Jak se vyrábí fotovoltaický článek

4. červenec 2010 | 06.00 |

fotovoltaikaHistorie solárního článku se začala datovat rokem 1839. Tehdy francouzský experimentální fyzik Alexandre  Edmund Becquerel při pokusech se 2 kovovými elektrodami umístěnými v elektrovodivém roztoku zjistil, že při osvícení zařízení vzrostlo na elektrodách napětí. První praktický fotovoltaický článek však byl sestrojen teprve v roce 1883 Charlesem Frittsem, který nanesl na polovodič selen velmi tenkou vrstvu zlata. Jeho zařízení mělo účinnost pouze 1%. V roce 1946 si nechal patentovat konstrukci solárního článku Russel Ohl. Nynější podoba solárních článků vznikla v roce 1954 v Bell Laboratories. Při experimentech s obohacovaným křemíkem byla objevena jeho vysoká citlivost na osvětlení. Výsledkem byla realizace fotovoltaického článku s účinností kolem 6 %. Fyzikální podstatu fotoelektrického jevu vysvětlil Albert Einstein, který za svůj objev dostal roku 1921 Nobelovu cenu.

Základem fotovoltaických elektráren jsou fotovoltaické moduly, které jsou tvořeny propojenými fotovoltaickými články. Fotovoltaický článek je něco jako polovodičová dioda s velkou účinnou plochou. Fotovoltaický článek je nejčastěji tvořen tenkou destičkou nařezanou z monokrystalu křemíku (dnes se používají také polykrystalické a amorfní materiály) s vodivostí typu P. To je polovodič, který vznikne přidáním trojmocných atomů prvků (Al, In) do struktury čistého polovodiče. Tři z valenčních elektronů zaplní vazby s okolními třemi atomy křemíku a čtvrtá vazba s křemíkem není elektronem obsazena. Vniká takzvaná díra, která se chová jako kladná (odtud P jako pozitivní) "částice".

Křemíková destička má tloušťku od 0,3 do 0,5 mm. Po rozřezání křemíkového ingotu se horní strana destičky obohacuje pětimocným atomem (např. fosfor). Pět valenčních elektronů fosforu obsadí 4 okolní vazby s atomy křemíku a pátý elektron zůstává volný. Vodivost tohoto typu příměrového polovodiče označujeme N, neboť elektrický proud je zde způsoben především volnými elektrony se záporným (N jako negativním) nábojem. Dotací fosforu se vytvoří hranice mezi polovodičem typu P a typu N, označovaný jako P-N přechod. Jeden P-N přechod ale moc energie neuvolní, milióny P-N přechodů už jsou energeticky zajímavější. Správnou konstrukcí a pospojováním fotovoltaických článků vznikne fotovoltaický panel o výkonech 100 až 173 Wp/m2. (Watt peak Wp znamená špičkový výkon při ideálních podmínkách (světlo o intenzitě 1000 W/m2 dopadá kolmo na panel při teplotě 25°C). Množství získané energie záleží na těchto faktorech:

- technologii výroby panelů (účinnosti)

- intenzitě dopadajícího světla v dané lokalitě

- přímo úměrně na ploše, na kterou světlo dopadá

Článek získá tmavě modrou barvu, tím že se opatří antireflexní vrstvou nitridu, sítotiskem se nanesou sběrné spoje na zadní i přední straně. Článek se vypálí a přitom se nanesené spoje letují s křemíkovým podkladem, aby vzniklo vodivé spojení. Hotové články se spojují pájenými plochými měděnými pásky a skládají se do fotovoltaických panelů, které jsou před povětrnostními vlivy chráněny skleněnou tabulí a jsou orámovány.

Různým zpracováním lze vyrobit následující typy článků:

Monokrystalické - mají účinnost 15 - 18%, poznáme je podle celoplošné stejnosměrné krystalové struktury křemíkových atomů. Moduly z krystalického křemíku se využívají především u střešních instalací, aby se docílilo co nejvyšších energetických zisků.

Polykrystalické - mají účinnost 12 - 15%, poznáme je podle částečné stejnosměrné struktury krystalů, tvoří něco jako ledové květy

Amorfní s účinností kolem 8%, umí lépe využít rozptýlené záření, vyžadují transformátorové měniče. Fotovoltaický panel je schopen vyrábět elektrickou energii i bez přímého osvícení na základě difúzního záření, které je v ČR převládající. Pro dosažení daného výkonu je potřeba 2,5x větší plochy, než kolik by bylo potřeba při použití mono nebo polykrystalických modulů. Celoroční výnos je ovšem o 10% vyšší!

Význam fotovoltaiky se projevil zvláště v kosmonautice, kde fotovoltaika zpočátku tvořila jediný zdroj elektrické energie pro umělé družice Země. Prvou družicí s fotovoltaickými články byla sovětská družice Sputnik, vypuštěná na oběžnou dráhu 15. května 1957. Na začátku sedmdesátých let se fotovoltaické články dostaly z laboratoří a kosmického prostoru i na zem, z velké části díky ropným společnostem těžícím v Mexickém zálivu. Na automatických ropných plošinách byla elektrická energie potřebná pro osvětlení. Dále se používají na orientaci prostřednictvím majáků. Solární články obsahují i kapesní kalkulačky.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.83 (6x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře