryštalu z taveniny. Na konci procesu sa získa monokryštalický kremíkový valec - ingot o priemere 125 až 300 mm. Valec je orezaný do tvaru hranolu. Kremíkové doštičky o hrúbke 200 až 360 µm sú získane rozrezaním kvádru špeciálnou drátovou pílou. Bohužiaľ, v procese delenia ingotu na jednotlivé doštičky dochádza k veľkým stratám cenného materiálu. Z predchodzieho
výkladu je určite známe, prečo sa kremíkový materiál podieľa na cene solárneho panelu až z 50%. - viď. Obr. 2.

V laboratórnych postupoch je na monokryštalickom kremíku dosahovaná účinnosť až 24%. Účinnosť sériovo vyrábaných solárnych článkov je typicky do 14% a v súčasnosti i 15%. Pri intenzite žiarenia 1000 Wm-2 pre sériové vyrábané solárne články z monokryštalického kremíku s
rozmermi 102,5 × 102,5 mm uvedené tieto nasledujúce parametre:
Uoc= 610mV, Isc=3,45A, FF= 76%, EFF= 15%.

3.2.3 Polykryštalický kremík
je stále viacej využívaný ako vstupný materiál vďaka svojej nižšej výrobnej cene (odpadá proces ťaženia monokryštálu), i keď dosahovaná účinnosť je nižšia než je tomu v prípade monokryštalického kremíku. Laboratórne solárne články dosahujú účinnosť 18% a v podmienkach hromadnej výroby nepresahuje 14%. Doštičky polokryštalického kremíku sú štvorcového tvaru a sú rezané z odlievaného kremíkového ingotu. V priebehu tuhnutia taveniny dochádza k tvorbe rôzne veľkých a
orientovaných kryštálov. Polykryštalická štruktúra materiálu dodáva týmto článkom charakteristický vzhľad.

3.2.4 Hranou-definovaný film - EFG
Z taveniny ťaženej pásky – skoro monokryštalický kremíkový pásik narastajúci z roztaveného kremíku v kelímku, vyťahovaného kapilárnymi silami medzi plochami grafitovej štrbiny. Firma ASE zahájila výrobu solárnych článkov na materiály HEXAGON. Dlhá kremíková šesťhranná trubka je ťažená z taveniny. Trubka je potom delená na pásiky a ďalej na články obyčajným lomom. Týmto spôsobom sú eliminované straty materiálu rezaním.

3.2.5 Galium Arsenid (GaAs)
GaAs je zliatinový polovodičový materiál typu AIIIBV, z ktorého sú vyrábané solárne články s vysokou účinnosťou. Z pravidla sú tieto články použité pre koncentrátorové moduly a pre kozmické aplikácie. Dôvodom je mnohonásobne vyššia cena a vysoká kvalita článkov. Účinnosť článkov z výskumných laboratórií je vyššia než 25% pri intenzite 1-Slunce. V podmienkach koncentrovaného slnečného žiarenia dosahujú GaAs články účinnosť 28%. Pre zvýšenie účinnosti na 30% sú vytvárané zložité štruktúry s niekoľkými polovodičovými prechodmi založenými na GaAs a príbuzných
materiáloch typu AIIIBV.

3.3 Tenkovrstvové materiály:

3.3.1 Amorfný kremík (a-Si:H)
Nekryštalická forma kremíku, bola prvýkrát použitá vo fotovoltaike v roku 1974. V roku 1996 sa amorfný kremík podieľal 15% na celosvetovej produkcií. Najväčšie uplatnenie nachádza v aplikácií spotrebnej elektroniky a s výhodou sa používajú v systémoch zabudovaných do budov namiesto presklenných plôch.

Na rozdiel od kryštalických materiálov nie sú vyrábane jednotlivé články, ale vytvárajú sa celé moduly naraz. Malé experimentálne moduly dosahujú účinnosť 10% a v prípade sériovo vyrábaných modulov je účinnosť 5 až 7%. Veľkým problémom zostáva degradácia materiálu po expozícii na slnečnom žiarení.

3.3.2 Kadmium Telurid (CdTe)
Tenkovrstvový film polokryštalického materiálu - CdTe nanášaného elektrodepozíciou, sprejovaním a vysokorýchlostnym naparovaním, skrýva v sebe prísľub na lacnú technológiu. Malé laboratórne vzorky dosahujú účinnosť 16% a komerčné moduly s plochou 7200 cm-2 majú účinnosť 8,4%
.
3.3.3 Copper Indium Diselenide (CuInSe2, nebo CIS)
Tenkovrstvový film polykryštalického materiálu, na ktorom je v podmienkach výskumu dosahujú účinnosti 17,7%.

