Škebloň 2009

Solární panely

Historie, princip, užití,…a obrázky

Trocha historie

Objev Becquerel 1839 První popis fotovoltaického jevu Einstainem

1904 Experimentální potvrzení 1916 Millikan 1883 první článek Se-Au cca 1% 1946 Ohl patent 1954 Bellovy laboratoře, užití Si

Pokračování…

V šedesátých letech významná role ve vesmíru, jako zdroj energie pro družice

Sedmdesátá léta: komerční rozvoj, výroba z krystalického Si, řádově 20 %

Osmdesátá léta: kvůli snížení nákladů tenkovrstvé Si s příměsí dalších prvků

řádově 10 % Poslední trend: zvýšení výtěžnosti

vícevrstvými články s užitím amorfních vrstev

Princip

Jak jsme si říkali již v „Hodinách elektroniky“ Si (křemík) je polovodič. Užití prakticky ve všech oborech

elektrotechniky. Základní součástky jsou diody a tranzistory. Ty jsou tvořeny vrstvami P a N. Tyto vrstvy obsahují v atomárních strukturách nestejné počty elektonů. V jedné vrstvě je elektronů přebytek, ve druhé je přebytek tvz „děr“ (místa kde elektrony jakoby chybí)

Pokračování….

Solární článek je vlastně velká plošná dioda (tedy součástka z Si tvořená vrstvou P-N)

V oblasti přechodu mezi vrstvami je umožněno světlu aby do této oblasti pronikalo

Při průchodu světla fotony (částice světelného záření) polarizují přechodovou vrstvu a dochází k pohybu elektronů a děr.

Ty se drží u stěn součástky a vytváří se napětí mezi potenciály (pokud je součástka zapojena do obvodu)

Pokračování…

Napětí takového článku je řádově půl voltu, proto se pro praktické použití řadí několik článků do série

Reakční doba fotodiody na světlo je řádově 10-6 až 10-9 s

Obecně platí, že čím více světla (více fotonů), tím větší proud a větší napětí. I však roste lineárně, avšak U logarimicky

Charakteristiky vlastností součástky si můžete prohlédnout například v knize pana Maťátka, kterou vám můžu půjčit, pokud byste měli o problematiku zájem

Pokračování…

Jak někteří z vás již ví, tak viditelné světlo není jediné záření. Mezi další záření patři např. Infračervené, ultrafialové, rádiové, gama záření,…)

Je samozřejmě žádoucí, aby solární panely využívali co největší část spektra, ale stěžejní oblastí je viditelné světlo

Sériové (případně sériově paralelní) zapojení článků je kryto vrstavami, které musí být průsvitné (užití oxidu titanu – modrý odstín) a odolné. Celá součástka je pak vyztužena, aby chránila panel proti mechanickému i klimatickému poškození

Užití

Od malých článků na kalkulačkách, přes dobíječky akumulátorů drobné elektroniky až po velké sestavy na střechách domů zásobujících domácnosti a elektrárny

Koho to náhodou napadlo, tak vězte, že solární články produkují stejnosměrné napětí. Pokud chceme dosáhnout střídavého, musíme do systému aplikovat měnič (střídač)

V praxi

v České republice dopadne na 1m² vodorovné plochy zhruba 950 – 1340 kWh energie

roční množství slunečních hodin se pohybuje v rozmezí 1331 – 1844 hod (ČHMÚ), odborná literatura uvádí jako průměrné rozmezí 1600 – 2100 hod

Z hlediska praktického využití pak platí, že z jedné instalované kilowaty běžného systému (FV články z monokrystalického, popř. multikrystalického křemíku, běžná účinnost střídačů apod.) lze za rok získat v průměru 800 – 1100 kWh elektrické energie.

Novinky

Tým izraelských vědců vyvinul v nedávné době solární panel na organickém principu, kdy se využívá fotosyntézy a užívají se určité bílkoviny

Panel o stejné ploše by měl být cca 200x levnější a přitom by se měla zvýšit účinnost

Využití nanotechnologií

Vobrázky

Sekundární zdroj napájení skrze solární článek

Využití pro zásobování domácností energií

Nabíjení malých spotřebičů

Takové elektrárny se obvykle kvůli efektivnímu využití záření za světlem otáčejí

Alternativní pohon nejen pro běžná auta

Významná role ve vesmíru

Kolik světla kam dopadne a kolik energie by se tak dalo vyprodukovat

A něco podobnýho v kostře autíčka na ovládačku si brzy vyrobíme…

A nyní se podíváme na solární panel zblízka a provedeme jednoduché měření abyste to viděli i v praxi…..

Díky za pozornost