Fotovoltika predstavuje jeden z najefektívnejších spôsobov výroby elektrickej energie zo slnečného žiarenia. Tento systém využíva slnečné svetlo na výrobu elektriny prostredníctvom solárnych panelov a ďalších komponentov. V posledných rokoch sa fotovoltika stáva pevnou súčasťou nielen domácností, ale aj priemyselných objektov a komerčných budov. Dôvodom sú tak nižšie náklady na investície do solárnych technológií, ako aj rastúce ceny energií a vyššie povedomie o ekologickom správaní sa spotrebiteľov.

Solárna energia prináša množstvo výhod. Okrem toho, že je nevyčerpateľná a šetrná k životnému prostrediu, pri správnej inštalácii výrazne znižuje náklady na elektrinu. Solárnu energiu je možné skladovať alebo ju efektívne distribuovať v rámci elektrickej siete. V nasledujúcich riadkoch sa sústredíme na to, ako funguje fotovoltika, aké faktory ovplyvňujú jej výkon, aké sú jej prínosy z hľadiska hospodárnosti a ochrany životného prostredia, ale načrtneme aj perspektívy budúceho vývinu tejto skvelej technológie. Ešte predtým však pootvorme malé jazykové okienko.

Neraz sa stretávame s nespisovnou podobou slova „fotovoltaika“. Správny výraz v slovenčine je fotovoltika, pričom tento termín bol spracovaný vo viacerých slovníkoch cudzích slov a používa sa v odbornej literatúre aj legislatívnych dokumentoch. Napriek tomu sa nespisovný výraz „fotovoltaika“, ktorý sa zrejme vyvinul z anglického podstatného mena photovoltaics, často vyskytuje na internete a stal sa súčasťou bežnej komunikácie.

Fotovoltika je v súčasnosti takým rozšíreným fenoménom, že odpoveď na otázku, na akom princípe pracuje, je čitateľovi zrejme rovnako známa ako výsledok násobenia dvoch dvojok. Predsa však považujeme za vhodné spomenúť, že fotovoltické panely premieňajú slnečné svetlo na elektrickú energiu pomocou fotoelektrického javu. Keď slnečné žiarenie dopadne na polovodičový materiál (najčastejšie kremík), spôsobí uvoľnenie elektrónov a vznik elektrického prúdu.

Výber vhodného typu fotovoltických panelov závisí od dostupného priestoru na streche či fasáde, rozpočtu a požadovaného výkonu systému. Podľa typu použitého materiálu rozlišujeme štyri základné druhy fotovoltických článkov. Monokryštalické panely majú vyššiu účinnosť (15 – 22 %) a dlhú životnosť, čo sa odráža na vyššej nákupnej cene. Polykryštalické panely sú cenovo dostupnejšie, ich účinnosť sa ale pohybuje iba medzi 13 – 17 %. Účinnosť flexibilných a ľahkých tenkovrstvových panelov je dokonca ešte nižšia – maximálne 12 %. Perovskitové panely predstavujú novú generáciu solárnych panelov. Ich účinnosť prekračuje 25 %, sú lacnejšie na výrobu a majú priaznivé fyzikálne vlastnosti. Navyše majú potenciál na ďalšie vylepšenia.

Základný fotovoltický systém sa skladá z viacerých komponentov. Solárne panely zachytávajú slnečné žiarenie a generujú jednosmerný prúd. Menič (tzv. invertor) premieňa jednosmerný prúd na striedavý, ktorý sa bežne používa v obytných alebo pracovných priestoroch. Batérie, ktoré uchovávajú elektrickú energiu na neskoršie použitie, sú užitočnou súčasťou hybridných systémov a nevyhnutnou súčasťou off-gridových systémov. Ďalšie súčiastky pomáhajú efektívne riadiť tok energie a zabraňovať preťaženiu systému.

Podľa spôsobov pripojenia fotovoltického systému k distribučnej sieti rozoznávame tzv. on-gridový, off-gridový a hybridný systém. Poďme si teda rozobrať postupne jednotlivé systémy. 

On-gridový systém je pripojený k distribučnej sieti, čo umožňuje predaj prebytočnej energie späť do siete. 

Off-gridový systém funguje nezávisle od elektrickej siete, preto vyžaduje batériové úložisko na uskladňovanie energie. 

Hybridný systém kombinuje výhody oboch spomenutých systémov. Umožňuje používateľom spotrebovať solárnu energiu bezprostredne po vyrobení alebo ju ukladať do batérií na neskoršie použitie, zároveň však môžu energiu zo siete čerpať ako záložný zdroj. Práve preto hybridná fotovoltická elektráreň zabezpečuje vyššiu energetickú nezávislosť a efektívnejšie riadenie spotreby elektriny.

K najnovším trendom vývoja technológií súvisiacich s fotovoltickými zariadeniami patrí zavádzanie bifaciálnych solárnych panelov na bežný trh, integrácia solárnych článkov so stavebnými materiálmi, ale aj sprístupňovanie tzv. smart grid technológií širokej verejnosti.