4.Fotovoltaické moduly

Sériovým alebo i paralelným elektrickým prepojením solárnych článkov vzniká po zapúzdrení solárny modul.

4.1 Konštrukcia panelov
Solárne články sú veľmi krehké a metalizácia kontaktov by na vonkajšom prostredí podliehala korózi, preto sú z nich zostavované solárne moduly. Ďalším dôvodom združovania solárnych článkov do solárnych panelov je uľahčenie manipulácie pri montáži fotovoltaických systémov. Články sú sériovo elektricky spojené tak, aby napätie panelu umožnilo priame využitie dodávanej elektrickej energie.
Konštrukcie solárnych modulov sú značne rozmanité. Panel musí zaistiť hermetické zapúzdrenie solárnych článkov. Dôležitou vlastnosťou fotovoltaických modulov je ich dostatočná mechanická pevnosť a odolnosť. Moduly sú vystavené veľakrát drsným klimatickým podmienkam. V zimných mesiacoch môže dôjsť k rýchlym a veľkým teplotným zmenám, čo zvyšuje riziko narušenia vodivých spojov na solárnych
článkov. Preto sú moduly opatrené kovovými alebo plastovými rámami pre spevnenie konštrukcie fotovoltaického modulu. Predný krycí materiál musí odolávať silnému krupobitiu. Ak je použité sklo musí byť kalené.

Spôsob inštalácie je daný druhom zvoleného fotovoltaického modulu, môže značne ovplyvniť konečnú cenu montáže fotovoltaického systému.
Nezanedbateľnou funkciou solárnych panelov je ich estetické riešenie. Vhodným začlenením solárnych panelov do plášťa budovy možno dosiahnuť jeho atraktývneho vzhľadu. Prepojené solárne články sú umiestnené medzi dve skla a zatesnené. Pridaním ďalšieho skla vznikne tepelne-izolačný solárný modul do zavesenej fasády. Časté sú i konštrukcie so sklom z prednej strany a zalaminovanou fóliou prípadne zaliatím do priehľadnej hmoty zo strany zadnej.

Zadná strana panelu môže byť tvorená i plechovou či eternitovou nosnou doskou. Panely môžu byť vsadené do pevného hliníkového rámu. Pripojenie panelu do systému sa prevádza vo vodotesnej inštalačnej krabici na zadnej strane, prípadne kábel, ktorý je súčasťou panelu.

Od hore popísanej konštrukcie sa nelíši väčšina štandardných panelov, ktoré sú zostavené z 36 a až 40 článkov a ich menovité napätie je 12 V. V poslednej dobe sa mnoho výrobcov panelov zaoberá vývojom, výrobou a inštaláciou špeciálnych solárnych modulov pre inštaláciu solárnych systémov na budovách. Pozornosť je venovaná hlavne maximálnemu zjednodušeniu inštalácie, zníženie nákladov spojených s inou stavebno-konštrukčnou funkciou prípadne snaha zaujať netradičným a atraktívnym riešením. Napríklad u panelov pre transparentné fasády a skleníky je možné šírkou medzery medzi článkami určiť mieru zatienenia vnútorného priestoru. Životnosť solárnych panelov je minimálne 20 rokov.

4.2 Koncentrátorové fotovoltaické moduly
Koncentrátorové systémy využívajú k sústredeniu slnečného žiarenia na solárnu články šošovky alebo zrkadlové plochy. Fresnelovy lineárne šošovky alebo bodové šošovky umožňujúce koncentráciu 10x až 500x sú spravidla zhotovené z lacného plastu. Pre koncentrátorové moduly sa najviac používajú kremíkové solárne články s malou plochou. Pri použití GaAs solárnych článkov sa dosahuje vyžšia účinnosť a
môžu pracovať pri vyššej teplote, napriek tomu ich cena je omnoho vyššia. Účinnosť modulu je vyššia než 17%. Koncentrátorové články sú zhotovene s účinnosťou 30%.
Zrkadlové plochy sú využívané pre zvýšenie výkonu solárnych panelov a to buď dosiahnutím vyššej intenzity slnečného žiarenia alebo predĺžením doby, po ktorú je panel vystavený slnečnému žiareniu. Koncentrátorové solárne moduly je nutné neustále orientovať k Slnku, tak aby boli solárne články po celú dobu v ohnisku šošoviek. Vyžadujú ku svojej uspokojivej funkcii priame slnečné žiarenie, a preto nie sú vhodné pre oblasti s výskytom difúzneho žiarenia tj. v oblastiach s častou oblačnosťou.

