MASARYKOVA UNIVERZITA Pedagogická fakulta

MASARYKOVA UNIVERZITA Pedagogická fakulta Katedra fyziky

Možnosti optimalizace fotovoltaických elektráren Diplomová práce

Brno 2012

Vedoucí diplomové práce:

Vypracovala:

doc. RNDr. Petr Sládek, CSc.

Bc. Lucie Ondrušková

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Možnosti optimalizace fotovoltaických elektráren“ vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Masarykovy univerzity a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně Podpis studenta ……………………

Mé velké díky patří panu doc. RNDr. Petru Sládkovi, CSc. za jeho vstřícnost a odborné rady i nápady při zpracování mé diplomové práce. Dále bych své poděkování chtěla věnovat panu prof. Ing. Oldřichu Zmeškalovi, CSc. za vypůjčení a obsluhu termokamery a Mgr. Lukáši Pawerovi za pomoc při měřeních a získávání dat.

Anotace Cílem diplomové práce „Možnosti optimalizace fotovoltaických elektráren“ je prozkoumání vlivu vybraných faktorů na provoz fotovoltaických elektráren. Teoretická část se věnuje sluneční energii a jejímu využití a fotovoltaice z pohledu podmínek, vývoje, výhod i nevýhod, technologií a také z pohledu zastoupení mezi ostatními zdroji elektrické energie. Tato práce také nastiňuje legislativní podmínky v České republice a poukazuje na vybrané problémy instalovaných fotovoltaických elektráren. V praktické části se je vyhodnocen vliv znečištění na provoz fotovoltaické elektrárny v Zaječí a dále jsou také shrnuty výsledky měření provedeného na fotovoltaické elektrárně na Pedagogické fakultě Masarykovy univerzity. Při těchto měřeních byly simulovány situace, při kterých dochází k zastínění fotovoltaického panelu znečištěním. Dále bylo provedeno monitorování termokamerou a srovnávání výkonů dvou typů fotovoltaických panelů v závislosti na teplotě a intenzitě ozáření.

Annotation The aim of the thesis "Possibilities of optimization of photovoltaic power plants" is to explore the influence of selected factors on the operation of photovoltaic power plants. A theoretical part deals with solar energy and its exploration and photovoltaics from in terms of conditions, development, advantages and disadvantages, technologies and also in terms of its share within other renewables. This paper also captures legislative environment in the Czech Republic and points at selected issues of the installed photovoltaic power plants. In a practical part there is an assessment of the effects of pollution on function of the photovoltaic power plant Zaječí and there are also results of the measurement conducted in photovoltaic power plant at the Pedagogical Faculty of the Masaryk University. During these measurements situations simulating shading of the photovoltaic panel by pollution took place. Further there was a thermal imager monitoring and comparison of the power of two types of photovoltaic panels depending on temperature and irradiation intensity.

Klíčová slova fotovoltaický panel; znečištění; výkon; ztráty; intenzita ozáření; teplota

Key terms photovoltaic panel; pollution; power; losses; irradiation intensity; temperature

Obsah 1. ÚVOD..................................................................................................................................... 1 2. SLUNEČNÍ ENERGIE NA ZEMI ......................................................................................... 2 2.1. SLOŽKY SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ ............................................................................... 3 2.2. INTENZITA SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ .......................................................................... 4 3. VYUŽITÍ SLUNEČNÍ ENERGIE – FOTOVOLTAIKA ...................................................... 5 3.1. FOTOVOLTAICKÝ POTENCIÁL A PODMÍNKY PRO FOTOVOLTAIKU ............. 6 3.2. VÝVOJ FOTOVOLTAIKY ............................................................................................ 9 3.3. VÝHODY FOTOVOLTAIKY ...................................................................................... 12 3.3.1. Fotovoltaika a zaměstnanost................................................................................... 12 3.3.2. Recyklace fotovoltaických panelů .......................................................................... 13 3.3.3. Propojení fotovoltaiky a stavebnictví ..................................................................... 14 3.3.4. Využití v nedostupných oblastech (grid - off systém) ............................................ 15 3.3.5. Fotovoltaika a CO2 ................................................................................................. 17 3.3.6. Budoucnost aplikací ............................................................................................... 19 3.4. NEVÝHODY FOTOVOLTAIKY A MOŽNOSTI JEJICH KOMPENZACÍ .............. 20 3.5. PODÍL SPOTŘEBOVÁVANÝCH ZDROJŮ ENERGIE............................................. 24 3.5.1. Zastoupení fotovoltaiky mezi obnovitelnými zdroji energie v ČR ........................ 28 3.6. TECHNOLOGIE VE FOTOVOLTAICE ..................................................................... 31 3.6.1. Fotovoltaické panely .............................................................................................. 31 3.6.2. Další komponenty fotovoltaických systémů........................................................... 39 4. ROZVOJ FOTOVOLTAIKY A LEGISLATIVNÍ PODMÍNKY V ČR ............................. 41 4.1. LEGISLATIVNÍ PODMÍNKY V ČR ........................................................................... 41 4.2. ZPŮSOB PŘIPOJENÍ FOTOVOLTAICKÝCH ELEKTRÁREN ................................ 43 4.3. VÝVOJ VÝKUPNÍCH CEN V ČR .............................................................................. 45 5. VYBRANÉ PROBLÉMY INSTALOVANÝCH FVE ........................................................ 46 6. KONKRÉTNÍ APLIKACE .................................................................................................. 50

6.1. VYHODNOCENÍ PROBLÉMU FVE ZAJEČÍ SE ZNEČIŠTĚNÍM........................... 50 6.2. MĚŘENÍ REÁLNÝCH PARAMETRŮ NA FVE PdF MU ......................................... 56 6.2.1. Měření vlivu hrubých nečistot ................................................................................ 57 6.2.3. Monitorování termokamerou .................................................................................. 67 6.2.4. Srovnání výkonů dvou typů fotovoltaických panelů v závislosti na teplotě a intenzitě ozáření................................................................................................................ 72 7. ZÁVĚR ................................................................................................................................. 75 8. POUŽITÁ LITERATURA ................................................................................................... 77 9. SEZNAM OBRÁZKŮ, GRAFŮ A TABULEK A JEJICH ZDROJE ................................. 80

1. ÚVOD Fotovoltaika je dynamicky rozvíjejícím se oborem a rozšiřuje stále své uplatnění do nových odvětví. Proto se tomuto tématu věnuji i ve své diplomové práci. Práce se zabývá možnostmi optimalizace provozu fotovoltaických elektráren (FVE) z hlediska vlivu znečištění, teploty a intenzity ozáření. Struktura práce je rozdělena na dvě části – na teoretickou a praktickou část. Teoretická část vyjde z poznatků čerpaných z odborné literatury, internetových zdrojů i z mé bakalářské práce. V praktické části bude rozebrán konkrétní problém FVE Zaječí a dále zde budou vyhodnocována měření prováděná na FVE Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity (PdF MU). Na téže elektrárně bude provedeno monitorování fotovoltaických panelů pomocí termokamery a získané poznatky budou v praktické části shrnuty. Kapitola o sluneční energii na Zemi stručně shrne obecné poznatky o slunečním záření. V následující kapitole na problematiku fotovoltaiky nahlédnu z několika úhlů pohledu. Přiblížím, jak je možné využívat sluneční energii a jaký je princip fotovoltaické přeměny, jaký je fotovoltaický potenciál a jak je proměnný v závislosti na zeměpisné šířce a klimatických podmínkách. Připojím také vývoj fotovoltaiky, rozeberu její hlavní výhody a zmíním se také o nevýhodách fotovoltaiky, ke kterým přiložím návrhy kompenzací. V této kapitole se dále budu zabývat podílem spotřebovávaných zdrojů energie a pro Českou republiku také zastoupením fotovoltaiky mezi ostatními obnovitelnými zdroji energie. Můj poslední úhel pohledu na fotovoltaiku bude ze strany technologií. V další kapitole zmíním legislativní podmínky pro fotovoltaiku v naší republice, způsoby, jakými je možné FVE připojit a také se zde objeví přehledný vývoj výkupních cen. Poslední teoretickou kapitolu naplní vybrané problémy instalovaných FVE. V praktické části bude rozebrán problém FVE Zaječí se snížením výkonu některých fotovoltaických panelů z důvodu znečištění. Pro ověření vlivu znečištění na výkon fotovoltaických panelů se zde vyskytne simulování problému na FVE PdF MU a data získaná z měření

budou

následně

vyhodnocována.

Dále

bude

následovat

monitorování

fotovoltaických panelů termokamerou a poté získané výsledky budou srovnány. Na závěr porovnávám výkony dvou typů fotovoltaických panelů v závislosti na teplotě a intenzitě ozáření na základě uložených dat z této elektrárny. 1

2. SLUNEČNÍ ENERGIE NA ZEMI1 Slunce vysílá sluneční záření do všech směrů. Na planetu Zemi dopadá jen nepatrný zlomek této energie, pouze 2 miliardtiny veškeré energie Sluncem vyprodukované. Právě pod tak malým prostorovým úhlem se jeví od Slunce naše Země. Přesto i toto nepatrné množství, které na Zemi dopadá, představuje ročně 180 tisíc terawattů. [1] Roční spotřeba energie celé naší civilizace je pouze asi 10 terawattů. [2]

Obr. 1: „Energetická krychle“ [I]

1

kapitola „2. Sluneční energie na zemi“ vychází z mé bakalářské práce [21]

2

2.1. SLOŽKY SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ Část energie, jež dopadá na povrch Země, je při průchodu atmosférou pohlcena či odražena. Po průchodu atmosférou je spektrum slunečního záření pozměněno a ochuzeno o některá pásma, protože dochází i absorpci a rozptylu na molekulách plynů tvořících atmosféru a na částicích prachu nebo aerosolů v atmosféře přítomných. Veškeré sluneční záření dopadající na zemský povrch označujeme jako globální záření. Globální záření obsahuje záření všech vlnových délek přicházejících ze všech směrů. Při praktickém měření intenzity slunečního záření rozlišujeme záření přímé a difuzní (rozptýlené). Při zatažené obloze je přítomna pouze difuzní složka záření. [2]

Obr. 2: Přímé a difuzní záření [II]

Spektrální rozsah slunečního světla je 30 až 3 000 nm. Většina sluneční energie přichází v oblasti viditelného záření, energetické maximum je okolo 500 nm. Vlnové délky nižší než cca 300 nm připadají na UV záření, které oko neregistruje. Vlnové délky okolo 400–780 nm odpovídají fotosynteticky aktivnímu světelnému záření a vlnové délky nad 800 nm se počítají k infračervenému (tepelnému) záření. [2] UV záření o vlnových délkách nižších než cca 300 nm je díky ozonové vrstvě silně pohlcováno v horních vrstvách atmosféry. UV záření je velmi významné z hlediska zdravotního, ale z hlediska energetického je zanedbatelné, protože tvoří pouze pár procent z celkové sumy solární energie dopadající na povrch Země.[2] Přibližně třetina slunečního záření se odráží v atmosféře zpět do vesmíru. Zhruba jedna pětina slunečního záření je pohlcena v atmosféře a polovina je absorbována povrchem Země. [1]

3

2.2. INTENZITA SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ Při průchodu slunečního záření atmosférou dochází k částečné změně spektra záření (zastoupení jednotlivých vlnových délek) a ke snížení intenzity záření. Výsledný vliv atmosféry závisí např. na výšce slunce nad obzorem, na nadmořské výšce, na míře znečištění atmosféry, na oblačnosti. [2]

Intenzita slunečního záření v daném čase na daném místě souvisí taktéž s pohybem slunce po obloze. Závisí také na denní a roční době a na orientaci a sklonu fotovoltaických panelů. Denní i roční pohyb slunce po obloze lze vypočítat. V určitou dobu na konkrétním místě závisí objem získané energie na výškovém (elevačním) úhlu (α) a na azimutálním úhlu (ф) slunce. [3]

Obr. 3: Elevační a azimutální úhel [III]

Intenzita slunečního záření na zemském povrchu závisí na tom, jaká je vzdálenost, kterou musí paprsky urazit zemskou atmosférou. Pokud je slunce v nadhlavníku v poledne, je tato vzdálenost nejkratší, zatímco když je slunce skloněno pod úhlem 30° (elevace), musí urazit dvojnásobnou vzdálenost. Čím dále k pólům Země, tím nižší je elevační úhel a to obzvláště během zimních měsíců. [3]

4

3. VYUŽITÍ SLUNEČNÍ ENERGIE – FOTOVOLTAIKA Sluneční energii je v podstatě možné využít ve třech hlavních směrech: jako pasivní tepelnou, které můžeme využít třeba při konstrukci budov (aby nebylo nutné tolik využívat přídavná topení), jako aktivní tepelnou, kde využíváme solární energii pro ohřev vody, anebo jako fotovoltaickou energii pro výrobu elektrického proudu. V případě fotovoltaiky k fungování postačí denní světlo, avšak s intenzitou osvětlení se mění účinnost fotovoltaického systému. [4]

Princip fotovoltaiky spočívá v přeměně energie dopadajících fotonů na polovodičové fotovoltaické články na energii elektrickou. Jedná se o velkoplošnou diodu alespoň s jedním přechodem PN. PN přechod je orientován kolmo k čelní ploše mezi přední a zadní stranou. Pokud na fotovoltaický článek dopadají fotony s větší energií, než jaká odpovídá šířce zakázaného pásu, tyto fotony generují páry elektron-díra. Tímto způsobem odevzdávají svou energii a pohlcují se. Případný přebytek energie většinou předají kmitům mřížky a tak ho přemění v teplo, což vede k ohřevu materiálu polovodiče. Páry elektron-díra generované v v oblasti přechodu PN jsou od sebe odděleny elektrickým polem E mezi vázanými prostorovými náboji, díry jsou urychleny ve směru pole, elektrony opačně. Mezi opačnými póly fotovoltaického článku se objeví elektrické napětí a po zapojení do elektrického obvodu (připojením kladného pólu zdroje napětí na P stranu a záporného pólu zdroje na N stranu) teče obvodem stejnosměrný elektrický proud. Fotovoltaický článek se tak stává zdrojem elektrické energie. [5]2

Obr. 4: Fotovoltaický článek [IV] 2

převzato z mé bakalářské práce [21]

5

3.1.

FOTOVOLTAICKÝ

POTENCIÁL

A

PODMÍNKY

PRO

FOTOVOLTAIKU3 Celkové množství sluneční energie, které dopadne na zemský povrch, by mohlo 10 000 krát uspokojit globální energetickou potřebu. V průměru každý metr čtvereční země na Zemi je vystaven slunečnímu záření, které je schopno za pomocí současně dostupných technologií ročně vyprodukovat 1 700 kWh. [6]

Zeměpisná šířka a klimatické podmínky určují počet dní v roce, kdy slunce svítí a roční úhrn záření (měří se v kWh/m2). Roční úhrn záření dopadající na vodorovný povrch se snižuje se zeměpisnou šířkou. [3]

Obr. 5: Mapa fotovoltaického potenciálu pro svět (roční sumy energie dopadající na optimálně orientované fotovoltaické moduly) [V]

3

některé odstavce z kapitoly „3.1. Fotovoltaický potenciál a podmínky pro fotovoltaiku“ již byly použity při

vypracování mé bakalářské práce [21]

6

Obr. 6: Mapa fotovoltaického potenciálu pro Evropu (roční sumy dopadající na optimálně orientované fotovoltaické moduly) [VI] V České republice dopadne na 1m2 za rok vodorovné plochy zhruba 950-1340 kWh energie. Přirozeně platí, že čím vyšší je průměrný úhrn globálního záření, tím větší je množství vyrobené energie za rok. [7] Z hlediska praktického využití platí, že z jedné instalované kilowaty běžného systému lze za rok získat průměrně 800-1100 kWh elektrické energie. [7]

7

Obr. 7: Průměrný roční úhrn energie v ČR [VII]

International energy agency (IEA), Mezinárodní agentura pro energii, uvádí, že v případě, že by se využilo instalací fotovoltaických systémů v pouštních oblastech, které pokrývají 4 % světa, byla by uspokojena celosvětová poptávka po primární energii. [6] EPIA odhaduje, že celková spotřeba elektrické energie v Evropě by mohla být naplněna, pokud by byl povrch Evropy pokryt fotovoltaickými panely už ze 0,34% (to je plocha odpovídající rozloze Nizozemska). [6] K dispozici je obrovský nevyužitý potenciál. Na podporu solární energie by mohly být využity střechy, povrchy budov, neobdělávaná půda, atd. Např. v roce 2020 by 40% poptávky po elektřině v Evropské unii mohlo být uspokojeno, pokud by byly všechny vhodné střechy a fasády budov pokryty fotovoltaickými panely. [6]

8

3.2. VÝVOJ FOTOVOLTAIKY V oblasti fotovoltaiky byl v předešlých letech zaznamenán obrovský boom. Předpokládá se, že tento trend bude pokračovat i v následujících letech.

Graf 1: Nově připojené výkony v Evropě v roce 2010 (v MW) [VIII] Pozn. ke grafu 1: Low – High = rozpětí dat

Množství nově připojených fotovoltaických kapacit na celém světě vzrostl ze 16,6 GW v roce 2010 na 27,7 GW v roce 2011. Z toho téměř 21 GW připadá na Evropu. [8] Počet států, které přesáhly nárůst 1 GW instalovaného výkonu v roce 2011, vzrostl ze 3 států (Německo, Itálie, ČR) na 6 (Itálie, Německo, Čína, USA, Francie, Japonsko). [8] Česká republika po 2 hektických letech, kdy zaznamenala instalace FV zařízení ve výši 2 GW, s méně než 10 MW nových instalací zmizela z fotovoltaické mapy v důsledku silného odporu z různých stran. [8]

9

Tab. 1: Tabulka prvních 15 zemí na celém světě z hlediska nově připojené kapacity během roku 2011 a z hlediska kumulativního instalovaného výkonu na konci roku[IX] Pozn. k Tab.1: Evropské země jsou označeny červenou barvou.

30000 25000 [MW]

20000 15000 10000

Nově instalovaný výkon v roce 2011 [MW]

5000

Kumulativní instalovaný výkon v roce 2011 [MW] Itálie Německo Čína USA Francie Japonsko Austrálie Velká Británie Belgie Španělsko Řecko Slovensko Kanada Indie Ukrajina Zbytek světa

0

Graf 2: Graf prvních 15 zemí na celém světě, jak z hlediska nově připojené kapacity během roku 2011, tak z hlediska kumulativního instalovaného výkonu na konci roku[X]

10

Graf 3: Tržní podíl 10 největších producentů v roce 2011 [XI] Pozn. ke Grafu 3: Těchto 10 států dá dohromady přes 90% celosvětového růstu fotovoltaiky

Největší podíl ze všech nově připojených kapacit v roce 2011 (75%) připadlo na Evropu. Na dva největší trhy, Itálii a Německo, připadá 60% loňského celosvětového růstu.[8]

Největším úspěchem celosvětového rozvoje fotovoltaiky bylo zapojení nových růstových trhů. Ale stále, mnoho uvedených zemí, zvláště Čína, USA a Japonsko, ale také Austrálie a Indie, využilo jen velmi malou část jejich ohromného potenciálu. Některé země z širokého slunečného pásu oblastí, jako Afrika, Blízký východ, Asie a Jižní Amerika jsou teprve na počátku rozvoje. [8] Celkový instalovaný výkon ve fotovoltaice na celém světě přesáhl 67,4 GW na konci roku 2011. Fotovoltaika je nyní po vodní a větrné energii třetí nejdůležitější energií z obnovitelných zdrojů co do celosvětově instalované kapacity. Celková výroba energie z těchto kapacit za celý kalendářní rok dosahuje přibližně 80 miliard kWh. Toto množství energie je dostačující k pokrytí ročních potřeb více než 20 milionů domácností na světě. [8] V Evropě bylo provedeno více než 50 GW instalací fotovoltaických systémů. Se zapojením zdrojů v jihoevropských zemích se průměrná výroba zvýší a bude produkováno asi 60 miliard kWh ročně, a to je množství energie, které postačí pro zásobení 15 milionů evropských domácností. [8] 11

Graf 4: Historický vývoj kumulativních výkonů FV instalací podle oblastí od roku 1998 do roku 2008 [XII]

3.3. VÝHODY FOTOVOLTAIKY Fotovoltaika je rozvíjející se obor přinášející nové možnosti. Jedná se o bezpečný a spolehlivý, nehlučný primární zdroj energie. Neprodukuje znečišťující látky zatěžující životní prostředí. Systémy se vyznačují snadnou instalací a téměř nepotřebují údržbu. Fotovoltaika je vhodným řešením pro zásobení odlehlých oblastí elektrickou energií (horské oblasti, rozvojové země, oblasti s řídkým osídlením, atd.)

3.3.1. Fotovoltaika a zaměstnanost

Fotovoltaické odvětví je velice slibné, co se týče zaměstnání a místního rozvoje. V tomto sektoru se investují značné finanční prostředky do výzkumu a technologických inovací a vytváří se nová pracovní místa. Navíc má obecně sektor fotovoltaiky a obnovitelných zdrojů decentralizovanou strukturu, což vede k zaměstnání v méně vyspělých oblastech. Fotovoltaický průmysl vytvořil více než 75 tisíc pracovních míst v Evropě 12

v posledních několika letech. EPIA odhaduje, že v roce 2008 bylo ve fotovoltaickém průmyslu v Evropě zaměstnáno přes 130 tisíc lidí přímo a dalších 60 tisíc nepřímo. Do roku 2020 prognózuje, že by počet pracovních míst v tomto sektoru mohl vzrůst na 1,4 milionů pracovních míst a v roce 2030 na 2,2 milionů. [4] Německo je největším producentem fotovoltaické energie, produkuje téměř polovinu elektřiny, která se ze slunce vyrobí na celém světě. Od roku 2001 byl vybudován 1 milion solárních zařízení a s tím vytvořen velký počet pracovních míst a sektor sluneční energie se tak stal významným zaměstnavatelem. [9]

3.3.2. Recyklace fotovoltaických panelů

Recyklace není jen přínosem pro životní prostředí, ale napomáhá při snižování energetické náročnosti i celkových nákladů na výrobu. Pro recyklaci panelů založených na křemíkové bázi a panelů nekřemíkových jsou odlišné postupy. Recyklace fotovoltaických panelů na bázi křemíku probíhá na linkách pro recyklaci skla, neboť složením se velice podobají. Nejdříve se odstraní rámy a zbývající části se poté na recyklačních linkách drtí. Po recyklaci lze využít přibližně 80% surovin. [10]

Obr. 8: Recyklace fotovoltaického panelu [XIII]

Recyklací nekřemíkových panelů se zabývají specializované firmy a další využití surovin udávají asi z 95%. [10]

13

3.3.3. Propojení fotovoltaiky a stavebnictví Fotovoltaické panely mohou představovat nejen zdroj energie, ale také alternativní stavební materiál (střešní krytina, povrchy fasád, protihlukové bariéry, atd.)

Obr. 9: Příklad využití fotovoltaických panelů ve stavebnictví [XIV]

Obr. 10: Fotovoltaické panely místo střešní krytiny [XV] 14

3.3.4. Využití v nedostupných oblastech (grid - off systém)

Grid-off systémy jsou takové, které nejsou spojeny s elektrickou sítí. Pokud se nespotřebuje vyrobená fotovoltaická energie hned, uchovává se v akumulátorech pro pozdější užití (v noci, v delších oblačných obdobích, atd.) (Obr. 11). Tyto systémy se využívají v odlehlých oblastech, které nejsou z nějakého důvodu možné nebo výhodné elektrifikovat. Jedná se o malé systémy instalované na domech či větší systémy, které jsou schopny zásobit více domácností, obec nebo například továrny. Grid-off systémy jsou již využívány. Fotovoltaický článek můžeme najít třeba v kalkulačkách, na telefonních budkách u dálnic, na dopravních značeních, na osvětleních. Nové způsoby využití jsou předmětem výzkumu.

Obr. 11: Sestava fotovoltaického grid – off systému [XVI]

15

Obr. 12: Možnost aplikace grid – off systému v odlehlých oblastech [XVII]

Obr. 13: Příklad elektrifikace afrického venkova [XVIII]

Obr. 14: Příklad možné grid-off aplikace [XIX] 16

3.3.5. Fotovoltaika a CO2 Fotovoltaika může být účinným nástrojem při snižování produkce CO2 při výrobě elektrické energie. Touto cestou se může omezit změny klimatu škodlivým vlivem CO2. Podle různých zdrojů je fotovoltaika při výrobě elektrické energie jedním z nejmenších producentů CO2. Obecně vzato nejvíce emisí CO2 vzniká při spalování hnědého uhlí v tepelných elektrárnách. O něco menší, ale stále velké, emise vykazuje spalování černého uhlí. Na třetí místo se řadí spalování ropných produktů (např. lehkých topných olejů). Dále menší emise má spalování zemního plynu, následuje využití jaderného paliva, nejnižší emise vykazují obnovitelné zdroje. Nejvíce emisí při výrobě z obnovitelných zdrojů pochází z vodních elektráren, následuje koncentrovaná solární energie, dále fotovoltaika a vůbec nejméně emisí produkují větrné elektrárny. Odhady množství emisí CO2 z různých primárních energetických zdrojů se liší, ale pořadí zůstává v zásadě stejné.

Graf 5: Produkce CO2 z různých zdrojů (g/kWh) [XX]

17

Primární energetický zdroj hnědé uhlí černé uhlí ropa zemní plyn geotermální jádro vodní koncentrovaná solární fotovoltaická větrná

g CO2 / kWh 1175 863 - 941 893 599 91 - 122 60 - 65 15 40 106 21

Tab. 2: Produkce CO2 z různých primárních energetických zdrojů [XXI]

hnědé uhlí vyrobená elektřina v roce 2010 [GWh] skutečnost produkce CO2 pro rok [tun CO2/GWh] 2010 vyprodukované množství CO2 z vyrobené elektřiny v roce 2010 [tun]

úvaha

množství CO2 vyprodukovaného při výrobě 40 907,4 GWh - zaokrouhleno [tun] možná úspora CO2 - zaokrouhleno [tun]

fotovoltaika

40 907,40

615,7

1 175

106

48 066 195

65 264

48 066 000

4 336 000

43 730 000

Tab. 3: Roční produkce CO2 v ČR – skutečnost (dle dat ERÚ pro rok 2010) a úvaha [XXII] Ve své úvaze jsem srovnala dva zdroje elektrické energie z pohledu produkce CO2 fotovoltaiku a spalování hnědého uhlí. Spalování hnědého uhlí přináší nejen největší podíl, ale pokud by bylo nahrazeno spalování hnědého uhlí fotovoltaikou, došlo by v roce 2010 k úspoře téměř 44 milionů tun oxidu uhličitého.

18

3.3.6. Budoucnost aplikací

Fotovoltaika je velice dynamický obor, bádá se nad technologiemi a možnostmi využití a stále se nachází nová uplatnění v různých oblastech. Již teď má velké uplatnění. Fotovoltaické systémy se stávají „multifunkčním“ zdrojem – nejen že vyrábí elektrickou energii, současně také plní další role (funkční i estetické – např. protihlukové bariéry, využití ve stavebnictví atd.). Solární energie může napomoci snížení spotřeby a cen neobnovitelných zdrojů, protože se na trhu objevují vozidla s pohonem na elektřinu. Hlavním nedostatkem těchto modelů je malá dojezdová vzdálenost (okolo 160 km), ale zato provozní náklady na ujetý kilometr jsou třetinové až poloviční v závislosti na aktuálních cenách. Nabízí se použtí fotovoltaiky pro výstavbu parkovišť, kde elektromobily mohou být nabíjeny elektrickou energií z instalovaných fotovolaických panelů.

Obr. 15: Elektromobil na nabíjecím stojanu [XXIII]

19

Obr. 16: Protihlukové bariéry z fotovoltaických panelů podél dopravních komunikací

[XXIV]

Výroba fotovoltaických panelů a příslušenství se postupně přesouvá z vyspělých zemí do rozvíjejících se zemí a s tím souvisí snižování pořizovacích cen.

3.4.

NEVÝHODY

FOTOVOLTAIKY

A

MOŽNOSTI

JEJICH

KOMPENZACÍ Spoustu odpůrců fotovoltaika získala kvůli velkým instalacím zabírajících ornou půdu. Nevýhodou těchto elektráren je nejen zabírání jinak využitelného prostoru a odpírání malebnosti krajině, a někdy malá možnost spotřeby vyprodukované elektřiny v místě výroby (ale vzdálenost ke klasické elektrárně je mnohonásobně větší). Při větších instalacích je potřeba počítat s potřebou záložního zdroje. Fotovoltaické systémy je daleko vhodnější aplikovat na střechy či fasády budov, například na zemědělská družstva, továrny, budovy úřadů, školy, obchodní centra atd., kde je pravděpodobnost využití „vlastní“ energie vyšší. Navíc denní doba, kdy z fotovoltaiky získáváme nejvíce energie (Graf 6), se poměrně dobře překrývá s potřebami společnosti z pohledu energie (Obr. 17).

20

Obr. 17: Denní diagram zatížení elektrické soustavy ČR dne 19.12.2007 [XXV]

Denní průběh výkonu fovoltaické elektrárny 1600

Výkon [kW]

1400 1200 1000 800

Výkon [kW]

600 400 200 0 6:00

8:24

10:48

13:12

15:36

18:00

Čas Graf 6: Skutečný denní průběh 2MW fotovoltaické elektrárny v Zaječí v zimě (28.2.2011) za slunného počasí [XXVI]

21

Obr. 18: Příklad vhodného umístění [XXVII]

Energetický regulační úřad v roční zprávě o provozu ES ČR za rok 2010 stanovil žebříček největších odběratelů elektřiny u nás. Jsou v něm zastoupeny jak velké výrobní podniky (např. PILSEN STEEL SRO PLZEŇ, SPOLANA a.s., ŠKODA AUTO a.s.), společnosti zajišťující služby (např. ČESKÉ DRÁHY, a.s., Dopravní podnik hl. m. Prahy a.s., ČD CARGO, a.s.) a obchodní řetězce (např. Billa, s.r.o, KAUFLAND Česká republika v.o.s., Tesco Stores Česká republika a.s.). Také objekty těchto a dalších provozů by byly právě vhodným místem pro instalace fotovoltaických systémů.

Z mapy instalace klasických elektráren a elektrického vedení (Obr. 19 a Obr. 20) lze usoudit, že pravidelným rozmístěním fotovoltaických elektráren, může dojít k decentralizaci zdrojů elektrické energie a tím docílit menšího zatížení přenosové soustavy.

22

Obr. 19: Mapa elektrických vedení v ČR [XXVIII]

Obr. 20: Současné rozmístění elektráren v ČR dle typu [XXXV]

Vzhledem k tomu, že fotovoltaika není stabilním zdrojem pro dodávky elektřiny, je někdy potřeba tuto nevýhodu řešit záložním zdrojem. Jako řešení se nabízí plynové 23

elektrocentrály, které jsou konstruovány tak, aby mohlo dojít k jednoduchému a rychlému startu i za extrémních teplotních podmínek bez toho, aby bylo nutno zajišťovat takzvaný studený start například benzinem. Většina plynových elektrocentrál je schopna pro svůj pohon využívat jak kapalný propan-butan, tak i běžný zemní plyn. Výhodou plynových elektrocentrál je až o 60% nižší spotřeba paliva než u benzinových agregátů. Z toho plyne opravdu veliká ekonomičnost provozu LPG (NG) centrály. [12]

3.5. PODÍL SPOTŘEBOVÁVANÝCH ZDROJŮ ENERGIE Ropa a zemní plyn v roce 2008 představovaly 21% a 16% z celkové primární dodávky energie. V průběhu posledních tří desetiletí podíl ropy v rámci dodavatelské skladby zůstává relativně stabilní, zatímco dominance uhlí se neustále snižuje a to díky vzrůstajícímu podílu energie získávané ze zemního plynu a jaderného paliva. [13] Očekává se, že celková spotřeba energie v následujících desetiletích vzroste pouze mírně, ale palivový mix spotřeby primárních energetických surovin v ČR se změní v důsledku politiky odchodu od uhlí, jako dominantního zdroje energie. Zatím co si ČR udrží pozici čistého vývozce elektřiny, česká vláda se snaží rozložit energetické zdroje snížením podílu uhlí na méně než 1/4 do roku 2030, přičemž tohoto má být dosaženo především zapojením jádra a obnovitelných zdrojů energie. [13]

Graf 7: Celková spotřeba primárních energetických surovin v letech 1973 a 2008 v ČR [XXIX]

24

Výroba elektřiny v ČR je založena ze 60% na uhlí a takřka z 1/3 na jaderné energetice. Zemní plyn se používá jako zdroj výroby elektřiny z méně než 4%. [13]

Graf 8: Výroba elektřiny podle zdroje paliva v letech 1973 – 2009 v ČR [XXX]

Ve světě v uplynulém čtvrtstoletí podíl spotřebované ropy klesl ve prospěch převážně jaderné energie a zemního plynu. Výroba elektřiny ve světě i nadále převažuje z ropy, uhlí a zemního plynu.

Graf 9: Celková spotřeba primárních energetických surovin v letech 1973 a 2008 ve světě [XXXI] 25

Graf 10: Výroba elektřiny podle zdroje paliva v letech 1971 – 2008 ve světě [XXXII]

Zajímavý je také poměr spotřebovávaných energetických surovin ve 28 členských zemích IEA (International Energy Agency), jak státy využívají dostupné suroviny (Graf 11).

Graf 11: Celková spotřeba primárních energetických surovin členských zemí IEA v roce 2008 [XXXIII] 26

Podle Českého statistického úřadu a Energetického regulačního úřadu energetická náročnost poklesla v oblasti průmyslu o cca 28% od roku 2002 do roku 2007, to je průměrně 5% ročně. Bylo to hlavně díky strukturálním změnám v této oblasti. Využilo se zvyšování energetické účinnosti v průmysl a v dopravě. [14]

Podle dat International Energy Agency v roce 2009 uhlí představovalo téměř 41,8% zdrojů pro výrobu energie v České republice. Jaderná energie představovala 16,9% a hořlavá biomasa a odpad asi 5,6%. [27] Produkce uhlí strmě klesla mezi roky 1980 a 1990. V roce 1991 byla hornická činnost ukončena v několika okresech republiky z důvodu ničení životního prostředí těžbou. Produkce ropy a zemního plynu je minimální, Česká republika většinu poptávky uspokojuje dovozem. Česká republika je čistým vývozcem elektřiny do Slovenské republiky, Rakouska a Německa. A také vyváží významné množství koksovatelného uhlí na Slovensko a do Polska.

Graf 12: Výroba energie podle zdroje, 1973 – 2030 – vývoj a výhled [XXXIV]

27

3.5.1. Zastoupení fotovoltaiky mezi obnovitelnými zdroji energie v ČR

Obnovitelné zdroje energie (OZE) tvoří poměrně malý podíl, ze kterých byla v roce 2010 získána elektrická energie (Graf 13).

Graf 13: Výroba elektřiny v roce 2010 - vybraná paliva a zdroje [XXXVI]

„Česká republika se jako členský stát Evropské unie zavázala ke zvýšení výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Stanovení potenciálu obnovitelných zdrojů energie (OZE), diskuse o reálně dosažitelném podílu, o formách a výši podpory byly v letech 2003 až 2004 významným tématem při projednávání Státní energetické koncepce, novely energetického zákona. Po více než ročním projednávání v Poslanecké sněmovně Parlamentu ČR vyústily v přijetí zákona č. 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. Zákonem byly vytvořeny stabilní podmínky pro podnikatelské rozhodování tím, že zákon definuje systém podpory formou pevných výkupních cen, případně příplatků k tržním cenám elektřiny. Zároveň garantuje výši výnosů z jednotky vyrobené elektřiny po dobu 15 let. Systém podpory OZE, doplněný od roku 2004 o možnost podpory ze strukturálních fondů EU, pomáhá ke splnění 13% podílu obnovitelných zdrojů na hrubé domácí spotřebě energie v roce 2020.“ [15] Členské státy Evropské unie si stanovily indikativní cíle podílu elektřiny získané z OZE (Graf 14). Jde o procentuální podíl výroby elektřiny na hrubé domácí spotřebě elektřiny v každém členském státě. Česká republika se zavázala ke splnění indikativního cíle ve výši 8% podílu elektrické energie z obnovitelných zdrojů na hrubé domácí spotřebě v roce 28

2010. Indikativní cíle jsou důležitou součástí balíčku opatření, která jsou potřebná ke snižování emisí skleníkových plynů. [15]

Graf 14: Indikativní cíle členský států EU v oblasti výroby elektřiny z OZE v roce 2010[XXXVII] Mezi členskými státy Evropské unie se Česká republika se stanoveným cílem 8% zařadila až v druhé polovině grafu z hlediska indikativních cílů. Podle informací Energetického regulačního úřadu činila tuzemská spotřeba elektřiny v roce 2010 70 961,7 GWh, přičemž příspěvek z obnovitelných zdrojů elektřiny byl 8,24%.[11] Z pohledu obnovitelných zdrojů elektřiny dodávaly největší podíl (téměř poloviční) vodní elektrárny (myšleno bez přečerpávacích), dále čtvrtinový podíl zastupovaly elektrárny využívající biomasu a z fotovoltaiky šel v roce 2010 příspěvek 10,5% z celkového množství elektřiny z OZE. OZE vodní elektrárny (bez přečerpávacích vodních elektráren) větrné elekrárny fotovoltaické elektrárny biomasa bioplyn skládkový plyn celkem

[GWh] [%] 2 789,40 44,7 335,5 5,7 615,7 10,5 1 511,90 25,8 508,9 8,7 89,3 1,5 5 850,70 100

Tab. 4: Výroba elektřiny z OZE v ČR za rok 2011 [XXXVIII] 29

Výroba elektřiny z OZE za rok 2010 vodní elektrárny (bez přečerpávacích vodních elektráren) větrné elekrárny fotovoltaické elektrárny biomasa bioplyn skládkový plyn

Graf 15: Výroba elektřiny z OZE v ČR za rok 2011 [XXXIX]

Z pohledu obnovitelných zdrojů energie využívaných u nás v roce 2010 nejvíce dominovala výroba elektřiny z vodních elektráren. Druhým nejvyužívanějším zdrojem se stala biomasa, dále využívání bioplynu a poté fotovoltaické elektrárny, které v tomto roce poprvé vyrobily více elektřiny než větrné elektrárny. U fotovoltaic fotovoltaických ých elektráren byl zaznamenán největší nárůst nár st ze všech OZE (o 692%) mezi roky 2009 a 2010.

V roce 2009 byla vydána nová směrnice EU o podpoře využívání energie z OZE. Dle této směrnice se ČR zavázala k plněné podílu energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné spotřebě energie ve výši 13% (a dle Národního akčního plánu pro energii z OZE nakonec dokonce 13,5%) v roce 2020. Součástí směrnice je také závazný cíl podílu energie z OZE ve všech všech druzích dopravy na hrubé konečné spotřebě energie v dopravě v naší republice ve výši 10% v roce 2020. [15]]

30

3.6. TECHNOLOGIE VE FOTOVOLTAICE 3.6.1. Fotovoltaické panely4

Napětí fotovoltaických článků je dáno použitým polovodičem. V případě křemíku je to přibližně 0,6 V a při zatížení ještě trochu klesá. Udává se, že při optimálním proudu, kdy je výkon maximální, je napětí 0,5 V. Vzhledem k tomu je nutné spojovat řadu článků do série, aby se získalo prakticky využitelné napětí. Fotovoltaický článek může využít jen takové fotony, jejichž energie je větší než rozdíl energie mezi valenčním a vodivostním pásem u použitého polovodiče. Např. křemíkový článek může využít fotony s energií větší než asi 1,1 eV, což představuje záření o vlnové délce menší než 1 100 nm. Pro sluneční záření procházející atmosférou uvažujeme jen fotony s energiemi od 0,5 eV (infračervené záření) po asi 2,9 eV (ultrafialové záření). Do oblasti využitelné křemíkovými články spadá velká část energie slunečního záření. To je také jeden z důvodů, proč se křemík používá. [2]

Graf 16: Část spektra slunečního záření využitelná křemíkovým fotovoltaickým článkem [XL]

Energie fotonů s kratší vlnovou délkou (větší energií) není využita beze zbytku. Každý foton uvolní jen jeden elektron a přebytek energie se přemění v teplo. V důsledku toho nelze principiálně dosáhnout s takovýmto článkem větší než asi 55% využití energie záření. U reálného fotovoltaického článku jsou ještě další ztráty a v praxi se dosahuje účinnosti jen někde mezi 10 až 20%. [2] 4

kapitola 3.6.1. a její podkapitoly jsou převzaty z mé bakalářské práce a aktualizovány [21]

31

Pro praktické použití je fotovoltaické články potřeba spojovat do série do modulů (Obr. 21).

