Jak vybrat solární elektrárnu – panely, střídač, baterie
Slunce je neomezeným zdrojem obnovitelné energie, a právě díky tomu mohou existovat solární elektrárny přinášející šetrnější způsob výroby elektřiny. V oblasti udržitelnosti a ekologie má velký význam, kromě toho přináší mnoho dalších výhod. Solární elektrárna je zařízení poměrně složité, ale v článku si popíšeme jednotlivé komponenty a porozumíte, jak solární elektrárnu vybrat.
Co je solární elektrárna a jak funguje
Solární, nebo také fotovoltaické elektrárny jsou panely či systém panelů sloužících k přeměně slunečního záření na elektrickou energii. Každý panel obsahuje fotovoltaické články, přesněji polovodičové elektronické křemíkové součástky. Tyto články zachytávají záření a přeměňují jej na energii pomocí fotovoltaického jevu.
Fotovoltaický jev je podmnožinou fotoelektrického jevu, kdy foton dopadne na povrch a uvolní z obalu atomu elektron zachycený v napařené vrstvě na křemíku a vzniká PN přechod. V křemíku tak vzniká kladný a v druhé vrstvě záporný nadbytek, což má za výsledek vznik napětí.
Typy solárních panelů
Na trhu můžete najít mnoho různých druhů fotovoltaických panelů. Hlavním rozdělením jsou tři základní typy, a to monokrystalické, polykrystalické a amorfní panely.
Monokrystalické panely
Monokrystalický panel se vyrábí řezáním tenkých plátků monokrystalu. Jeho výroba je náročnější, což implikuje i vyšší cenu. Na druhou stranu poskytuje vysoký výkon a účinnost kolem 20 %. Je vhodný na místa s dobrým přístupem přímého slunečního záření a s dobrou orientací vůči slunci, kdy také funguje nejlépe. Může být využit na menších plochách a vyznačuje se černou barvou.
Polykrystalické panely
Polykrystalický solární panel vytváří články řezáním více křemíkových krystalů, díky čemuž je možné využít zbytky z výroby monokrystalických panelů. Je levnější a jeho účinnost nižší, stále se však pohybuje kolem 15-17 %. Jeho výhodou je dobré zachytávání difúzního světla, odraženého světla a záření příchozího z ostrých úhlů. Zároveň tak umožňuje energii zpracovávat větší část dne. Lze jej rozpoznat díky modré barvě.
Amorfní panely
Poslední, amorfní typ, spadá mezi tenké vrstvy popisující polovodivou látku napařovanou na pevný povrch, jako je sklo či kov. Oproti předchozím typům disponuje mnohem menší hmotností a tenkou tloušťkou, což se pak odráží na efektivitě. Ta má v tomto případě 11 %, proto je pro dosažení stejné účinnosti jako v předchozích případech potřeba mnohem větší plocha. Na druhou stranu jej lze velmi snadno instalovat, k přehřívání nedochází tak snadno a dá se vrstvit pro zachytávání dalších vlnových délek. Díky své hmotnosti najde využití ve velkých komplexech budov a menších domků s křehčí konstrukcí. Taktéž se využívá v místech s horší orientací ke slunci.
Výkon solárních panelů
Jedním z důležitých parametrů u fotovoltaických panelů je výkon fve (fotovoltaické elektrárny) popisující informaci o výkonu při nejlepším umístění panelu za plného svitu slunce. Tato hodnota se měří ve Wp.
U kvalitních panelů se výkon pohybuje kolem 400-500 Wp. V domácím prostředí se nejčastěji pohybuje výkon FVE kolem 5,5 kWp (kilowatt-peaků) při použití 12 solárních panelů, za rok tak vyrobíte přibližně 5-6 MWh elektřiny. To vše je určené umístěním, sklonem elektrárny, nadmořskou výškou či počtem slunečných dnů za rok.
Účinnost solárních panelů
Další podstatnou informací u fotovoltaiky je vedle výkonu panelů jejich účinnost. V dnešní době účinnost článků při nákupu přesahuje 21 % a ročně se zvyšuje o přibližných 0.6 procent. Maximálně můžeme dosáhnout hodnoty až 34 procent vzhledem k fyzikálním zákonitostem. Aktuálním reálným předpokladem do budoucna je dosažení účinnosti až 26 % pomocí přesunutí kontaktů určených k odvádění energie do spodní části desky.
Po instalaci fotovoltaické elektrárny klesne účinnost kvůli postupnému klesání výkonu za 40 let o přibližně 20 % v závislosti na typu panelu. Poté se dají využít dále, v dnešní době mnoho lidí odkupuje tyto systémy díky jejich nízké ceně.