5. Fotovoltaické systémy

Slnečnému žiareniu vystavené fotovoltaické moduly sú schopne dodávať do spotrebičov jednosmerný prúd. Pre ich následné využitie je potreba pripojenia k modulu okrem elektrických spotrebičov, ďalšie technické prvky–napr. akumulátorovú batériu, regulačné zariadenie, menič, sledovač slnka, indikačné a meracie prístroje. Zostava fotovoltaického modulu, spotrebiče a prípadne ďalších prvkov sa nazýva
fotovoltaickým systémom.

Množstvo a skladba prvkov fotovoltaického systému závisí na druhu aplikácie.

5.1 Autonómne systémy - Grid-off
Autonómne systémy sú inštalovane na miestach, kde nieje účelné budovať elektrickú prípojku. Realizácia fotovoltaického systému sa stáva výhodnejšou variantou v prípade, že budúce najbližšie prípojné miesto k rozvodnej sieti je ďalej než 500 až 1000 m ( záleží na typu prípojky). Výkony autonómnych systémov sa pohybujú v intervale 10 - 10 000 wattov špičkového výkonu. V návrhu takto napájaného objektu nemožno zabudnúť zriadenie zvláštnej miestnosti pre akumulátory a prípadne pre spaľovací generátor. U autonómnych systémov je kladený dôraz na minimálne straty energie a na používanie energeticky úsporných spotrebičov. Príklady použitia: horské chaty, samoty, rekreačné objekty, telekomunikačné zariadenia. Tieto systémy sú najviac používané v Austrálii, Francúzku, Taliansku, Španielsku, Švajčiarsku a v USA ( každá z týchto krajín má inštalovaných viac než 2 MWp ku koncu roku 1995). Veľký potenciál sa nachádza v odľahlých oblastiach rozvojových krajinách.

5.1.1 Grid-off systémy s priamym napájaním
Systémy s priamym napájaním sú realizovane všade tam, kde nevadí, že pripojené elektrické zariadenie je funkčné iba v prípade dostatočnej intenzity slnečného žiarenia. Jedná sa iba o prepojenie solárneho modulu a spotrebiča. Čerpanie vody pre závlahu je ukážkou aplikácie systému bez akumulácie el. energie., napájanie
obehového čerpadla solárneho systému pre prípravu teplej úžitkovej vody, napájanie čerpadla okrasné fontánky alebo napájanie ventilátoru pre odvetrávanie uzavretých priestorov .

5.1.2 Grid-off systém s akumuláciou elektrickej energie
Doba, po ktorú je k dispozícií energia zo solárnych panelov väčšinou nieje totožná s dobou, kedy nastáva jej najväčšia spotreba. Z tohto dôvodu sú nenyhnutnou súčasťou autonómnych systémov akumulátorové batérie. Životnosť akumulátorovej batérie silne závisí na spôsobe nabíjania a vybíjania, preto optimálny chod systému je zaistený solárnym regulátorom. K autonómnemu systému možno pripojiť spotrebiče na jednosmerný prúd (napätie systému spravidla 12 nebo 24V), pre bežné sieťové spotrebiče 230V/ ~50Hz napájané cez napäťový menič.

5.1.3 Hybridný Grid-off systém
V zimných mesiacoch je možné získať z fotovoltaického zdroja podstatne menej elektrickej energie než v letných mesiacoch. Preto je nutné systémy s celoročnou prevádzkou a s častým užívaním dimenzovať na zimný chod. Inštalovaný výkon fotovoltaických panelov však v takomto prípade neúmerne narastie a s tým i investičné náklady. Najviac, v letných mesiacoch je potom systém silne predimenzovaný.

Omnoho výhodnejšie je potom z tohoto hľadiska pripojiť k energetickému systému doplnkový zdroj elektrickej energie, ktorý pokryje potrebu elektrickej energie v období s nedostatočným slnečným svitom. Takýmto zdrojom môže byť veterný generátor, spaľovací generátor najlepšie s kogeneráciou (spoločná
výroba elektrickej a tepelnej energie) alebo malá vodná elektráreň.