Obr. 21: Fotovoltaický modul vzniká spojením fotovoltaických článků [XLI]

3.6.1.1. Elektrické vlastnosti fotovoltaických článků

Z praktického hlediska jsou pro zdroje energie (tudíž i pro fotovoltaické články) důležitými veličinami proud, napětí a vnitřní odpor. U fotovoltaického článku je proud nakrátko (při nulovém napětí) dán intenzitou dopadajícího záření a napětí naprázdno (napětí při nulovém proudu) je dáno hlavně použitým polovodičem. Fotovoltaický článek se za konstantní intenzity záření chová jako zdroj konstantního proudu a jeho intenzita je limitována počtem fotonů dopadajících na článek za jednotku času. Články zpravidla charakterizujeme tzv. voltampérovou charakteristikou. Proud protékající článkem závisí také na účinnosti (při stejné intenzitě záření článek s větší účinností může dávat vyšší proud). Vnitřní odpor článku je také důležitým faktorem, protože na vnitřním odporu dochází k nežádoucím úbytkům napětí. Teplota článku má na napětí článku a proud protichůdný vliv. Zatímco proud při rostoucí teplotě za jinak stejných podmínek narůstá, napětí a výkon při rostoucí teplotě klesá. Typická je změna výkonu o – 0,47 % /°C (pokles výkonu). To při teplotě zvýšené o 10°C způsobí pokles o 4, 7%, při zvýšení teploty o 25°C pokles již o 11, 8%. Po praktické stránce nás především zajímá výkon článku, který je dán součinem proudu a napětí. Ze tvaru voltampérové charakteristiky vyplývá, že při daných podmínkách (osvětlení, teplota) existuje právě jedna hodnota proudu a napětí, při níž je hodnota výkonu článku maximální. Hovoříme o pracovním bodě článku. Snahou by mělo být pracovat 32

s fotovoltaickými články v tomto optimálním bodě. Dnešní střídače dokážou pracovat tak, že v každém okamžiku zatěžují modul tak, aby byl jeho výkon maximální možný.

Graf 17: V-A charakteristika fotovoltaického článku [XLII]

Aby

bylo

možné

jednotlivé

fotovoltaické

články

srovnávat, používají

se

standardizované podmínky udávání výkonu. Výkon se udává při intenzitě slunečního záření 1 000 W/m2, solárním referenčním spektru AM 1,5 a teplotě P-N přechodu 25°C. [2] Výkon, který je naměřen za těchto podmínek se nazývá špičkový výkon a měří se v jednotce kilowattpeak [kWp]. [5] Jeden instalovaný kWp je schopen vyrobit přibližně 1 000 kWh/rok a zabere mezi 8–10 m2 plochy. [16]

3.6.1.2. Typy fotovoltaických panelů

Během více než padesátiletého vývoje byly vyvinuty fotovoltaické články a moduly z různých druhů materiálů a při výrobě byly použity různé technologie. Nové materiály, jejich technologie i konstrukční principy jsou stále předmětem výzkumu a vývoje. Ve velké míře vyráběny fotovoltaické články a moduly z krystalického křemíku. Fotovoltaické panely, jejichž základ tvoří křemíkové desky, řadíme mezi tzv. panely první generace. Zatím jsou nejrozšířenější technologií a dosahují poměrně vysoké účinnosti přeměny 16 - 22% u monokrystalických a 14 - 18% u polykrystalických článků. 33

„Články druhé generace se vyznačují 100 krát až 1000 krát tenčí aktivní absorbující polovodičovou vrstvou (thin-film) a jejími představiteli jsou např. články z amorfního a mikrokrystalického křemíku (případně silicon-germania, či silicon-karbidu, ale také tzv. směsné polovodiče z materiálů jako Cu, In, Ga, S, Se, označované obecně jako CIS struktury). S úsporou materiálu došlo v porovnání s články první generace k poklesu výrobních nákladů (a tedy za předpokladu velkosériové výroby i k poklesu ceny), nicméně dosahovaná účinnost je obvykle nižší (v sériové výrobě obecně pod 10%). Nespornou výhodou tenkovrstvých článků je možnost volby substrátu (na něhož se tenkovrstvé struktury deponují) a v případě použití flexibilních materiálů (organické, kovové či textilní folie) i značně širší aplikační sféra. Komerčně se začaly články druhé generace prodávat v polovině osmdesátých let.“ [7] U článků třetí generace jsou hlavními cíli snaha o maximalizaci počtu absorbovaných fotonů a následně generovaných párů elektron - díra („proudový“ zisk) a maximalizace využití energie dopadajících fotonů („napěťový“ zisk fotovoltaických článků). [7] Pokud nemáme možnost volby optimálního sklonu či orientace, může tento hendikep částečně řešit právě vhodný výběr technologie panelů. Každá technologie má své přednosti a může nevýhody eliminovat. V České republice je optimální sklon asi 35o s jižní orientací. Jak závisí účinnost fotovoltaických panelů na různém sklonu či orientaci znázorňuje následující grafické vyjádření (Obr. 22).

Obr. 22: Vliv sklonu a orientace fotovoltaických panelů [XLIII]

34

Podíl současných základních technologií na produkci fotovoltaických článků znázorňuje následující grafické vyjádření (Graf 18).

Graf 18: Současný podíl fotovoltaických článků a modulů [XLIV]

Tab. 5: Účinnost různých typů panelů a článků [XLV]

a) Fotovoltaické články a moduly z krystalického křemíku

Křemík je velice vhodným materiálem pro výrobu fotovoltaických článků, neboť u něj lze z hlediska šířky zakázaného pásu dosáhnout velice vysoké účinnosti generace volných nosičů dopadajícího slunečního záření. Také se u křemíku, jakožto základního materiálu pro elektroniku, podařilo velmi dobře zvládnout veškeré operace potřebné k vytváření struktur. [17]

35

Výchozím materiálem pro výrobu článků z krystalického křemíku jsou křemíkové destičky čtvercového tvaru, jejichž rozměry činí až 200x200 mm a rezistivita dosahuje řádově jednotky Ωcm. Na počátku výroby byly fotovoltaické články vyráběny z monokrystalického křemíku, který je vyráběn Czochralského metodou. Potřeba snižování cen vedla k začátku výroby polykrystalických článků. Tyto články jsou vyráběny řízenou zonální tavbou. Monokrystalické či polykrystalické ingoty (tyče) musejí být rozřezány na destičky o tloušťce přibližně 0,08-0,3 mm. Z jedné křemíkové destičky je vyroben jeden fotovoltaický článek. Po chemickém opracování článku je jednostranně vytvořen PN přechod difuzí fosforu v hloubce 0,2-0,5 µm pod povrchem. Povrch je dále pokryt antireflexní vrstvou (SiNx nebo TiO2). Poté jsou články opatřeny kontakty-sběrnicemi, které obvykle bývají naneseny pomocí vodivých past na povrch článků sítotiskem. Na stranu s přechodem PN (na vrstvu N+) je nanesena sběrnice (Ag pasta) a na zadní stranu je nanesen kontakt (Al-Ag pasta). Po vysušení pasty následuje vypálení, při kterém dojde k rozrušení antireflexní nitridové vrstvy a vytvoření ohmických kontaktů. [17]

Obr. 23: Schematické znázornění struktury fotovoltaického článku z krystalického křemíku [XLVI]

Jednotlivé články z krystalického křemíku mají pracovní napětí okolo 0,5 V a proudovou hustotu několik desítek mA/cm2 (cca 30 mA/cm2). Je tedy potřeba spojovat jednotlivé články do série do funkčních bloků – modulů. Ty se musejí být chráněny před nepříznivými vlivy okolního prostředí (tvrzeným sklem pomocí EVA, zadní vrstva je kryta vícevrstvou fólií z plastu a hliníkovým rámem). Dále jsou moduly na zadní straně opatřeny svorkovnicí s překlenovacími diodami a kabelovými vývody. [17] 36

b) Fotovoltaické tenkovrstvé články a moduly

U materiálů s vysokým absorpčním koeficientem lze realizovat fotovoltaický článek ve vrstvě o tloušťce několika µm, což představuje výrazné úspory polovodičového materiálu. Nejčastěji se využívá amorfní křemík, někdy v kombinaci s mikrokrystalickým či nanokrystalickým křemíkem. Nebo se také tenkovrstvé moduly vyrábějí z CdTe nebo CuInSe2. V tenkovrstvé technologii nejsou realizovány jednotlivé články, ale přímo celý modul, přičemž tenké vrstvy jsou deponovány různými technologiemi (napařováním, naprašováním, chemickou depozicí z plynné fáze (CVD), elektrochemicky, apod.). [18] Tenkovrstvé moduly z amorfního křemíku v prvních 60 hodinách provozu produkují o zhruba 30% vyšší výkon než je výkon deklarovaný výrobcem. Potom je výkon ještě asi o 15% vyšší, ale během následujícího roku dále klesá a ustaluje se na hodnotě udávané výrobcem. Tomuto jevu se říká Staebler – Wronski efekt. [19] Nespornou výhodou amorfního křemíku oproti krystalickému je to, že v létě netrpí na přehřívání. Má nižší teplotní součinitel výkonu a jeho účinnost tedy s rostoucí teplotou klesá mnohem pomaleji, než je tomu u krystalického křemíku.

Výtěžnost z amorfních

modulů během letních měsíců je tedy vyšší než u modulů křemíkových. [19] Také v místech, kde není možné splnit požadavek optimální orientace (odchylka od jihu je více než 45o), je technologie amorfního křemíku vhodná. [19]

Obr. 24: Struktury různých typů tenkovrstvých fotovoltaických článků [XLVII] Pozn. k obr.: TCO (transparent conducting oxide) – transparentní vodivý oxid nutný pro dosažení přijatelné hodnoty Rs.

37

c) Fotovoltaické články třetí generace

Fotovoltaické články třetí generace jsou ve výzkumu a pozornost se upíná do několika směrů: •

na vícevrstvé solární články (z tenkých vrstev)

•

na články s vícenásobnými pásy

•

na články, které by využívaly „horké“ nosiče náboje pro generaci více párů elektronů a děr

•

na termofotovoltaickou přeměnu, kde absorbér je současně i radiátorem vyzařujícím selektivně na jedné energii

•

na termofotonickou přeměnu, kde absorbér je nahrazen elektroluminiscencí

•

na články využívající kvantových jevů v kvantových tečkách nebo kvantových jamách

•

na prostorově strukturované články vznikající samoorganizací při růstu aktivní vrstvy

•

organické články (např. na bázi objemových heteropřechodů) [7]

„Zatím jediným komerčním příkladem dobře fungujících článků třetí generace (přímo navazující na FV druhé generace) jsou vícevrstvé struktury (dvojvrstvé – tzv. tandemy a trojvrstvé články), z nichž každá sub-struktura (p-i-n) absorbuje určitou část spektra a maximalizuje se tak energetická využitelnost fotonů. Příkladem tandemového solárního článku je struktura skládající se z p-i-n přechodu amorfního (hydrogenovaného) křemíku (a-Si:H) a p-i-n přechodu mikrokrystalického (hydrogenovaného) křemíku (µc-Si:H). Amorfní křemík má vysokou absorpci v oblasti modré, zelené a žluté části spektra, mikrokrystalický křemík pak dobře absorbuje i v oblasti červené a infračervené. Mikrokrystalický křemík může být nahrazen i „slitinou“ křemíku s germániem a dle zvoleného poměru obou materiálů se dají upravovat jejich optické (i elektrické) vlastnosti. Tohoto materiálů se např. využívá komerčně právě pro trojvrstvé solární články, kde dva spodní články jsou vyrobeny s různou koncentrací Si a Ge. Základní podmínkou pro dobrou funkcí vícevrstvých článků je, aby každý z článků generoval stejný proud. V opačném případě, horší (příp. nejhorší) z článků limituje dosažitelnou účinnost. Výsledné napětí je pak dané součtem obou (příp. všech) článků.“ [7]

38

3.6.2. Další komponenty fotovoltaických systémů

Základním prvkem fotovoltaických systémů je generátor elektrického proudu – fotovoltaický článek a potažmo panel. Pro funkci systému jsou potřeba další součásti, o kterých se zmíním v následujících podkapitolách.

3.6.2.1. Střídač

Střídač je základním elektrickým zařízením každého fotovoltaického systému, který využívá střídavou elektrickou energii. Zajišťuje přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý proud s požadovanými parametry a kvalitou. Pokud jsou na vstup napojovány přímo fotovoltaické panely, je potřeba zajistit i jejich optimální provoz (sledovat bod maximálního výkonu). V případě systémů pracujících paralelně se sítí je navíc třeba splnit všechny požadavky na zajištění bezpečnosti provozu (sledování napětí, frekvence, impedance sítě, vypnutí dodávky energie při poruše, bezpečné odpojování, případně galvanické oddělení). Tyto funkce může zastávat buď střídač, nebo mohou být zajištěny pomocí dalších zařízení. Řada střídačů navíc umožňuje připojení datové komunikační linky pro monitorování provozu systému. Na trhu se můžeme setkat se střídači pro využití v systémech pracujících paralelně se sítí (on-grid), nebo v systémech pro autonomní nebo pro kombinovaný provoz. [18] „Z hlediska výkonů se dělí na tzv. modulové střídače (střídač je připojen pouze k jednomu modulu), řetězcové (stringové - každý střídač je připojen k několika fotovoltaickým panelům vzájemně propojeným do série, případně i paralelně) a velké centrální střídače (připojené na stovky až tisíce panelů). S modulovými střídači se setkáme velmi zřídka, výlučně u malých systémů. Středně velké elektrárny využívají řetězcových střídačů. V případě velkých elektráren se používá koncept jak velkých centrálních střídačů, tak i velkého množství řetězcových střídačů. Některé střídače mají vestavěný transformátor pro galvanické oddělení výstupu. Ten sice mírně snižuje účinnost, nicméně toto oddělení je potřeba v případě připojení tenkovrstvých FV panelů.“ [18] Jak se mění účinnost střídače na aktuálním výstupním výkonu fotovoltaických panelů, je zmíněna v kapitole 6.2.4. (Graf 36).

