Edícia Junior: Fotovoltické panely a ich delenie

FV1Fotovoltické panely (FVP) nám umožňujú zachytávať a transformovať svetelnú energiu na elektrickú energiu. Po príchode fotónu svetla na FVP je vďaka vnútornej polovodičovej štruktúre a  fotoelektrickému javu vygenerovaný elektrón-dierový pár, ktorý je separovaný vnútorným elektrickým poľom PN-prechodu. Pohybom k jednotlivým elektródam sa vytvára elektrický prúd.

FVP sa delia podľa materiálu, z ktorého sú vyrobené. Najčastejší material, ktorý sa používa na výrobu je kremík. Medzi ďalšie látky na výrobu panelov patrí arzenid gália (GaAs), telurid kademnatý (CdTe). Najväčšie nádeje sa v poslednej dobe vkladajú do panelov z Perovskitu (nerastný materiál na báze oxidov titánu).

Monokryštalický kremík

ingot
Monokryštalický ingot

Bol to prvý materiál ktorý sa začal využívať vo fotovoltickej praxi. Jeho účinnosť premeny sa na začiatku reálnej využiteľnosti (rok 1954) pohybovala okolo 6 %. Dnes sa v bežnej výrobe dosahuje účinnosť 13-17 %. Monokryštalický kremík je však stále príliš výrobne drahým materiálom a tak sa výskumníci orientujú na výrobu z materiálu s nižšou čistotou. Zabezpečila by sa tým menšia energetická náročnosť výroby panelov a teda aj výrazné zníženie nákladov a cien. Monokryštál sa používa tam, kde hlavnú úlohu predstavujú rozmery panelov, ako napr. v kozmických aplikáciách alebo v prípadoch kedy “zákazníkom” nevadia značne vyššie ceny.

m-c-SiJedna z najväčších výhod monokryšalických FVP je ich účinnosť, ktorá sa pohybuje okolo 15% až 22% (môžu dosiahnúť až 34%). K ďalším výhodam patrí pomalšia degradácia panelov a monotónne “zafarbenie” panevol (len čierne).

Medzi nevýhody použitia najmä potreba priameho svetelného žiarenia, cena (pri čistejšich kryštalických štruktúrach) a čierna farba panelov (vysoká úroveň pohlcovania tepla).

Polykryštalický kremík

Stále viacej využívaný ako vstupný materiál vďaka svojej nižšej výrobnej cene (odpadá proces ťahania ingotu monokryštálu) sa stáva polykryštalický kremík. Avšak dosahovaná účinnosť je nižšia než je tomu v prípade monokryštalického kremíka. Laboratórne solárne články dosahujú účinnosť 28,5%, v podmienkach hromadnej výroby však nepresahujú 20% (s výnimkou niekoľkých výrobcov).

p-c-SiDoštičky polokryštalického kremíka 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 (“fľakavý” charakter).

Aby nevznikali straty pri prechode elektrónov rozhraním medzi kryštálmi vznikajú snahy vyrábať multikryštalický kremík s čo najväčšími kryštálmi, účinnosť tohto materiálu je taktiež možné zvýšiť chemickou úpravou vodíkom.

Hlavnou výhodou oproti monokryštalickým FVP je o trochu nižšia účinnosť voči výrobnému prosecu. Zároveň dokáže absorbovať nie len priame žiarenie, ale ja difúzne žiarenie. Úroveň degradácie je skoro rovnaká ako pri monokryštalických FVP.

Veľkou nevýhodou je najmä nižšia stabilita kremíkovej vrstvy.

Arzenid gália (GaAs)

Druhý najvyužívanejší materiál na výrobu fotovoltických panelov je arzenid gália. Výskum a vývoj tohto materiálu prebieha už dlhšiu dobu, znevýhodňuje ho však najmä vyššia cena, ale aj niektoré ďalšie vlastnosti. Medzi týmito vlastnosťami dominuje predovšetkým značne väčšia krehkosť materiálu. V priemere dosahuje účinnosť okolo 18 %.

GaAsArzenid gália má i svoje prednosti. Pri zvýšenej teploty (napr. nad 100 °C) vykazuje len veľmi malé zníženie účinnosti, na rozdiel od kremíka kde je pokles účinnosti veľmi výrazný. To znamená že jeho použitie bude veľmi výhodné pri vysokoefektívnych koncentračných článkoch. Pri takomto využití bude potrebné oveľa menej drahého GaAs.

Vďaka využitiu koncentrovaných článkov nie je nutné inštalovať veľkoplošné solárne jednotky, ale len pomocou odrazu svetla sústrediť viac slnečného žiarenia na menšiu plochu. Aj pri takto zvýšenej koncentrácii nestráca GaAs svoju účinnosť. Ďalšia výhoda vyplýva z väčšej hustoty GaAs, ktorá umožňuje výrobu oveľa tenších článkov (cca o 60 %) bez zníženia ich účinnosti. Ďalší vývoj v oblasti umožní pravdepodobne použitie tohto materiálu v kombinácii z hliníkom, a vedci sľubujú využitím takýchto kombinovaných článkov zvýšenie účinnosti nad 40.7 %.

Telurid kademnatý (CdTe)

Pripravuje sa chemickou reakciou kadmia a telúru. Tieto články patria do skupiny tenkovrstvových solárnych článkov CdTe. Tento materiál je považovaný za veľmi nádejný.

Bohužiaľ je v zemskej kôre málo zastúpený a tak sa s ním dá počítať predovšetkým v spotrebnej elektronike, telekomunikačných a navigačných zariadeniach. Pri týchto využitiach je dôležitá ekonomická otázka a z tohto hľadiska je CdTe veľmi vhodným materiálom. Vďaka svojim vynikajúcim absorpčným vlastnostiam je totiž možné CdTe používať vo veľmi tenkých vrstvách (1,2 až 1,5 µm).

Zdroje: sk.wikipedia.orgmadehow.com; EnergiaWeb.sk

Komentáre

comments

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Táto webová stránka používa Akismet na redukciu spamu. Získajte viac informácií o tom, ako sú vaše údaje z komentárov spracovávané.