5.2 Systémy dodávajúce elektrickú energiu do verejnej rozvodnej siete.

Tieto systémy sú najviac uplatňované v oblastiach s hustou sieťou elektrických rozvodov. V prípade dostatočného slnečného svitu sú spotrebiče v budove napájane vlastnou „solárnou“ elektrickou energiou a prípadný prebytok je dodávaný do verejnej rozvodnej siete cez elektromer. Pokiaľ nedostačuje vlastný solárny zdroj k pokrytiu spotreby v budove, je elektrická energia odoberaná cez druhý elektromer z rozvodnej siete. Systém funguje úplne automaticky. Pripojenie k sieti podlieha schvaľovaciemu riadeniu u rozvodných závodov. Špičkový výkon fotovoltaických systémov pripojených k rozvodnej sieti je v rozmedzí jednotiek až stoviek kilowatt. Fotovoltaické panely sú večšinou integrované do obvodového plášťa budov. Dnes predstavujú cca 20% z inštalovaných systémov. Najrozšírenejšie sú v SRN (90%) a
Švajčiarsku (67%).

6.Prvky fotovoltaických systémov

6.1 Prvky autonómnych systémov

Medzi najdôležitejšie prvky patrí okrem solárnych panelov akumulátorová batéria, solárny regulátor a ďalšie elektrotechnické prvky (ističe, poistky, spínače, vodiče, .....). Samozrejme musíme zamerať pozornosť i na spotrebiče, pretože ich vhodnou voľbou môžeme významne znížiť nutné nákupné a prevádzkové náklady. Systémy je možné doplniť o ďalšie zariadenia ako je napäťový menič, sledovač Slnka, meracie
prístroje alebo doplnkový zdroj elektrické energie s nabíjacím zariadením.

6.1.1 Akumulátorová batéria

je určená k skladovaniu elektrickej energie dodanej v našom prípadne fotovoltaickými panelmi. V prípade väčšiny systémov typu grid-off sú ich nevyhnutnou súčasťou. Požiadavka na spotrebu elektrickej energie sa spravidla časovo nekryje s možným prísunom energie z fotovoltaických panelov, nech už v cykle deň/noc alebo v závislosti na ročnom období a na počasí. Na trhu sú ponúkané „solárne akumulátorové batérie“. V podstate sa jedná o batérie najbližšie staničnému a trakčnému typu. Rozhodne sa výrazne odlišuje od batérie štartovacej, preto tento typ nieje pre fotovoltaické systémy vhodný.

Ideálna akumulátorová batérie pre fotovoltaické systémy by mala spĺňať nasledujúce požiadavky:
• minimálne samovybíjanie
• pracuje s dobrou účinnosťou už pri malých nabíjacích prúdoch
• je vhodná pre cyklický chod
• znesie hlbšie vybíjanie
• vyžaduje minimálnu údržbu
• dlhú životnosť
• minimálne zníženie nabíjacích a vybájacich vlastností pri nízkych teplotách
Pre použitie vo fotovoltaických systémoch pripadá v súčasnej dobe do úvahy použitie týchto druhov akumulátorových batérií:
• najviac rozšírené sú batérie olovené
• pre špeciálne aplikácie sú vhodné články alebo monobloky nikel-kadmiové (NiCd), prípadne nikelželezné (NiFe)
• v prípade aplikácie s malým výkonom sa ponúkajú články alebo batérie typu Pb, NiCd, NiMH, Ionlithiové články a nove alkalické nabíjacie články.

Akumulátorové články a batérie?
Základným prvkom je akumulátorový článok, ktorý sa skladá z dvoch elektród
( kladnej a zápornej), elektrolytu, separátoru, pólových vývodu a z puzdra. Akumulátorová batéria vzniká sériovým razením článkov, pričom puzdro a pólové vývody sú spoločné pre všetky články v batérii v prípade monoblokov. Zapojením jednotlivých zapuzdrených článkov vzniká článková batérie.