39

3.6.2.2. Konstrukce a kabeláž

Při instalaci fotovoltaických elektráren je potřeba myslet na životnost nebo možnost snadné obměny všech komponent. Měly by vydržet déle než je životnost generátoru elektřiny – panelů. Tím, že je většina komponent vystavena povětrnostním vlivům vnějšího prostředí, jsou na ně kladeny velké nároky (např. musí být odolné vůči velkým výkyvům teplot, vůči působení vody či záření atd.). Musí se brát v úvahu proměnné elektrické parametry a také musí být zachována bezpečnost ve všech situacích. Z nosných konstrukcí v našich podmínkách převládají fixní instalace. Další možností jsou otočné konstrukce, které vyhledávají optimální natočení a sklon fotovoltaických panelů v danou chvíli.

3.6.2.3. Akumulátor

Akumulátor se využívá většinou u autonomních nebo hybridních systémů. Protože se většinou časově plně nekryje výroba elektrické energie z fotovoltaického panelu s aktuální spotřebou, je třeba využít akumulační prvek.

3.6.2.4. Regulátor nabíjení akumulátoru

Regulátor nabíjení akumulátoru zajišťuje řízenou akumulaci energie do akumulátoru, chrání jej proti přebíjení a současně zabraňuje vybíjení akumulátoru přes solární moduly v době nízkého slunečního svitu a indikuje pracovní režimy systému. [20]

Graf 19: Procentuální podíly komponentů na pořizovací ceně fotovoltaické elektrárny [XLVIII] 40

4. ROZVOJ FOTOVOLTAIKY A LEGISLATIVNÍ PODMÍNKY V ČR Instalace fotovoltaických systémů v České republice do roku 2005 byly brány spíše jako zkušební - pro výzkum a vysledování jejich funkčnosti v klimatických podmínkách naší republiky. Testovalo se různé technologie panelů, možnosti uchování energie, její využití atd. Jejich význam z hlediska vyrobené energie byl druhořadý, jako zdroj elektřiny byly brány spíš jen některá autonomní zařízení, která byla vystavena právě za účelem zásobování odlehlých míst. Drobné fotovoltaické systémy tedy vznikaly především při univerzitách a výzkumných ústavech. Překážkou pro širší využití byla pořizovací cena a nedostatečná znalost a zkušenost, ale byla zde pozitiva v podobě úspěchů s tímto zdrojem v zahraničí a velký potenciál. Pro možnost většího rozšíření tohoto obnovitelného zdroje bylo zapotřebí připravit legislativní podmínky a zvýšit informovanost o tomto novém odvětví. K přelomu došlo v roce 2005, kdy byl schválen zákon č. 180/2005 Sb. O podpoře obnovitelných zdrojů ze dne 31.3.2005, který se stal základem podpory obnovitelných zdrojů v ČR v souladu se směrnicemi Evropského společenství. [18]

4.1. LEGISLATIVNÍ PODMÍNKY V ČR Zákon č. 180/2005 Sb. O podpoře obnovitelných zdrojů Účelem tohoto zákona bylo: •

podpořit využití OZE

•

zajistit trvalé zvyšování podílu OZE

vytvořit podmínky pro naplnění indikativního cíle podílu elektřiny na hrubé spotřebě v ČR ve výši 8% k roku 2010 a pro další zvyšování tohoto podílu po roce 2010. [18]

Zákon č. 180/2005 Sb. O podpoře obnovitelných zdrojů dále stanovil, že: •

provozovatel distribuční soustavy má povinnost přednostně připojit výrobce z OZE a je povinen připojit takovýto zdroj, pokud tím nebude prokazatelně ohrožen nebo omezen provoz distribuční soustavy

•

podpora bude zajištěna formou přímého výkupu či zeleného bonusu a výrobce si může 1x ročně formu podpory změnit 41

•

výkupní ceny budou stanoveny rok dopředu a meziroční pokles může být maximálně 5%

výkupní ceny musí zaručit návratnost investice do 15 let. [18]

Dalšími legislativními opatření •

Vyhláška 475 ze dne 30.11.2005, kterou se provádějí některá ustanovení o podpoře využívání obnovitelných zdrojů

•

Vyhláška 364 ze dne 18.11.2007, kterou se mění vyhláška č. 475 - prodlužuje předpokládanou životnost fotovoltaické výrobny a současně podporu na 20let. Uvádí požadavky na účinnost FV zdroje (pro zajištění finanční návratnosti).

•

Vyhláška 426 ze dne 11.10.2005 o podrobnostech udělování licencí pro podnikání v energetických odvětvích

•

Vyhláška 363 ze dne 18.11.2007, kterou se mění vyhláška č. 426/2005 Sb. [18]

„I když zpočátku existovaly různé dotační programy pro podporu výroby elektrické energie pomocí fotovoltaiky (např. částečné hrazení pořizovacích nákladů programy zajišťovanými SFŽP, MPO), časem se přešlo na výlučnou podporu pouze pomocí garantovaných výkupních cen energie. K tomuto kroku mimo jiné vedla snaha o efektivní využívání instalovaných systémů. Garantované výkupní ceny jsou stanoveny vždy na celý následující rok dopředu Energetickým regulačním úřadem (ERU). Bouřlivý rozvoj fotovoltaiky ve světovém měřítku spolu s poklesem pořizovacích cen komponent v posledních letech znamenal zásadní průlom. Bohužel na změny vláda a jednotlivé orgány včas nereagovaly, což mimo jiné způsobilo masivní nárůst instalovaného výkonu. Toto odvětví se na čas stalo skutečnou „továrnou na peníze“ místo původně zamýšlené snahy o dlouhodobě udržitelné průmyslové odvětví generující přiměřený zisk. Důsledkem jsou všechny problémy plynoucí z unáhlené rychlé výstavby, včetně poškození fotovoltaiky v očích veřejnosti. Většina výkonu je soustředěna na instalace na volné půdě místo využitelných ploch na střechách, většina výkonu je připojena do sítí VN místo lokálního zásobování objektů. Z instalovaného výkonu mají provozovatelé FV elektráren výrazně vyšší zisky nežli bylo nutné, což se promítá v cenách elektrické energie ostatních spotřebitelů. V České republice bylo během několika let vytvořeno zcela nové odvětví s obrovským obratem a množstvím pracovních míst, které ke konci roku 2010 vlivem nových opatření týkajících se změn podpory a zastavením vydávání nových připojovacích povolení téměř zaniklo.“ [18]

42

4.2. ZPŮSOB PŘIPOJENÍ FOTOVOLTAICKÝCH ELEKTRÁREN Z pohledu připojení fotovoltaických elektráren do distribuční soustavy v naší republice jsou legislativními podmínkami a předpisy provozovatelů distribučních soustav stanoveny 2 formy podpory a technického provedení fotovoltaické elektrárny – varianta přímého výkupu a varianta „zeleného bonusu“.

a) Technické provedení připojení fotovoltaické elektrárny do distribuční soustavy v případě přímého výkupu: - provozovatel fotovoltaické elektrárny dodává veškerou vyrobenou energii do distribuční soustavy (množství se měří elektroměrem E2) - elektrickou energii pro vlastní spotřebu nadále nakupuje dle předchozích podmínek (množství je měřeno elektroměrem E1) - veškerou elektrickou energii vyrobenou obnovitelným zdrojem má provozovatel přenosové soustavy povinnost vykoupit za předem stanovenou cenu pro daný rok [18]

Obr. 25: Schéma zapojení fotovoltaické elektrárny do distribuční sítě při zvolené variantě přímého výkupu [XLIX]

Výkup probíhá za cenu určenou pro daný rok ERÚ a tato cena je vyplácena jako minimální (navyšuje se o index PPI, což je cenový index průmyslové výroby = „průmyslová inflace“) po dobu následujících patnáct let. Provozovatel fotovoltaické elektrárny má

povinnost podávat hlášení o naměřené výrobě každého půl roku. [7] 43

b) Technické provedení připojení fotovoltaické elektrárny do distribuční sítě v případě „zeleného bonusu“: Zeleným bonusem se nazývá finanční částka, která se navyšuje k tržní ceně elektřiny a zohledňuje tak snížené poškozování životního prostředí využitím obnovitelného zdroje. - provozovatel fotovoltaické elektrárny využívá vyrobenou energii přednostně pro svou vlastní spotřebu - provozovatel fotovoltaické elektrárny za veškerou vyrobenou energii z FV elektrárny dostává tzv. „zelený bonus“ - pokud fotovoltaická elektrárna aktuálně vyrábí provozovateli více energie, nežli sám spotřebovává, může navíc prodávat přebytky energie pomocí distribuční sítě za tržní cenu energie - pokud zrovna provozovatel spotřebovává energii vyrobenou z fotovoltaické elektrárny, šetří tím za nákup energie z distribuční sítě - pokud provozovatel fotovoltaické elektrárny spotřebovává více energie, než vyrábí, může tuto energii nadále nakupovat dle předchozích podmínek [18]

Obr. 26: Schéma zapojení fotovoltaické elektrárny do distribuční sítě při zvolené variantě „zeleného bonusu“ [L]

44

4.3. VÝVOJ VÝKUPNÍCH CEN V ČR

Tab. 6: Vývoj výkupních cen a zelených bonusů v letech 2006 – 2012 (v Kč bez DPH) [LI]

45

5. VYBRANÉ PROBLÉMY INSTALOVANÝCH FVE Při plánování a budování fotovoltaických systémů je potřeba myslet na řadu aspektů, aby jeho účinnost byla maximální možná. Jedním z problémů, které se mohou vyskytnout, a také vyskytují, je zastínění. Tento problém jsem blíže zkoumala ve své bakalářské práci. Z následujícího grafu, který vznikl měřením v laboratorních podmínkách, je patrné, že výkon fotovoltaického panelu rapidně klesal v závislosti se zvětšujícím zastíněním.

Počet zakrytých řad n

0 -1

0

1

2

3

4

5

6

log In/Io

-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8

Graf 20: Logaritmické vyjádření klesání výkonu v závislosti na zastiňování jednotlivých řad křemíkových článků [LII]

Již při zastínění jedné řady křemíkových článků na fotovoltaickém panelu výkon fotovoltaického panelu rapidně klesl. [21]

V tomto případě se jedná se o problém s částečným zastíněním, kdy stín dopadá jen na část fotovoltaického panelu. V reálných podmínkách se může jednat o stín, který může vrhat například nějaká budova, sloup, strom, jeřáb, ale také se může jednat o stín vrhající sousední řada panelů. K problému se vzájemným stíněním řad panelů dochází zejména v zimních měsících, kdy je slunce nízko nad obzorem, nebo jsou řady panelů příliš blízko u sebe.

46

Obr. 27: Grafické znázornění problematiky vzájemného zastínění [LIII]

Pokud by byl Úhel C (Obr.27) menší, než je zde graficky znázorněno, došlo by již ke vzájemnému zastínění těchto dvou řad a tím pádem poklesu výkonu řady panelů nakreslené vpravo.

Graf 21: Znázornění klesání výkonu v souvislosti se zastíněním (26.12.2009) [LIV]

Tento graf (Graf 21) znázorňuje den, kdy došlo k zastínění řady, kterou znázorňuje oranžová křivka, řadou, kterou znázorňuje modrá křivka. Obě řady mají stejný špičkový výkon. Z grafu je patrné, že na zastíněnou řadu (oranžová barva) začal přibližně od 13:30 dopadat stín a její výkon oproti řadě nezastíněné (modře znázorněná) klesl. [21] 47

Dalším možným problémem se může stát pokles výkonu v závislosti s homogenním zastíněním. Volt - ampérová charakteristika je totiž velmi závislá na intenzitě dopadajícího záření. Homogenní zastínění může způsobovat znečištění, tato problematika je řešena v praktické části.

Graf 22: Příklad vlivu intenzity záření na V – A charakteristiku fotovoltaických článků [LV]

Vysoká teplota má také výrazný vliv na účinnosti fotovoltaických panelů a především na velikost napětí naprázdno UOC. Pro fotovoltaické články z krystalického křemíku (c-Si) je pokles UOC okolo 0.4% / K. Zároveň s poklesem UOC klesá i napětí v bodě maximálního výkonu Ump. Na velikost proudu v bodě maximálního výkonu Imp má teplota malý vliv, proud nakrátko ISC s rostoucí teplotou mírně roste. V důsledku toho klesá s rostoucí teplotou i maximální výkon a tedy i účinnost FV článků. V případě článků z krystalického křemíku je pokles účinnosti přibližně 0,5% / K. [18] U panelů s články amorfního křemíku je ale pokles jejich účinnosti v závislosti na teplotě méně výrazný než je tomu u panelů s články z monokrystalického a polykrystalického křemíku. [22]

48

Graf 23: Vliv teploty na V – A charakteristiku křemíkového fotovoltaického článku [LVI]

Možný výkon fotovoltaického článku může být nižší v důsledku optických ztrát. Proti takovým ztrátám se bojuje aplikací různých antireflexních vrstev, vhodnou texturací povrchu či kombinací obou technologií.

Obr. 28: Texturace povrchu [LVII] Pozn. k obr.: pyramidová struktura dokáže snížit odrazivost přibližně o jednu třetinu oproti rovinnému povrchu

Je otázkou, zda v praxi mírné znečištění není žádoucí a nedokáže „zastupovat“ antireflexní vrstvu.

