Keď slnko roztočí elektromer

Celoeurópska snaha o zníženie negatívnych vplyvov našej civilizácie na životné prostredie sa konečne začína prejavovať aj u nás – záväzky Slovenska voči Európskej únii vyústili do reálnej podpory využívania energie, ktorá je „zadarmo“ a nepodpisuje sa negatívne na našom životnom prostredí. Pokiaľ sa hovorí o energii slnečnej, nemusí ísť len o známe solárne kolektory na ohrev vody. Zaujímavou možnosťou, ako sa správať ekologicky, sa pomaly stáva aj fotovoltika. Pomocou solárnych článkov môžete vyrábať energiu, dodávať ju do rozvodnej siete a dostanete za ňu zaplatené podstatne viac, než vás bude stáť tá, ktorú zo siete odoberiete (platí od septembra 2009).

Galéria

Princíp fotovoltiky

Fotovoltika je súbor technológií, ktoré s využitím polovodičových materiálov premieňajú slnečné svetlo (fotóny) na elektrinu. Proces energetickej premeny je priamy, bez medzistupňov, a neuvoľňujú sa pri ňom žiadne skleníkové plyny ani častice. Fotóny zo slnečného žiarenia dopadajú na vhodný polovodičový materiál (väčšinou kremík) a pri dopade uvoľnia z jeho kryštalickej mriežky voľné elektróny. (Na ich mieste ostanú tzv. diery.) Tok voľných elektrónov je potom potrebné usmerniť tak, aby prešli elektrickým obvodom a vydali energiu získanú z fotónov skôr, než budú opäť pritiahnuté do voľných dier.

Fotovoltická elektráreň dokáže vyrobiť energiu aj vtedy, keď nesvieti slnko. Ak je zamračené, jej výkon síce klesne, ale solárne panely dokážu premeniť aj energiu bežného rozptýleného svetla. (Fronius)

Ako funguje finančná podpora?

Od septembra u nás funguje takzvaný tarifný systém: Do stavby fotovoltickej elektárne musíte investovať vlastné prostriedky, vyrobenú energiu však budete predávať do siete drahšie, než ju kupujete. Nejde však o finančnú podporu zo štátneho rozpočtu, štát len vytvára podmienky na výhodnejšie využívanie slnečnej energie. Rozdiel medzi bežnou trhovou cenou elektrickej energie a výkupnou cenou energie vyrobenej vo fotovoltickej elektárni (FVE) zaplatí distribučná sieť, ktorá energiu odoberie (Západoslovenská, Stredoslovenská alebo Východoslovenská energetika). Distribútor potom vytvorí takzvaný energetický mix, ktorý dodáva spotrebiteľom a ktorého cena je zložená z cien energie vyrobenej v rôznych typoch elektrární. Keďže podiel energie vyrobenej vo FVE bude ešte po mnoho rokov zanedbateľný, aj vplyv vysokej ceny tejto energie na konečnú cenu pre spotrebiteľa bude minimálny. Napríklad Nemci majú dnes viac ako 11 GW inštalovaného výkonu FVE, ktoré ročne vyrobia 4 milióny MWh. Toto množstvo predstavuje iba 0,7 % z celkovej spotreby elektrickej energie v Nemecku.

Existujú však aj iné systémy podpory solárnej energie – napríklad v Rakúsku sa dá využiť priama finančná podpora, pri ktorej sa preplatí časť obstarávacích nákladov. Majiteľ FVE potom vyrába elektrinu najmä pre vlastnú spotrebu a nespotrebované prebytky dodáva do siete za bežnú trhovú cenu. Pre rodinné domy je však výhodnejšia tarifná podpora – najviac energie sa tu totiž spotrebuje ráno a večer, teda v čase, keď sa jej vo FVE vyrobí najmenej. A ako je známe, skladovať energiu je problematické, preto je pre domácnosti výhodnejšie dodávať fotovolticky vyrobenú energiu do distribučnej siete a energiu pre vlastnú potrebu zo siete zasa odoberať.

Fotovoltická elektráreň

Solárna elektráreň pozostáva z určitého počtu solárnych panelov (celková plocha sa určí podľa požadovaného výkonu), kabeláže a ďalších istiacich a pomocných prvkov. Keďže panely produkujú jednosmerný prúd, potrebný je tiež striedač, teda menič jednosmerného prúdu na bežný, striedavý.
Podľa zapojenia môže FV elektráreň:
• pracovať v samostatnom režime (tzv. ostrovné systémy), keď sa energia produkuje len pre vlastnú potrebu. Typickým príkladom sú horské chaty alebo karavany, teda miesta, kde nie je elektrická sieť. Elektrická energia sa tu skladuje v batériách;
• byť pripojená do elektrickej rozvodnej siete. Systémy, ktoré dodávajú prúd do siete v Európe dominujú, na strechách rodinných domov sa najčastejšie využívajú FVE s kapacitou 1 až 5 kWp. Pripojenie do siete zvyčajne zabezpečujú dva elektromery – jeden meria slnečnú elektrinu dodávanú do siete a druhý elektrinu, ktorú domácnosť zo siete odoberá.

Foto: Soleg

Panely sú základ

Samotné solárne panely na elektráreň síce nestačia, pre fotovoltickú výrobu elektrickej energie sú však základom. Premena slnečnej energie na energiu elektrickú sa deje v polovodičových vrstvách FV panelov – modulov (tie sú zložené z rôzneho počtu článkov), tvarovo podobných solárnym kolektorom. Najčastejšie používaným materiálom na výrobu FV článkov je kryštalický kremík, alternatívou k mono- alebo polykryštalickému kremíku sú tzv. tenkovrstvové technológie, založené na báze chemických zlúčenín (napríklad kadmium-telúr), ktoré sa nanášajú na podklad.