6.1.2 Regulátory pre grid-off systémy

Solárne regulátory zastupujú mnoho užitočných funkcií vo fotovoltaických systémoch. Životnosť akumulátorovej batérie silne závisí na spôsobe nabíjania a vybíjania, preto optimálny chod systému je zaistený solárnym regulátorom. Hlavnými úlohami sú zamedzenie nešetrného prevádzkovania akumulátorovej batérie, zamedzenie strát energie, maximálneho využitia solárnej energie a predísť poškodeniu alebo zničeniu
niektorej z časti fotovoltaického systému.
Prevádzkové menovité napätia regulátoru je u jednoduchých typov pevne nastavené. Zložitejšie a kvalitnejšie regulátory je možné pripojiť na obe napätia ( 12 i 24 V). Nastavenie prevádzkového napätia na regulátore sa prevádza zmenou prípojok, alebo je dané napätie automaticky nastavené po zapojení regulátoru do systému. Nabíjanie akumulátorovej batérie zo solárnych modulov prebieha plným prúdom až do určitej napäťovej úrovne. Potom dochádza buď k obmedzovaniu nabíjacieho prúdu alebo je nabíjanie úplne prerušené, čo záleží na type regulátoru. Napäťová úroveň pre ukončenie nabíjania je dané napätím batérie, pri ktorom ešte nadmerne neplánuje. U typu s obmedzovaním nabíjacieho prúdu je dosiahnuto vyššieho stupňa nabitia. Nabíjanie, u druhého typu, je opäť začaté po poklese napätia na batérii na stanovenom napätí. Veľmi kvalitné regulátory umožňujú prevádzkovať solárne panely neustále v bode maximálneho výkonu a tak využívať maximum dostupnej energie. Zvlášť u mobilných aplikácií je vhodná ochrana regulátoru proti prepólovaniu. Väčšina regulátorov poskytuje ochranu proti spätnému vybíjaniu batérie cez solárne panely v noci. Túto funkciu plní Shottkyho dióda s malým úbytkom napätia. Dôležitou vlastnosťou solárnych regulátorov je možnosť odpojenia záťaže od akumulátorovej batérie. K odpojeniu dochádza pri nízkom napätí na batérii ( u olovenej batérie typicky 10,5 V) , a tak ju chráni pred hlbokým vybitím. Odpojenie záťaže môže tiež nastať pri prúdovom preťažení alebo v prípade skratu v obvode záťaže. K dispozícií sú i regulátory bez odpojovania záťaže pri nízkom napätí. Regulátory bez odpojenia záťaže sú vhodné do Grid-off systémov s meničom 12 (24V)/230V, 50Hz, pretože tie majú spravidla svoju vlastnú ochranu batérie proti hlbokému vybitiu.

Regulátory môžu obsahovať obvody pre teplotnú kompenzáciu regulačných napätí. Regulátory sú vo všetkých prípadoch vybavené aspoň jednoduchou indikáciou stavu systému pomocou svietivých diód. Potom je ľahké rýchlo skontrolovať približný stupeň nabití batérie a poruchové stavy.
Drahšie regulátory umožňujú zobrazovať na malom zobrazovali nie iba orientačný stav systému, ale taktiež priamo číselné hodnoty napätia a prúdu v systéme.

6.1.3 Menič napätia
V niektorých prípadoch je výhodné prevádzkovať v rámci autonómneho fotovoltaického systému bežné sieťové spotrebiče pre napätie 230 V / 50Hz. V tomto prípade je potreba do systému začleniť napäťový menič, ktorý prevedie jednosmerné napätie ( spravidla 12 nebo 24V) na napätie striedavé 230 V / 50Hz. Nejjednoduhšie napäťové meniče dodávajú na výstupe prúd s obdĺžníkovým priebehom, ktorý sa však nehodí pre všetky spotrebiče. Dostačujúce je pre odporové záťaže. Pre väčšinu bežných spotrebičov sú vhodné meniče s lichobežníkovým priebehom Obrázok č. 9. Kvalitné napäťové meniče majú na výstupe priebeh sínusový
.
Požiadavky na napäťové meniče:
• obecne
• premena musí byť prevedená s dobrou účinnosťou ( 90 -– 95%)
• musí zaisťovať bezpečný chod
• ľahká kontrola stavu
• vhodný je automatický chod
• minimálny kľudný odber v nezaťaženom stave
• na vstupní strane
• menič musí byť schopný pracovať v rozsahu kolísania napätia na batérii
• musí zaisťovať ochranu akumulátorovej batérie proti hlbokému vybitiu
• menič musí byť odolný proti prepólovaniu vstupných svoriek
• odolnosť proti preťaženiu na vstupe meniča
• na výstupnejstrane
• priebeh výstupného prúdu musí odpovedať danej aplikácii
• je požadovaná stabilita veľkosti napätia a kmitočtu
• menič musí zniesť krátkodobé preťaženie – až 1,5 násobok menovitého výkonu
• odolnosť proti skratu.