49

6. KONKRÉTNÍ APLIKACE 6.1. VYHODNOCENÍ PROBLÉMU FVE ZAJEČÍ SE ZNEČIŠTĚNÍM Jedná se o fotovoltaickou elektrárnu na jihu Moravy s instalovaným výkonem 2,054 MWp. Je vystavěna na poli, čítá 8960 kusů fotovoltaikých panelů, má dvě 1 MW trafostanice, přičemž v každé z nich jsou dva centrální střídače. Na jeden střídač připadá 160 stringů. Ve stringu je vždy 14 panelů. Stringy jsou sdruženy ve stringových rozvaděčích.[23] FVE Zaječí sousedí s linkou na výrobu tvarovaných biopaliv. Využívají drcené slámy a dřevěného odpadu pro výrobu topných pelet. Provozovna produkuje velké množství prachu, jenž dopadá i na některé řady fotovoltaických panelů zmiňované elektrárny a ovlivňuje tak jejich výkon.

Obr. 29: Pohled na FVE Zaječí a linku na výrobu tvarovaných biopaliv ze severní strany. Pozn. k Obr. 29: Vlevo je patrná část FVE Zaječí a vpravo linka na výrobu tvarovaných biopaliv.

Obr. 30: Pohled na FVE Zaječí z východu. Pozn. k Obr. 30: Za řadami panelů je vidět budova, kde se vyrábí biopaliva.

50

Obr. 31: Fotografie cedule na dveřích provozovny na výrobu biopaliv

Obr. 32: Materiál na výrobu tvarovaných biopaliv

Obr. 33: Stroj na úpravu materiálu na výrobu biopaliv 51

Obr. 34: Znečištěné fotovoltaické panely

Obr. 35: Znečištěný plot fotovoltaické elektrárny Pozn. k Obr. 35: Míra znečištění je patrná také na plotě v blízkosti provozu na výrobu tvarovaných biopaliv.

52

Obr. 36: Mapa znázorňující situaci [LVIII]

Na mapě jsou znázorněny řady fotovoltaických panelů. Barevně jsou odlišeny stringy, ze kterých jde proud do nejbližšího stringového rozvaděče, přičemž do jednoho stringového rozvaděče jde proud ze strigů vybarvených jednou příslušnou barvou. Zeleně vybarvená je budova provozu linky na výrobu tvarovaných biopaliv, tmavě fialovou jsou vybarveny stringové rozvaděče, ze kterých jde proud do sřídače 4 a tyrkysově modrou jsou vybarveny stringové rozvaděče, ze kterých jde proud do střídače 1. Prach ze sousedního provozu dopadá na panely, ze kterých jde proud do střídače 4.

53

výkon [kW]

Průběh výkonů střídačů panelů neznečištěných (střídač 1) a panelů znečištěných (střídač 4) 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 6:43

Výkon střídače 1 [kW] Výkon střídače 4 [kW]

9:07

11:31 čas

13:55

16:19

Graf 24: Znázornění průběhů výkonů střídačů z panelů neznečištěných (střídač 1) a z panelů znečištěných (střídač 4) ze dne 8.2.2011(oblačno) Pozn. ke Grafu 24: špičkový výkon panelů napojených na oba střídače je stejný

Průběh výkonů střídačů panelů neznečištěných (střídač 1) a panelů znečištěných (střídač 4) 500 výkon [kW]

400 300 Výkon střídače 1 [kW]

200

Výkon střídače 4 [kW]

100 0 6:00

10:48

15:36 čas

Graf 25: Znázornění průběhů výkonů střídačů z panelů neznečištěných (střídač 1) a ze znečištěných (střídač 4) ze dne 28.2.2011 (jasno). Pozn. ke Grafu 25: špičkový výkon panelů napojených na oba střídače je stejný

54

Z předchozích dvou grafů je patrné, že panely, které jsou napojené na střídač 4, vykazovaly nižší výkon než panely připojené ke střídači 1. Důvodem těchto rozdílu je znečištění způsobené popraškem ze sousedícího provozu na výrobu lisovaných biopaliv.

Z mých výpočtů pro vybraný den (8.2.2011) za oblačného počasí střídač 1, na který jsou napojené fotovoltaické panely neznečištěné, dodal do sítě 1593,9 kWh elektrické energie a střídač 4, který převádí napětí dodávané ze znečištěných fotovoltaických panelů dodal pouze 1455,6 kWh. Ztráta vzniklá znečištěním panelů činila 8,7%. Dne 28.2.2011 během jasného počasí vznikla ztráta na výkonu střídače 4 způsobená znečištěním fotovoltaických panelů ve výši 7,8%. Střídač 1 dodal do sítě 2321 kWh a střídač 4 dodal pouze 2139,5 kWh. Srovnáním procentuálního vyjádření ztrát jsem dospěla k názoru, že míra znečištění v těchto dnech byla přibližně stejná a že počasí v zásadě výkon neovlivnilo.

55

6.2. MĚŘENÍ REÁLNÝCH PARAMETRŮ NA FVE PdF MU Pro měření jsem využila solární elektrárnu Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity. Jedná se o fotovoltaickou elektrárnu s instalovaným výkonem 40 kWp, která se nachází na střeše budovy školy na Poříčí 31. Fotovoltaické panely jsou instalovány jednak na ploché střeše, jednak vertikálně na horním okraji fasády. Fotovoltaická elektrárna se dělí na tři sekce. První sekci tvoří 48 panelů řady Radix 72-106 o celkovém výkonu 5 kWp a je přichycena na fasádě. Druhou sekci tvoří tytéž panely o celkovém výkonu 30 kWp, které jsou umístěny na střeše pod úhlem 25o (tato méně výhodná instalace byla zvolena z důvodu podmínky památkářů). Na osazení třetí sekce bylo využito 56 kusů tzv. „fotovoltaických dvojskel“, typ SBI2G 72-90BR, o celkovém výkonu 5 kWp. [24] Kromě panelů umístěných v sekcích jsou na střeše ještě 2 monitorované fotovoltaické panely, které jsou určené k pokusům a studijním účelům. Využila jsem je pro měření a následnou analýzu dat a srovnání. Panely jsou totožné (oba jsou typ Radix 72-106), jsou umístěny vedle sebe, se stejnou orientací i sklonem. Převod stejnosměrného napětí, které dodávají fotovoltaické články, na střídavé síťové napětí 230 V zajišťuje 8 střídačů napětí značky FRONIUS (typ FRONIUS IG 40 a FRONIUS IG 60). První a třetí sekce je každá obsluhována jedním střídačem a druhá sekce zbylými šesti. [24] Pro instalaci fotovoltaických panelů byl použit pozinkovaný materiál o celkové hmotnosti 13000 kg, který vyniká výbornou stabilitou vysokou odolností vůči povětrnostním vlivům. [24] Celý systém fotovoltaické elektrárny je napojen v hlavním rozvaděči na vnitřní silnoproudou síť fakulty a je tak možné dodávat vyrobenou elektrickou energii do všech tří budov fakulty pro okamžitou spotřebu nebo ji dodávat do vnější rozvodné sítě. Zkušební provoz ukázal, že reálný potenciál výroby elektrické energie v lokalitě PdF MU vykazuje velmi dobrou shodu v oblasti špiček odběru elektřiny a její výroby z FV panelu.

[24]

V halách fakulty jsou umístěné informační panely zobrazující aktuální stav ve výrobě elektrické energie přímou konverzí z dopadajícího slunečního záření a také informace o úspoře emisí CO2. Celý fotovoltaický systém je také monitorován a data jsou pravidelně shromažďována pro možnost další analýzy. Primární význam fotovoltaické elektrárny na střeše fakulty je v rozšiřování povědomí o významu obnovitelných zdrojů energie u všech studentů pedagogické fakulty, kteří mohou

56

v budoucnu coby učitelé získané poznatky přenášet na žáky a potažmo na velkou část populace. [25] Tato elektrárna byla uvedena do ověřovacího provozu v dubnu v roce 2005 a řádný provoz byl zahájen v lednu roku 2006. [25]

Na solární elektrárně pedagogické fakulty jsem provedla měření vlivu hrubých nečistot na výkon fotovoltaických panelů, dále bylo provedeno monitorování termokamerou a provedla jsem srovnání dvou použitých typů fotovoltaických panelů z pohledu jejich výkonu v závislosti na teplotě a intenzitě osvětlení.

6.2.1. Měření vlivu hrubých nečistot

6.2.1.1. Měření transmitance plexiskla

Pro reálné měření jsem hodlala využít plexisklo, tudíž jsem pomocí spektrofotometrie musela zjistit, zda jeho propustnost (transmitance) příliš neovlivní výsledky měření.

Při spektrofotometrii během průchodu světelného toku vzorkem může docházet k jeho zeslabení, protože částice látek přítomné ve vzorku část elektromagnetického záření pohltí (absorbují). Záření, které projde vzorkem, dopadá na detektor, který měří jeho intenzitu. Byla tedy zavedena veličina zvaná transmitance (propustnost), která je definována vztahem: T = I / I0 , kde T je transmitance; I je intenzita záření po průchodu vzorkem; I0 je intenzita záření, které do vzorku vstoupilo. [26] Transmitance může nabývat hodnot 0 až 1, přičemž nulovou hodnotu má, pokud bylo veškeré záření pohlceno a hodnotu 1 tehdy, když vzorkem veškeré záření projde. Propustnost lze také vyjádřit v procentech: T = (I / I0) ∗ 100, tehdy nabývá hodnot 0 až 100 %. [26]

Využila jsem spektrofotometru značky Leybold, typ Digitales Diodenarray – Spektralphotometer 667 347, ve kterém jsem proměřila závislost propustnosti plexiskla na vlnové délce. 57

propustnost plexiskla v závislosti na vlnové délce [%]

propustnost [%]

100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 350

450

550 650 vlnová délka [nm]

750

850

Graf 26: Závislost naměřené propustnosti plexiskla na vlnové délce

Graf 27: Srovnání solárního spektra a teoreticky využitelné oblasti spektra křemíkovým solárním článkem [LIX]

Při srovnání grafu získaného z měření (Graf 26) s grafem pro spektrum slunečního záření využitelného křemíkovým fotovoltaickým článkem (Graf 27) se dospělo k názoru, že propustnost plexiskla by měření nemělo zásadně ovlivnit. Propustnost použitého plexiskla klesá pod 80% při vlnových délkách nižších než 430 nm, kde je i teoreticky využitelná oblast spektra křemíkovým solárním článkem malá.

58

6.2.1.2. Měření vlivu znečištění na výkon fotovoltaických panelů

Pro měření vlivu znečištění na výkon fotovoltaických panelů byly využity 2 totožné fotovoltaické panely typu Radix 72 – 106. Data získaná z každého panelu jsou ukládána pro možnost následné analýzy a kontroly. Panely jsou stejně orientované (během měření byla orientace J + 33o), jsou instalované pod stejným sklonem a jsou umístěny vedle sebe, tudíž vnější podmínky jsou pro oba panely totožné. Jeden fotovoltaický panel zůstal nepozměněn (kontrolní) a na druhém byly simulovány různé situace. Nejdříve bylo provedeno srovnávací měření pro kontrolu jejich výkonů, dále byl pouze jeden panel zakryt plexisklem a proměřilo se, jak se změní jeho výkon. Poté jsme pod plexisklo sypali dřevěné piliny, kterými jsme simulovali znečištění. Piliny byly použity v různém množství a představovaly tak různou míru znečištění.

6.2.1.2.1. Kontrolní měření výkonů fotovoltaických panelů

Aby bylo možné porovnávat 2 typově totožné fotovoltaické panely, bylo nejdříve potřeba zjistit, zda je jejich výkon stejný.

Srovnání výkonů 2 fotovoltaických panelů bez simulace 90 80

výkon [W]

70 60 50

Výkon FV panelu "nečistit" [W]

40 Výkon FV panelu "čistit"[W]

30 20 10 6:20 7:00 7:40 8:20 9:00 9:40 10:20 11:00 11:40 12:20 13:00 13:40 14:20 15:00 15:40 16:20 17:00 17:40

0 čas

Graf 28: Srovnání výkonů 2 fotovoltaických panelů bez simulování situací (18.3.2012)

59

Z grafu (Graf 28) je patrné, že výkon fotovoltaického panelu označeného jako „nečistit“, na kterém byly následně prováděny simulace, je nižší. Pro den 18.3.2012 dodal panel „čistit“ do sítě 444 Wh a panel „nečistit“ pouze 410 Wh. To znamená, že ztráta vzniklá na panelu „nečistit“ činila 7,7%.

Relativní srovnání výkonů ze střídače panelu „čistit“ a střídače panelu „nečistit“ 2.5 2 1.5 1 0.5 0 6:50

9:14

11:38 čas

14:02

16:26

Graf 29: Relativní srovnání výkonů ze střídače panelu „čistit“ a střídače panelu „nečistit“ (18.3.2012)

Ačkoliv se relativní srovnání výkonů ze dvou střídačů dvou typově totožných a stejně orientovaných panelů se blíží 1, panely v průběhu celého dne dodaly o 7,7% rozdílné množství energie.

6.2.1.2.2. Měření vlivu plexiskla na výkon fotovoltaického panelu

Následně bylo na fotovoltaický panel „nečistit“ (při pohledu zepředu ten levý) připevněno plexisklo. Bylo přichyceno pomocí úchytů tak, aby nezastiňovaly fotovoltaické články. Před aplikací plexiskla byly oba panely otřeny od prachu. Naměřená data byla uchovávána pro analýzu.

60

Srovnání výkonů fotovoltaického panelu bez plexiskla a s plexisklem 90 80

výkon [W]

70 Výkon FV panelu s plexisklem [W]

60 50

Výkon FV panelu bez plexiskla [W]

40 30 20 10 6:20 7:00 7:40 8:20 9:00 9:40 10:20 11:00 11:40 12:20 13:00 13:40 14:20 15:00 15:40 16:20 17:00 17:40

0

čas Graf 30: Srovnání výkonů fotovoltaického panelu bez plexiskla a s plexisklem (21.3.2012)

Výkon fotovoltaického panelu zakrytého plexisklem byl nižší. Množství energie dodané fotovoltaickým panelem s plexisklem bylo 392 Wh a z panelu bez plexiskla dosáhlo 501 Wh. Uvažujeme-li snížený výkon panelu „nečistit“ o 7,7%, střední ztráta způsobená zakrytím fotovoltaického panelu plexisklem je 14,1%.