Jediným limitujúcim faktorom umiestnenia FV panelov je vhodná orientácia – najlepšie na juh, s odchýlkou najviac 50° na východ alebo západ. Možno využiť i plochy s odlišnou orientáciou a sklonom, účinnosť elektrárne však bude o niekoľko percent nižšia. Ideálne naklonenie FV panela v našej zemepisnej šírke je asi 35° k vodorovnej rovine. Praktické a bezpečné je využiť na slnečnú elektráreň strechu domu. V tomto prípade nie je potrebné ani stavebné povolenie.

Fotovoltické panely môžu byť na strechách, fasádach budov alebo na zemi – treba nájsť vhodné umiestnenie tak, aby straty oproti ideálnemu výkonu boli čo najnižšie. (Soleg)

Súvislosti medzi cenou, účinnosťou a plochou

Hoci je kremík najrozšírenejší prvok na Zemi, jeho spracovanie do formy polovodiča je technologicky náročné, z čoho vyplýva aj pomerne vysoká cena FV modulov. Výroba monokryštalických modulov z čistého kremíka je energeticky aj finančne najnáročnejšia, pracujú však s najvyššou účinnosťou – 14 až 19 %. (Ak na 1 m² ideálne naklonenej plochy dopadne za rok 1 000 kWh slnečnej energie, panel s 15 % účinnosťou ju premení na 150 kWh elektrickej energie.) Nielen účinnosť, ale aj cena takýchto modulov je najvyššia – asi 2,2 až 3 €/W. Technologicky odlišná výroba polykryštalických modulov má za následok ich mierne nižšiu účinnosť, obstarávacia cena jedného inštalovaného kW však ostáva približne rovnaká.

Základnou jednotkou fotovoltických systémov na báze kremíka sú články (solar cells), ktoré sa spájajú do modulov (panelov). Typická zostava s výkonom 1 kW obsahuje niekoľko modulov s celkovou plochou 6 až 12 m², pričom na strechu rodinného domu sa bežne inštaluje asi 3 až 5 kW. (Joyce)

Tenkovrstvová technológia je síce lacnejšia (asi 1,6 až 2,4 €/W), takéto panely však majú nižšiu účinnosť (od 5 do 11 %), takže na výrobu 1 kWh elektrickej energie je potrebná väčšia plocha. Záleží teda na situácii – ak chcete FV panely umiestniť napríklad na strechu rodinného domu, máte k dispozícii obmedzenú plochu a vhodnejšie tu budú drahšie, kremíkové panely, ktoré využijú slnečné žiarenie najúčinnejšie. Ak však máte plochy dostatok, môžete dosiahnuť najvýhodnejšiu cenu inštalácie s rovnakým výkonom pomocou tenkovrstvových panelov s väčšou celkovou plochou. Podľa účinnosti sa plocha panelov na 1 kW inštalovaného výkonu môže pohybovať asi od 6 do 12 m². –>

Oplatí sa to?

Návratnosť investície do FVE sa pri malých inštaláciách, aké sú bežné na rodinných domoch, odhaduje približne na 8 až 12 rokov (záleží napríklad na polohe v rámci Slovenska, orientácii panelov a podobne). Náklady na inštaláciu 1 kW sa pohybujú od 3 300 do 4 000 € v závislosti od technológie a výrobcu. Takáto inštalácia u nás za rok vyrobí v závislosti od lokality 900 až 1 100 kWh.

Výroba elektrickej energie zo slnečného žiarenia za pomoci solárnych panelov bola donedávna vnímaná ako ekologická, ale komplikovaná a pomerne nevýhodná cesta. Dnes sa situácia mení a fotovoltika sa stáva nielen ekologicky, ale aj ekonomicky výhodnou. (Generm)

Životnosť FV panelov, udávaná výrobcami, je okolo 25 rokov, niektoré inštalácie v Taliansku fungujú dokonca už 40 rokov. Ich výkon síce časom klesá (za 25 rokov poklesne asi o 20 %), ročný pokles asi o 0,8 % však nie je žiadnou tragédiou. Asi za 10 rokov sa vložená investícia vráti, a ešte ďalších 5 rokov platí štátom garantovaná výhodná výkupná cena. Aj potom však bude elektráreň produkovať energiu – minimálne ďalších 10 rokov. Možno predpokladať, že cena elektrickej energie bude stúpať, takže sú to dobre investované peniaze. Ďalšou výhodou je aj to, že táto technológia je prakticky bezúdržbová a nepotrebuje ďalšie náklady na prevádzku – nemusíte prikladať, kupovať uhlie ani tankovať naftu, stačí, keď svieti slnko. Panely spravidla netreba umývať – o to sa postará dážď. Po niekoľkých rokoch sa môže stať, že sa na spodnej časti rámu panela usadí tenká vrstva prachu a hliny, tú je dobré potom zotrieť.

TEXT: Erika Kuhnová v spolupráci s RNDr. Karolom Galekom, Generm, s. r. o.
FOTO: Generm, Joyce, Reynaers, Soleg
Zdroj: Všetko o stavbe energeticky úsporného domu, 2010, JAGA GROUP, s.r.o.