Teplotní koeficient
Teplotní koeficient fve udává změnu výkonu panelu ve chvíli, kdy se teplota o 1 procento zvýší. Nejnižším poklesem výkonu se může pyšnit amorfní typ panelu, přibližně o 0.2 %/°C. V případě monokrystalických a polykrystalických je pokles dvakrát vyšší.
Během zimy panely stále zvládají vyrábět energii, avšak v menší míře než jindy. Týká se to především měsíců listopad, prosinec a leden. Teplotní koeficient panelů je totiž záporný, proto s klesající teplotou stoupá napětí a klesá výkon. Stejné je to ale i v horkých letních dnech. Nejlepší účinnosti se fve dočkají především na jaře.
Co je střídač
FVS (fotovoltaický systém) disponuje několika základními komponenty. Jedná se o nosné konstrukce, FV panely, ochranné jistící prvky, akumulátory, regulátory nabíjení, střídače/měniče, spojovací elektroinstalační materiál a další.
Střídač je přístroj převádějící stejnosměrné napětí na střídavé za pomocí tranzistorů. Pomocí nich se proud za sekundu vypíná a zapíná až 20 tisíckrát. Díky tomu je možné pomocí transformátoru zvýšit výstupní napětí. V dnešní době mají účinnost až 95 %. Využívají se v širším pracovním rozsahu, ale i v těch menších, kde má střídač k dispozici část maximálního výstupního výkonu. Rozlišujeme dva druhy střídačů.
Izolovaný střídač (ostrovní solární systém) vytváří střídavý proud určený izolované síti. Je oddělená od rozvodové veřejné sítě, neřešíme frekvenci ani napětí.
Druhým typem je střídač pro paralelní sítě, neboli on-grid, určený pro fotovoltaická zařízení v rozvodné síti, kde je třeba nastavit frekvenci i napětí sítě. Výsledný elektrický proud se po přifázování posílá synchronně se sítí. Existují také hybridní střídače kombinující funkčnost dvou základních typů.
Některé střídače disponují ochranou proti zkratu. Při detekci se vypne a zabrání tak poškození dalších součástí systému. Pokud dojde k přetížení, střídač odpojí zařízení a zajistí tak jeho ochranu.
Baterie
Dalším komponentem je baterie solárního panelu. Dnes je nejčastěji využívaným elektrochemický akumulátor pro opakované nabíjení. Uvnitř je pomocí chemického pochodu ukládána elektrická energie. Využívají se olověné akumulátory, nikl-kadmiové akumulátory, nikl-metalhydridové akumulátory a lithium-inotové akumulátory.
Z výše zmíněných typů nachází v solárních systémech uplatnění nejvíce lithium-iontové baterie. Určitě znáte zkratku Li-Ion, užívanou nejčastěji ve spojitosti s mobilními telefony. Proti starším olověným akumulátorům vynikají vyšší životností a menšími rozměry.
Důležitým parametrem u akumulátoru je kapacita, která označuje, kolik elektrického proudu je možné odebrat pro úplné vybití. Označuje se v ampérhodinách (Ah).
Životnost solární elektrárny
Fotovoltaika se s časem vylepšuje ve všech ohledech. I přes postupně klesající výkon je ve většině výrobci garantována životnost 25 let na 80% jmenovitého výkonu. Samotná životnost panelu pak bývá kolem 35-40 let.
Důležitým faktorem jsou také povětrnostní podmínky. Panely bývají testovány na krupobití s průměrem 25 mm a rychlosti 80 km/h. Intenzivnější nápor by pak nutně nemusely zvládnout. Materiál je zatěžován i v případě neustálého deště či naopak svitu slunce. Systémy jsou však mnohem odolnější než dříve a tyto problémy se projevují v řádu desítek let.
Dotace na solární elektrárnu
Fotovoltaika je oblíbená také z důvodu finančních úspor a dotačnímu programu, díky kterému lze získat až 50 % realizačních nákladů na instalaci solárního systému. Na jeden rodinný dům lze získat v roce 2022 až 205 tisíc korun. Jedná se o program Nová zelená úsporám, kam je nutné podat žádost buď samostatně, nebo s pomocí distributorů elektřiny, kteří tuto možnost nabízí.
Na dotaci má nárok vlastník nemovitosti, a to ať už již existujícího domu, tak stavebník nového. Může se jednat o objekt určený k trvalému pobytu i o rekreační místo a umístění panelu je možné volit na střeše či fasádě, ale i jiných objektech jako je garáž či pergola, nebo dokonce i na pozemních konstrukcích. Podmínkou je mimo jiné určení, tedy k získání dotace lze elektrárnu využít pouze pro pokrytí vlastní spotřeby, ne pro prodej do dalších elektrických sítí.
Kromě velkých systému samozřejmě můžete využít ostrovní solární systémy určené pro napájení menších spotřebičů a případnému ukládání energie. Díky tomu může využívat obnovitelné zdroje energie téměř každý.
