Fotovoltaika a fotovoltaický princíp

Slnečnú energiu je možné vďaka dostupným technológiám používať na výrobu tepla (fototermika) alebo elektrickej energie (fotovoltaika).

Fotovoltaika je spôsob vyrábania elektrickej energie premenou slnečného žiarenia na jednosmerný elektrický prúd pomocou polovodičov, ktoré vykazujú fotovoltaický jav. Je to priama premena svetla na elektrinu na atómovej úrovni. Niektoré materiály vykazujú vlastnosti, ktorým sa hovorí fotoelektrický efekt, ktorý spôsobuje, že tieto materiály absorbujú fotóny zo svetla a uvoľňujú elektróny. Výsledkom ich zachytenia a usmernenia je elektrický prúd.

Fotovoltaická energia je pravdepodobne tá najčistejšia a najbezpečnejšia metóda výroby elektrickej energie. Fotovoltaika má početné prínosy pre životné prostredie: nezaťažuje ho, je to tichý spôsob získavania elektiny, solárne články vyžadujú len malú údržbu a ako domáci zdroj elektriny vyrába bezpečne elektinu a domácnosti sa tak stanú úplne nezávislé na dodávateľoch.

Tento spôsob generovania elektrickej energie využíva solárne panely zostavené zo solárnych článkov obsahujúcich fotovoltaický materiál. Medzi materiály, ktoré sa v súčasnosti používajú vo fotovoltaike patrí monokryštalický kremík, polykryštalicky kremík, amorfný kremík, telurid kadebnatý a sírovodík.

Najdlhšie používaný a tiež najrozšírenejší materiál na výrobu fotovoltaických článkov je však kremik. Narozdiel od iných materiálov sa netreba obávať jeho vyčerpania pretože sa nachádza takmer všade. Je to štvrtá najpoužívanejšia surovina na svete, na výrobu solárnych panelov sa však využíva približne iba 1 % z tohto množstva. Používa sa v niekoľkých podobách.

História fotovoltaiky

Vzhľadom na rastúci dopyt po obnoviteľných zdrojoch energie zaznamenala výroba solárnych článkov a fotovoltaických polí značny posun v pred a to najmä v posledných rokov. Prvý krát bol fotovoltaický jav objavený v roku 1839 Edmundom Bequerelom, ktorý si všimol, že pôsobením slnečného žiarenia je pri určitých elektrochemických konfiguráciách možné vyrábať elektrickú energiu.

Fotovoltaický jav sa však začal využívať pre priamu premenu energie slnečného žiarenia na elektrickú energiu až v roku 1954. História praktického použitia fotovoltaických článkov sa začína v USA pre potreby kozmického výzkumu.Využitie slnečnej energie bol jediný dostupný systém, akým bolo možné vo vesmírnych podmienkach vyrábať elektrickú energiu (okrem štiepenia jadra).

Prvého použitia v kozme sa fotovoltaický panel dočkal v roku 1958.

Od roku 2010 sa vyrába elektrina pomocou fotovoltaiky vo viac než 100 krajinách sveta, a hoci zatiaľ tvoria len malý zlomok 4,8 z celkovej globálnej tvorby elektrickej energie zo všetkých zdrojov, je najrýchlejšie rastúcou technológie výroby elektrickej energie na svete. Tieto zariadenia môžu byť montované na na voľnom priestranstve, alebo na strechy, či steny budou.

Fotovoltaický princíp

Princíp fotovoltaiky je pritom veľmi jednoduchý. Slnečné svetlo je transformované na elektrinu pomocou fotovoltaických článkov, polovodičových súčiastok ktoré neobsahujú žiadne kvapaliny a korozívných chemikálií.

Princíp spočíva v tom, že fotón dopadajúci na polovodičovú štruktúru s PN prechodom excituje elektrón a vytvorí tak dva nositele elektrického prúdu: voľný elektrón a dieru. Solárne články sa skladajú z dvoch kremíkových vrstiev. Horná vrstva kremíka je polovodič typu N (vodivosť sprostredkujú elektróny), dolná vrstva kremíka je polovodič typu P (vodivosť sprostredkujú tzv. diery). Keď do blízkosti PN prechodu prenikne fotón, dôjde k fotoefektu a uvoľnené elektróny začnú prechádzať do hornej vrstvy. Elektróny v spodnej vrstve začnú preskakovať z jedného atómu na druhý, aby zaplnili prázdne miesta. Voľné elektróny v hornej vrstve sa odvádzajú z článku do elektrického obvodu, do ktorého je solárny článok vsadený.

Takto vzniká v obvode elektrický prúd počas doby, kedy na solárny článok dopadá svetlo. Elektrická energia sa týmto spôsobom vyrába nehlučne, bez akýchkoľvek pohyblivých súčastí a bez vedľajších produktov. Fotovoltaický systém pracuje automaticky, bez obsluhy a veľkých nárokov na údržbu.