Relativní srovnání výkonů střídačů panelu bez plexiskla a panelu s plexisklem 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 7:04

9:28

11:52 čas

14:16

16:40

Graf 31: Relativní srovnání výkonů střídačů panelu bez plexiskla a panelu s plexisklem (21.3.2012) 61

Relativní srovnání výkonů střídačů panelu bez plexiskla a panelu s plexisklem se pohybuje okolo hodnot 1,2 a 1,3.

6.2.1.2.3. Měření vlivu znečištění 1 na výkon fotovoltaického panelu

V této fázi bylo simulováno znečištění. Pod plexisklo aplikována první vrstva dřevěných pilin. Množství použitých pilin znázorňující znečištění zobrazují dokumentační fotografie (Obr. 37 a Obr. 38).

Obr. 37: Znečištění 1

Obr. 38: Znečištění 1 62

Srovnání výkonů fotovoltaického panelu bez znečištění a znečištěného (znečištění 1) 100 výkon [W]

80 60 Výkon znečištěného FV panelu [W]

40 20

Výkon FV panelu bez znečištění [W] 7:20 8:10 9:00 9:50 10:40 11:30 12:20 13:10 14:00 14:50 15:40 16:30 17:20 18:10 19:00

0

čas Graf 32: Srovnání výkonů fotovoltaických panelů bez znečištění a znečištěného (znečištění 1) (26.3.2012)

Během dne, kdy byla prováděna simulace znečištění (znečištění 1) čistý panel dodal do sítě 535 Wh a energie dodaná znečištěným panelem byla pouze 237 Wh. Pokud bereme v úvahu běžnou ztrátu 7,7% u panelu „nečistit“ a ztrátu 14,1% kvůli instalovanému plexisklu, pak ztráta na výkonu způsobená znečištěním 1 pilinami činila 33,9%.

Relativní srovnání výkonů střídačů panelu bez znečištění a panelu se znečištěním 1 6 5 4 3 2 1 0 8:24

10:48

13:12 čas

15:36

18:00

Graf 33: Relativní srovnání výkonů střídačů panelu bez znečištění a panelu se znečištěním (26.3.2012) 63

Z relativního srovnání výkonů střádačů panelu se simulovaným znečištěním a panelu neznečištěného (Graf 33) je patrné, že znečištění snižuje výkon méně okolo poledních hodin než v ranních až dopoledních a odpoledních až večerních hodinách, kdy na panel dopadá světlo pod větším úhlem. Dále je patrné, že relativní srovnání se pohybuje téměř celý den nad hodnotou 2.

6.2.1.2.4. Měření vlivu znečištění 2 na výkon fotovoltaického panelu

Pro další měření byla zvolena menší míra znečištění, kterou opět dokumentují přiložené fotografie (Obr. 39 a Obr. 40).

Obr. 39: Znečištění 2

Obr. 40: Znečištění 2

64

Srovnání výkonů fotovoltaického panelu bez znečištění a znečištěného (znečištění 2) Výkon [W]

100 80 60

Výkon znečištěného fotovoltaického panelu [W]

40 20 6:40 7:30 8:20 9:10 10:00 10:50 11:40 12:30 13:20 14:10 15:00 15:50 16:40 17:30 18:20 19:10

0

Výkon fotovoltaického panelu bez znečištění [W]

čas Graf 34: Srovnání výkonů fotovoltaického panelu bez znečištění a panelu se znečištěním 2 (11.4.2012)

Během prováděného měření se znečištěním 2 fotovoltaický panel bez znečištění dodal do sítě 375 Wh elektrické energie a panel znečištěný pouze 232 Wh. Beru-li v úvahu běžnou 7,7% ztrátu znečišťovaného fotovoltaického panelu a ztrátu 14,1% kvůli plexisklu, pak ztráta na výkonu způsobená znečištěním 2 byla 16,3%.

Relativní srovnání výkonů střídačů panelu bez znečištění a panelu se znečištěním 2 2 1.5 1 0.5 0 7:26

9:50

12:14

14:38

17:02

čas Graf 35: Relativní srovnání výkonů střídačů panelu bez znečištění a panelu se znečištěním 2 (11.4.2012)

Během znečištění 2 bylo po celý den relativní srovnání výkonů střídačů téměř konstantní a pohybovalo se mezi hodnotami 1,1 a 1,2.

65

6.2.1.2.5. Měření vlivu znečištění 3 na výkon fotovoltaického panelu

Další míru simulovaného znečištění pilinami opět dokumentují přiložené fotografie (Obr. 41 a Obr. 42).

Obr. 41: Znečištění 3

Obr. 42: Znečištění 3

Data z tohoto měření byla bohužel z ne přesně známých důvodů před archivací ztracena (zřejmě přerušením dodávky elektrického proudu a tím pádem i ukládáním dat do počítače během prováděných oprav na PdF MU).

66

6.2.3. Monitorování termokamerou

Pomocí termokamery lze odhalit možnou degradaci fotovoltaických panelů. Zvýšení vnitřního odporu a potažmo i teploty některých článků na fotovoltaickém panelu snižuje účinnost celého fotovoltaického panelu. Nejslabší článek udává výkon panelu. Pro měření jsme využili termokameru Fluke Ti55. Snímek z termokamery se ukládá jako matice číselných hodnot, kterou lze pomocí softwaru převést na barevnou mapu, různě upravovat, měnit palety barev, vkládat číselné hodnoty pro vybrané body, apod.

Obr. 43: Fotografie pokusného fotovoltaického panelu – naznačení vyšší teploty jednoho článku oproti okolním článkům fotovoltaického panelu (foto: prof. Zmeškal) [LX] .

Vyzkoušeli jsme vyfotit termokamerou z vrchní a ze spodní strany fotovoltaický panel s jedním článkem očištěným. K čištění jsme využili vlhčených kapesníčků.

67

Obr. 44: Fotografie fotovoltaického panelu typu Radix 72 - 106 termokamerou ze přední strany (foto: prof. Zmeškal) [LXI]

Obr. 45: Fotografie fotovoltaického panelu typu Radix 72 - 106 termokamerou ze zadní strany (foto: prof. Zmeškal) [LXII] 68

Teplota na očištěném místě přední strany fotovoltaického panelu byla přibližně o 2,5oC nižší a na zadní části asi o 1,5oC, než na zbylé části fotovoltaického panelu. Předpokládám, že největší podíl na snížené teplotě, hraje roli použitá metoda a tou bylo očištění místa vlhčeným kapesníčkem. Dalším možným důvodem je zvýšení odrazivosti na neznečištěném místě fotovoltaického panelu, čemuž by odpovídal i nižší teplotní rozdíl na zadní straně panelu než je tomu u přední strany panelu.

Pomocí termokamery Fluke Ti55 jsme také získali snímky fotovoltaického panelu typu Radix 72 – 106. Byl vyfocen ze přední a ze zadní strany, pouze s rozdílným přiblížením. Z důvodu zpřesnění hodnot teploty z přední a zadní části zkoumaného fotovoltaického panelu jsem si vytyčila ve fotografiích pomocí ovládacího softwaru oblasti, které jsou reprezentativní pro zkoumaný panel.

Obr. 46: Fotografie termokamerou přední strany fotovoltaického panelu Radix 72 – 106 (foto: prof. Zmeškal 14:44:56) [LXIII]

69

Obr. 57: Fotografie termokamerou zadní strany fotovoltaického panelu Radix 72 – 106 (foto: prof. Zmeškal 14:47:24) [LXIV]

Ve snímku jsou vytyčeny oblasti pro získání průměrných hodnot teploty fotovoltaického panelu. U fotografie přední části pokusného panelu je vidět pozadí a rám panelu, u fotografie zadní části panelu zase teplotní čidlo a lepicí páska, která jej připevňuje k panelu. Tato místa by jinak výslednou průměrnou teplotu ovlivnila. V okamžicích měření je průměrná teplota přední strany panelu 28,1oC a zadní strana má průměrnou teplotu 34,5oC (podmínky v době měření byly srovnatelné). Rozdíl mezi teplotou přední a zadní strany panelu tedy činí 6,4oC. Vyšší teplota zadní strany panelu poukazuje na dobrý tepelný odvod z křemíkových článků panelu.

Stejným postupem jsme provedli měření u fotovoltaického panelu, tzv. dvojskla, typu SBI2G 72 - 90 BR. Opět byla na snímcích vytyčena oblast, ve které byla stanovena průměrná teplota.

70

Obr. 58: Fotografie přední strany fotovoltaického panelu typu SBI2G 72 – 90 BR (foto: prof. Zmeškal 14:35:56). [LXV] Pozn. k Obr. 58: Průměrná teplota vytyčené oblasti: 22,0oC.

Obr. 59: Fotografie zadní strany fotovoltaického panelu typu SBI2G 72 – 90 BR (foto: prof. Zmeškal 14:36:51) [LXVI] Pozn. k Obr. 59: Průměrná teplota vytyčené oblasti: 34,0oC. 71

Pro eliminaci zkreslení průměrné teploty byly opět ve fotografiích vytyčeny pouze oblasti křemíkových článků. V době měření průměrná teplota přední části fotovoltaického panelu typu SBI2G 72 – 90 BR byla 22oC a zadní strany činila 34oC (podmínky v okamžicích měření byly srovnatelné). Teplotní rozdíl mezi přední a zadní částí tohoto panelu byl tedy 12oC, což je větší než u typu Radix 72-106 (u tohoto typu byl teplotní rozdíl 6,4oC a podmínky, během kterých probíhalo měření, byly srovnatelné).

6.2.4. Srovnání výkonů dvou typů fotovoltaických panelů v závislosti na teplotě a intenzitě ozáření

1. typ: SBI2G72 – 90 BR Výkon 1 panelu: 90 Wp Celkový instalovaný výkon: 5040 Wp 2. typ: Radix 72 – 106 Výkon 1 panelu: 106 Wp Celkový instalovaný výkon: 5088 Wp Pro zjištění rozdílu ve výkonu fotovoltaických panelů mezi očekávanou (Poč) a naměřenou (Pinst) hodnotou využiji pro výpočet následující vztah:

Poč = Pinst ∗

ěř 

∗ 1  ěř        ∗ ηAC

kde... Iměř = okamžitá intenzita osvětlení panelu Iref = referenční intenzita osvětlení panelu (1000 W/m2) Tměř = okamžitá teplota fotovoltaického panelu Tref = referenční teplota fotovoltaického panelu (25oC) µT = teplotní koeficient (0,47 %/oC)

ηAC = účinnost střídače pro daný výkon 72

Účinnost střídače se mění podle aktuálního výkonu fotovoltaických panelů a účinnost pro daný výkon lze zjistit z parametrů udávaných výrobcem. Pro střídače (Fronius IG 40), na které jsou napojeny fotovoltaické panely použité při měřeních, znázorňuje závislost účinnosti na výstupním výkonu následující graf (Graf 36).

Graf 36: Závislost účinnosti střídačů Fronius IG 40 na výstupním výkonu [LXVII]

Výkon fotovoltaických panelů SBI2G 72 – 90 BR pro vybraný okamžik (27.3.2012 ve 14:35) Iměř = 544 W/m2 Tměř = 29oC

ηAC = 93% (účinnost střídače pro daný výkon podle výrobce) Poč = 5040 ∗

 

∗ 1  29  25∗ 0,0047 ∗ 93

Poč = 2501,9 W

Pměř = 2370,4 W

Poč – Pměř = 131,5 W 73

Rozdíl mezi očekávaným a skutečně měřeným výkonem u fotovoltaických panelů typu SBI2G 72-90 BR byl 131,5 W, což je o 5,3% méně, než se očekávalo. Tento rozdíl je způsobený stářím instalovaných panelů (panely byly instalovány před 7 lety) a částečně také znečištěním.

Výkon fotovoltaických panelů Radix 72-106 pro vybraný okamžik (27.3.2012 ve 14:35) Iměř = 544 W/m2 Tměř = 28oC

ηAC = 93% (účinnosti střídače pro daný výkon podle výrobce) Poč = 5088 ∗

 

∗ 1  28  25∗ 0,0047 ∗ 93

Poč = 2537,8 W

Pměř = 2229,4 W

Poč – Pměř = 308,4 W Rozdíl mezi očekávanou a naměřenou hodnotou výkonu fotovoltaických panelů typu Radix 72-106 činil 308,4 W, což je ztráta 12,2 % oproti očekávanému výkonu. Rozdílnou hodnotu způsobuje stáří (instalace těchto panelů proběhla před 7 lety) fotovoltaických panelů a také znečištění.

Při srovnání rozdílů očekávaných a naměřených výkonů u dvojího typu fotovoltaických panelů, které vznikly za ve stejnou dobu za stejných podmínek jsem dospěla k tomu, že u fotovoltaických panelů typu Radix 72-106 (panely s EVA fólií) byla ztráta větší (12,2%) než u fotovoltaických panelů typu SBI2G 72-90 BR (tzv. „dvojsklo“), kde ztráta byla téměř dva a půl krát nižší (5,3%). Důvodem rozdílných ztrát může být pomalejší degradace u typu SBI2G 72-90 BR, ale s větší pravděpodobností se jedná o výhodu možnosti využití difuzního světla u tohoto typu panelů. Tento typ panelů je konstruován jako „dvojsklo“ bez EVA fólie a tudíž panel může využívat také difuzní světlo dopadající na jeho zadní stranu.