6.2 Prvky grid-on systémov

Sieťový menič prevádza jednosmerný prúd dodávaný fotovoltaickými panelmy na prúd striedavý 230V / 50Hz a hlavne musí byť schopný spolupracovať s rozvodnou sieťou. Okrem tejto základnej funkcie musí každý sieťový menič splniť aj ďalšie dôležité funkcie ochranné a bezpečnostné, bez nich by nebolo povolené pripojenie systému k rozvodnej sieti. Medzi najdôležitejšie patrí automatické odpojenie meničov pri poklesu napätia siete alebo pri výpadku, skratová ochrana, ochrana pred atmosférickými výbojmi. Meniče musia splňovať prísne normy ohľadne kvality dodávanej energie. Činnosť meničov je zaistená digitálnym riadiacim systémom.

Niektoré z meničov umožňujú zobrazenie a prípadne i záznam prevádzkového stavu a systémových veličín – napr. prúd a napätie, výkon, teplotu, množstvo dodanej energie .... . K meničom je možné pripojiť PC pre kvalitnejšie zobrazenie a analýzu nameraných hodnôt.

6.3 Vlastnosti fotovoltaických systémov

Elektrická energia, ktorú ide získať z fotovoltaického zdroja je značne premenná v závislosti na dennej dobe, ročnej dobe a na oblačnosti. Z dlhodobo meraných hodnôt intenzity slnečného žiarenia na niekoľkých lokalitách v ČR, ide odvodiť dostatočne presné údaje potrebné pre výpočet energetickej bilancie fotovoltaických systémov. Jeden meter štvorcový solárneho modulu s monokryštalickými článkami má výkon 110 WP pri štandardnom osvetlení 1000 Wm-2 a slnečnom spektru AM 1,5. Z tejto plochy je možné behom jedného roku získať 60 – 80 kWh elektrickej energie ( hodnoty uvádzané pre systémy pripojené k sieti). Priemerné hodnoty elektrickej energie [Wh/den], ktoré ide získať ku spotrebe behom jedného dňa zo solárneho panelu s výkonom 110 WP podľa mesiaca je v nasledujúcej tabuľke:

Spolupôsobiaca fasáda v Solar centre Frankfurt, čiastočný rez fasádou (www.szklarska.poreba.pl )

8. Záver:
Referát podáva informácie o mimoriadne rýchlom vývoji fotovotaiky. Tento odbor zahrňuje širokú oblasť priemyslu a služieb, od výroby „solárneho“ kremíku, jeho rezanie na plátky, cez výrobu solárnych článkov a panelov až po inštaláciu fotovoltaických sys. A ich prevádzkovanie, alebo po výrobu elektrických spotrebičov obsahujúcich solárny panel ako zdroj elektriny. Patrí medzi najrýchlejšie rastúce obory posledných rokov. Príspevok zdôvodňuje, prečo práve fotovoltaické zdroje elektriny sa stanú jednou z výrazných alternatív neobnoviteľných zdrojov energie.

Výhody:
• pri malých plochách mobilita
• žiadna produkcia škodlivín
• dá sa používať skoro všade
• ľahko dostupné suroviny na výrobu
• môže pracovať plne automaticky
• pri vzdialenej elektrickej prípojke (viac než 2 km) je efektívnejšie stavať elektráreň s akumulátormi a záložným dieselagregátom než stavať prípojku

Nevýhody:
• vysoká cena fotovoltických článkov
• nízka účinnosť
• rôzny výkon počas dňa
• nefunkčnosť v noci
• elektráreň s vyšším výkonom zaberá veľkú plochu
• citlivosť na poveternostné podmienky

Fotovoltická elektráreň s maximálnym výkonom 4 kW zaberie plochu asi 50 m2, pričom cena za jej výstavbu je asi 2 230 000 slovenských korún. Investičné náklady na jeden watt sú teda 557,5 slovenských korún. Účinnosť fotovoltickej elektrárne je podľa použitého fotočlánku 9% až 25%.

Účinnosť závisí aj od vonkajších podmienok (teplota vzduchu). Životnosť elektrárne je 15 až 25 rokov.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v európskych podmienkach, ich navrhovanie a využitie