Na akom fyzikálnom princípe pracuje a ako funguje fotovoltaika?
Fotovoltické panely, známe aj ako solárne panely, fungujú tak, že premieňajú slnečné svetlo na elektrinu, pričom využívajú princíp tzv. fotoelektrického javu. Panely pozostávajú z viacerých vrstiev polovodičových materiálov, zvyčajne vyrobených z kremíka.
Keď slnečné svetlo dopadne na polovodičovú vrstvu, časť fotónov slnečného svetla je absorbovaná materiálom, čo spôsobí uvoľnenie elektrónov z atómov v polovodiči. To vytvára tok elektrónov, ktorý generuje elektrický prúd.
Polovodičová vrstva je vložená medzi dve vrstvy vodivého materiálu, čo umožňuje tok elektrónov zachytiť a nasmerovať do vonkajšieho obvodu. Tento obvod je možné pripojiť k meniču, ktorý premieňa jednosmerný prúd (DC) generovaný FV panelom na striedavý prúd (AC), ktorý možno použiť na napájanie spotrebičov a zariadení v domácnosti alebo firme.
Účinnosť fotovoltického panelu je ovplyvnená faktormi, ako je množstvo slnečného svetla, ktoré dostáva, teplota panelu, uhol a orientácia panelu. V neposlednom rade FV panely môžu byť namontované na strechách alebo na zemi a môžu byť zapojené do série alebo v paralelných konfiguráciách, aby sa vyrobilo viac elektriny.
Na účinnosť fotovoltiky má vplyv aj geografické umiestnenie panelov, o čom si môžeme spraviť dobrý prehľad pomocou mapy potenciálu FV energie. Táto mapa poskytuje informácie o množstve slnečnej energie, ktorú možno potenciálne získať na danom mieste pomocou fotovoltaických panelov. Pomáha identifikovať oblasti s najvyšším potenciálom na výrobu solárnej elektriny a môže sa použiť na usmernenie pri rozhodovaní o fotovoltických inštaláciách.
Ako funguje fotovoltaika v domácej FVE?
Princíp, ako funguje fotovoltaika pre domácnosti či firmy, je pomerne jednoduchý. Systém fotovoltaickej elektrárne pomocou FV panelov vyrába elektrinu zo slnečného žiarenia, pomocou striedača premieňa vyrobenú jednosmernú elektrinu na striedavú a túto striedavú elektrinu dodáva do domu.
- Slnečné svetlo je absorbované polovodičovým materiálom vo FV paneloch, ktorý uvoľňuje elektróny, ktoré prúdia cez vodivé vrstvy panelu a vytvárajú jednosmerný elektrický prúd.
- Jednosmerná elektrina z FV panelov sa privádza do meniča, ktorý ju premieňa na striedavú elektrinu vhodnú na použitie v domácnosti.
- Striedavá elektrina z meniča sa potom dodáva do elektrického panelu domu, kde sa distribuuje na napájanie domácich spotrebičov, osvetlenia a iných zariadení.
- Ak sa vo fotovoltaických paneloch vytvorí prebytočná elektrina, môže byť uložená v batérii na neskoršie použitie alebo môže byť privedená späť do elektrickej siete (na úver alebo platbu od energetického podniku).
- Regulátor nabíjania zaisťuje správne nabíjanie a vybíjanie batérie, aby sa zabránilo prebitiu alebo poškodeniu batérie.
- Monitorovací systém sleduje energiu generovanú, spotrebovanú a uloženú systémom, čo umožňuje majiteľom domov optimalizovať spotrebu energie a odhaliť akékoľvek problémy so systémom.
Vlastný systém fotovoltaickej elektrárne pre dom umožňuje majiteľom domov vyrábať si vlastnú elektrinu z obnoviteľného zdroja a znižovať tak závislosť od fosílnych palív. Produkovaním čistej energie môžu majitelia domov znížiť svoje účty za energiu a prispieť k udržateľnejšej budúcnosti.
Princíp fungovania fotovoltiky sa líši v závislosti na systéme zapojenia
Ako funguje fotovoltaika v zapojení v systéme s batériou, bez batérie či ako samostatný, ostrovný systém? Hlavným rozdielom medzi fotovoltaickými (FV) systémami s batériou, bez batérie a ostrovnými systémami je prítomnosť alebo neprítomnosť samotnej batérie a pripojenie k elektrickej sieti. Jednotlivé rozdiely sú najlepšie viditeľné na týchto príkladoch, ktoré v praxi môžu nastať:
FV systémy bez batérie: V tomto type systému FV panely generujú jednosmernú elektrinu, ktorá je premenená na striedavú elektrinu pomocou meniča a privádzaná priamo do elektrickej siete na napájanie domu. Akákoľvek prebytočná elektrina generovaná FV panelmi sa posiela späť do siete a majiteľ domu môže dostať určitú kompenzáciu od distribučnej spoločnosti. V prípade výpadku prúdu sa systém automaticky vypne, aby sa predišlo dodávaniu elektriny späť do siete a potenciálnemu zraneniu pracovníkov distrubučnej spoločnosti, ktorí môžu pracovať napríklad na odstránení poruchy na vedení.
FV systémy s batériou: V tomto type systému je pridané batériové úložisko priamo v objekte, ktoré slúži na ukladanie prebytočnej elektriny generovanej FV panelmi počas dňa, ktorú možno využiť v noci alebo v období slabého slnečného žiarenia. Regulátor nabíjania zaisťuje správne nabitie a vybitie batérie a menič môže podľa potreby prepínať medzi odberom elektriny z batérie alebo siete. V prípade výpadku prúdu sa systém dokáže prepnúť do záložného režimu a využiť uloženú energiu na napájanie nevyhnutných spotrebičov.
Ostrovné systémy: V tomto type systému sú FV panely a batéria jediným zdrojom elektriny pre domácnosť a systém nie je pripojený k elektrickej sieti. Batéria uchováva prebytočnú elektrinu generovanú FV panelmi, ktorú možno využiť v noci alebo v období slabého slnečného žiarenia. V prípade výpadku prúdu môže systém pokračovať v dodávke elektriny do domácnosti, pokiaľ je v batérii uložený dostatok energie.
Ak je batéria úplne nabitá, prebytočná energia sa odošle späť do siete. V prípade výpadku prúdu môže byť systém schopný naďalej dodávať elektrinu základným spotrebičom v závislosti od veľkosti batérie a množstva spotrebovanej energie.
Celkovo FV elektrárne s batériovými a ostrovnými systémami poskytujú určitý stupeň nezávislosti a odolnosti, zatiaľ čo FV systémy bez batérie ponúkajú nižšie počiatočné náklady a môžu byť vhodnejšie pre oblasti so spoľahlivou sieťou. Výber najvhodnejšieho systému závisí od faktorov, ako sú energetické potreby, rozpočet a umiestnenie.