Bifaciálne panely dokážu zachytávať slnečné žiarenie nielen na prednej, ale aj na zadnej strane vďaka odrazenému svetlu od zeme, strechy alebo iných povrchov. Ich výkon môže byť o 5 – 30 % vyšší v porovnaní s monofaciálnymi panelmi. Tieto panely sú účinnejšie v prostredí s vysokým odrazom svetla (napr. na svetlých povrchoch, snehu alebo pri použití špeciálnych reflexných fólií) a získavajú viac energie aj pri difúznom žiarení alebo pri slabom osvetlení. Disponujú navyše vyššou mechanickou odolnosťou, sú menej náchylné na nepriaznivé vplyvy prostredia a majú nižší degradačný faktor. Napriek vyššej cene je ich inštaláciou možné dosiahnuť rýchlejšiu návratnosť počiatočnej investície, a to najmä vďaka ich vyššiemu výkonu v porovnaní s klasickými panelmi.

Integrácia solárnych panelov do stavebných materiálov prináša estetickú a priestorovú úsporu, keďže panely nahrádzajú tradičné strešné krytiny či fasádne prvky. Znižujú stavebné náklady, pretože plnia dvojitú funkciu – ochranu budovy aj výrobu energie. Panely zlepšujú tepelnú izoláciu, čím znižujú spotrebu energie na vykurovanie a chladenie. Budovy s integrovanými panelmi sú energeticky efektívnejšie a môžu dosiahnuť vyššiu sebestačnosť. Osloviť dokážu najmä záujemcov, ktorí hľadajú ekologické a súčasne elegantné riešenia výstavby. 

Smart grid technológie zabezpečujú spoľahlivú a efektívnu distribúciu solárnej energie a jej optimálne využitie. Tieto inteligentné siete dokážu v reálnom čase analyzovať výrobu a spotrebu elektriny, čím vyvažujú riadenie energie a znižujú straty pri jej prenose. Prepojenie fotovoltických systémov so smart grid infraštruktúrou umožňuje dynamické prispôsobenie dodávky elektriny aktuálnej potrebe používateľov, čím sa zvyšuje stabilita siete. Navyše podporujú obojsmernú komunikáciu medzi výrobcom a spotrebiteľom, čo vedie k efektívnejšiemu manažmentu prebytkov a ich využitiu v čase vyššieho dopytu.

Fotovoltika je jedným z najperspektívnejších obnoviteľných zdrojov energie. Vďaka neustálemu technologickému pokroku sa stáva čoraz dostupnejšou a efektívnejšou. Okrem finančných úspor ponúka aj environmentálne výhody a možnosť energetickej nezávislosti.

Oplatí sa investovať do solárnej energie? Ak hľadáte dlhodobé úspory, zníženie uhlíkovej stopy a energetickú sebestačnosť, odpoveď je jednoznačne: áno. Či už pre domácnosti alebo podniky, fotovoltické systémy sú ideálnym aktívom a investíciou do udržateľnej budúcnosti.

FAQ

1) Ako fotovoltika vyrába elektrinu zo slnka?

Slnečné lúče dopadajú na fotovoltický panel, kde sa svetelná energia mení na jednosmerný prúd (fotoelektrický jav) a následne sa premení na striedavý prúd, ktorý v domácnosti bežne používate.

2) Čo je najbežnejší typ riešenia pre domácnosti?

Nejbežnejšie riešenie fotovoltiky pre domácnosti je on-grid riešenie – fotovoltika je priamo napojená na verejnú distribučnú sieť.

3) Čo sa stane s elektrinou, ktorú doma hneď nespotrebujem?

Pri on-grid riešení ide nespotrebovaná elektrina do siete. Niektoré riešenia majú možnosť uložiť ju do Virtuálnej batérie a využiť neskôr (napr. v noci).

4) Ako zvýšim vlastnú spotrebu (a teda úžitok) z fotovoltiky?

Odporúčanie je presúvať spotrebu na deň – používať cez deň napr. práčku, sušičku, umývačku, žehličku a pod.

5) Z čoho sa skladá fotovoltická elektráreň?

Hlavné časti fotovoltiky: panely, (pri niektorých riešeniach) výkonové optimizéry, nosná konštrukcia, striedač (menič), monitoring, elektromer a prepojenia/ochrany (istiace prvky, smartmeter).

6) Aké typy solárnych panelov existujú a ktoré sú najefektívnejšie?

Uvádzajú sa 3 typy: monokryštalické, polykryštalické a amorfné (tenkovrstvové). Za najefektívnejšie sa označujú monokryštalické (až 23 %), polykryštalické okolo 20 %, amorfné približne 12 %.

7) Prečo ľudia často volia monokryštalické panely?

Podľa článku majú výhodu, že vďaka vyššej efektivite a schopnosti podať výkon aj pri slabšom slnku zaberú menej miesta na streche než polykryštalické.

8) Aká je životnosť fotovoltických panelov a čo údržba?

Životnosť monokryštalických panelov je výrobcom garantovaná minimálne 25 rokov, majú minimálnu údržbu a pokles výkonnosti je menej ako 0,5 % ročne.

9) Ovplyvní jeden zatienený panel výkon celej elektrárne?

Pri riešení s optimizérmi majú ostatné panely pracovať na plný výkon, aj keď jeden panel „vypadne“ kvôli zatieneniu; bez optimizérov sa môže znížiť výkon aj ostatným panelom.