74

7. ZÁVĚR V teoretické

části

mé

diplomové

práce

na

téma

„Možnosti

optimalizace

fotovoltaických elektráren“ jsem shrnula teoretické poznatky, které souvisejí s tímto tématem. Jedná se o obecné poznatky týkajících se sluneční energie dopadající na naši planetu, o fotovoltaice jako možnosti využití této energie, o fotovoltaickém potenciálu a o podmínkách pro fotovoltaiku. Dále jsem shrnula vývoj fotovoltaiky, poukázala na výhody, které fotovoltaika nese, zmínila jsem také nevýhody tohoto odvětví a doplnila o možnosti, jak tyto nevýhody kompenzovat. Zabývala jsem se podílem spotřebovávaných zdrojů energie a zaměřila jsem se také na zastoupení fotovoltaiky mezi ostatními obnovitelnými zdroje energie v České republice. Pokusila jsem se také popsat technologie fotovoltaických panelů, jejich charakteristiky a také vypsala další komponenty, které s instalacemi fotovoltaických systémů souvisí. Shrnula jsem legislativní podmínky v naší republice, popsala možné způsoby připojení fotovoltaických elektráren do sítě a předložila jsem přehlednou tabulku vývoje výkupních cen u nás. Poslední kapitolu teoretické části jsem věnovala vybraným problémům instalovaných fotovoltaických elektráren. V praktické části jsem popsala FVE Zaječí a její problém se znečištěním, které způsobuje sousedící provoz na výrobu lisovaných tvarovaných biopaliv. Z dostupných dat jsem sestavila grafy, ve kterých je patrné snížení výkonu u znečištěných panelů. Pro vybrané dny jsem stanovila procentuální ztrátu na výkonu oproti panelům neznečištěným. Dále jsem prováděla měření na FVE Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity. Prováděla jsem simulace znečištění a měřila, jaký mají vliv na výkon fotovoltaického panelu. Simulaci znečištění se provádělo posypáním dřevěnými pilinami, které se následně překrývaly plexisklem. Proto jsem také měřila transmitanci plexiskla a sestavila graf závislosti propustnosti na vlnové délce procházejícího světla, abych zjistila, zda měření nebude příliš zkresleno. Z dat naměřených během simulací znečištění jsem vytvořila grafy srovnávající výkony panelu neznečištěného a znečištěného a spočítala procentuální ztrátu vzniklou vlivem znečištěním. Na téže fotovoltaické elektrárně bylo provedeno monitorování pomocí termokamery. Zaznamenali jsme snímky fotovoltaického panelu z přední a zadní strany s jedním očištěným článkem a srovnala jsem rozdíly teplot v různých místech. Z dalších vyfocených snímků jsem provedla srovnání průměrných teplot z přední a zadní části dvou typů fotovoltaických panelů.

75

Na konec jsem srovnala dva typy fotovoltaických panelů v závislosti na teplotě a intenzitě ozáření. Pro oba typy panelů jsem provedla výpočet očekávaného výkonu ve vybraný okamžik, zjistila skutečně naměřený výkon a vypočítala vzniklou ztrátu. Fotovoltaika má své velké přednosti, které jsou bohužel zastiňovány skeptickým pohledem široké veřejnosti na tento zdroj energie. Hlavní podíl na tomto postoji mnohých lidí mají nemalé investice do velkých zastavěných ploch ve volné krajině s cílem zhodnotit vložené prostředky pomocí pobídkových státních dotací na obnovitelné zdroje. Myslím si, že v budoucnu by mělo být upřednostňováno vhodné osazování fotovoltaických elektráren na střechy domů a staveb, které jsou schopny spotřebovávat svoji vyrobenou elektřinu na chod domácnosti a na provoz výrobních i nevýrobních zařízení. Při nahrazováních neobnovitelných zdrojů energie má fotovoltaika v našich podmínkách nezastupitelné místo.

76

8. POUŽITÁ LITERATURA [1]

Technická zařízení budov [online]. 2004 [cit. 2012-01-23]. Dostupný z WWW: .

[2]

MURTINGER, K., BERANOVSKÝ, J., TOMĚŠ, M.: Fotovoltaika: elektřina ze slunce, 2. vyd., Brno, ERA group spol. s r. o. 2008, ISBN 978-80-7366-133-5.

[3]

Kyoto in the Home [online] 2010 [cit. 2012-01-23]. Dostupný z WWW: .

[4]

Photovoltaic energy, Electricity from the Sun [online] 2009 [cit. 2012-02-28]. Dostupný

[5]

z WWW: .

LIBRA, M., POULEK, V.: Solární energie. Fotovoltaika – perspekktivní trend současnosti i blízké budoucnosti, 2. vyd., Praha, ČZU Praha 2006, ISBM 80-2131488-5.

[6]

Solar

generation

6

[online]

2011

[cit.

2012-02-28].

Dostupný

z WWW:

.

[7]

Česká agentura pro obnovitelné zdroje a energie [online] 2009 [cit. 2012-03-01]. Dostupný z WWW: .

[8]

Market report 2011 [online] 2012 [cit. 2012-02-28]. Dostupný z WWW: .

[9]

Fotovoltaika v Německu [online] 2012 [cit. 2012-04-10]. Dostupný z WWW: .

77

[10]

Recycling

[online]

2011

[cit.

2012-03-02].

Dostupný

z WWW:

.

[11]

Roční zpráva o provozu ES ČR 2010 [online] [cit. 2012-03-21]. Dostupný z WWW: .

[12]

Elektrocentrály

[online]

2012

[cit.

2012-03-21].

Dostupný

z WWW:

.

[13]

International Energy Agency: Energy Policies of IEA Countries - The Czech Republic 2010 review, Paříž, Soregraph 2010. ISBN 978_92_64_99470_3.

[14]

Oil and Gas Emergency Policy - Czech Republic 2010 update [online] 2011 [cit. 201204-02]. Dostupný z WWW: .

[15]

Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie za rok

2010

[online]

2011

[cit.

2012-04-02].

Dostupný

z WWW:

.

[16]

Nazeleno – Solární energie [online] 2008 [cit. 2010-03-10]. Dostupný z WWW: <www.nazeleno.cz/energie/solarni-energie>.

[17]

BENDA, V.: Fotovoltaické články, historie, současný stav a trendy, In: Fotovoltaické fórum 2010, Sborník abstraktů a přednášek z fotovoltaické konference konané 1. a 2. dubna 2010 v Plzni, Plzeň, Czech Nature Energy a. s. 2010, s. 47- 52, 128-133.

[18]

BENDA, V., STANĚK, K., WOLF, P.: Fotovoltaické systémy, učební texty k semináři, Brno, 2011. 56 str. Ústav automatizace a měřicí techniky VUT v Brně.

[19]

Alternativní technologie – amorfní křemík [online] 2012 [cit. 2012-03-01]. Dostupný z WWW:


technologie/>.

78

[20]

Solární regulátory nabíjení akumulátorů [online] 2012 [cit. 2012-04-01]. Dostupný z WWW: .

[21]

ONDRUŠKOVÁ, L.: Vliv zastínění na činnost fotovoltaických systémů, Brno: Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta, Katedra fyziky, 2010. 66 s. Vedoucí bakalářské práce doc. RNDr. Petr Sládek, CSc.

[22]

SRDEČNÝ, K.: Fotovoltaika v budovách, dosavadní zkušenosti pro budoucí rozvoj, Praha, 2009. ISBN: 978-80-87333-04-4.

[23]

Interní materiál doc. RNDr. Petra Sládka, CSc.

[24]

SLÁDEK, P.: 40 kWp fotovoltaický systém na Pedagogické fakultě Masarykovy university v Brně, TZB-info, Praha, Topinfo 2005. ISSN 1801_4399.

[25]

Informace o elektrárně na PdF MU [online] [cit. 2012-02-25]. Dostupný z WWW: .

[26]

Princip

spektrofotometrie

[online]

[cit.

2012-03-12].

Dostupný

z WWW:

.

[27]

Energy Balance for Czech Republic [online] 2012 [cit. 2010-04-19]. Dostupný z WWW: .

79

9. SEZNAM OBRÁZKŮ, GRAFŮ A TABULEK A JEJICH ZDROJE [I]

„Energetická

krychle“

[online]

[cit.

2012-01-23].

Dostupný

z WWW:

Dostupný

z WWW:

.

[II]

Přímé

a

difuzní

záření

[online]

[cit.

2012-01-23].

.

[III]

Elevační a azimutální úhel [online] [cit. 2012-01-23]. Dostupný z WWW: .

[IV]

Fotovoltaický

článek

[online]

[cit.

2012-02-28].

Dostupný

z WWW:

. [V]

Mapa fotovoltaického potenciálu pro svět (roční sumy energie dopadající na optimálně orientované fotovoltaické moduly) [online] [cit. 2012-02-28]. Dostupný z WWW: .

[VI]

Mapa fotovoltaického potenciálu pro Evropu (roční sumy dopadající na optimálně orientované fotovoltaické moduly) [online] [cit. 2012-02-28]. Dostupný z WWW: .

[VII] Průměrný roční úhrn energie v ČR [online] [cit. 2012-02-28]. Dostupný z WWW: <www.solarni.info/slunecnizareni>.

[VIII] Nově připojené výkony v Evropě v roce 2010 (v MW) [online] 2010 [cit. 2012-02-28]. Market

outlook

2010

public.

Dostupný

z WWW:

.

[IX]

Tabulka prvních 15 zemí na celém světě z hlediska nově připojené kapacity během roku 2011 a z hlediska kumulativního instalovaného výkonu na konci roku [online] 2012 [cit.

2012-02-28].

Market

report

2011.

Dostupný

z WWW:

. 80

[X]

Graf prvních 15 zemí na celém světě, jak z hlediska nově připojené kapacity během roku 2011, tak z hlediska kumulativního instalovaného výkonu na konci roku

[XI]

Tržní podíl 10 největších producentů v roce 2011 [online] 2012 [cit. 2012-02-28]. Market report 2011. Dostupný z WWW:

.

[XII] Historický vývoj kumulativních výkonů FV instalací podle oblastí od roku 1998 do roku 2008 [online] 2009 [cit. 2012-02-28]. Photovoltaic energy, Electricity from the Sun. Dostupný z WWW: < http://www.epia.org/index.php?id=18>.

[XIII] Recyklace fotovoltaického panelu [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: .

[XIV] Příklad využití fotovoltaických panelů ve stavebnictví [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: < http://www.pvsunrise.eu/pv-diffusion-in-the-building-sectorbipv/introduction.html >.

[XV] Fotovoltaické panely místo střešní krytiny [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: < http://www.es-systems.eu/infratopeni.php >.

[XVI] Sestava fotovoltaického grid – off systému [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: < http://www.epia.org/index.php?id=18 >.

[XVII] Možnost aplikace grid – off systému v odlehlých oblastech [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: < http://www.epia.org/index.php?id=18 >.

[XVIII] Příklad elektrifikace afrického venkova [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: < http://www.epia.org/index.php?id=18 >.

[XIX] Příklad možné grid-off aplikace [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: .

[XX] Produkce CO2 z různých zdrojů (g/kWh) [online] [cit. 2012-03-02]. Dostupný z WWW: < http://www.epia.org/index.php?id=18 >. 81

[XXI] Produkce CO2 z různých primárních energetických zdrojů [online] 2012 [cit. 2012-0313].

Emission

intensity.

Dostupný

z WWW:

.

[XXII]

Roční produkce CO2 v ČR– skutečnost (dle dat ERÚ pro rok 2010) a úvaha; na základě dat ERÚ pro rok 2010 zhotoveno autorkou

[XXIII] Elektromobil na nabíjecím stojanu [online] [cit. 2012-04-15]. Dostupný z WWW: .

[XXIV] Protihlukové bariéry z fotovoltaických panelů podél dopravních komunikací [online]

[cit.

2012-03-15].

Dostupný

z WWW:

.

[XXV] Denní diagram zatížení elektrické soustavy ČR dne 19.12.2007 [online] [cit.

2012-

03-21]. Dostupný z WWW: .

[XXVI] Skutečný denní průběh 2MW fotovoltaické elektrárny v Zaječí v zimě (28.2.2011) za slunného počasí

[XXVII] Příklad vhodného umístění [online] [cit. 2012-04-15]. Dostupný z WWW: .

[XXVIII] Mapa elektrických vedení v ČR [online] [cit. 2012-04-3]. Dostupný z WWW: .

[XXIX] Celková spotřeba primárních energetických surovin v letech 1973 a 2008 v ČR [online] [cit. 2012-04-02]. Oil and Gas Emergency Policy - Czech Republic 2010 update. Dostupný z WWW: .

[XXX] Výroba elektřiny podle zdroje paliva v letech 1973 – 2009 v ČR [online] [cit. 2012-0402]. Oil and Gas Emergency Policy - Czech Republic 2010 update. Dostupný z WWW: . 82

[XXXI] Celková spotřeba primárních energetických surovin v letech 1973 a 2008 ve světě [online] 2010 [cit. 2012-04-10]. Key Worl Energy Statistics 2010. Dostupný z WWW: .

[XXXII] Výroba elektřiny podle zdroje paliva v letech 1971 – 2008 ve světě [online] 2010 [cit. 2012-04-10]. Key Worl Energy Statistics 2010. Dostupný z WWW: .

[XXXIII] Celková spotřeba primárních energetických surovin členských zemí IEA v roce 2008 [online] [cit. 2012-04-10]. International Energy Agency: Energy Policies of IEA Countries

-

The

Czech

Republic

2010

review.

Dostupný

z WWW:

.

[XXXIV] Výroba energie podle zdroje, 1973 – 2030 – vývoj a výhled [online] [cit. 2012-0410]. International Energy Agency: Energy Policies of IEA Countries

-

The

Czech

Republic 2010 review. Dostupný z WWW: .

[XXXV] Současné rozmístění elektráren v ČR dle typu [online]. Dostupný

z WWW:

.

[XXXVI] Výroba elektřiny v roce 2010 - vybraná paliva a zdroje [online] [cit. 2012-04-10] Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie za rok 2010. Dostupný z WWW: .

[XXXVII] Indikativní cíle členský států EU v oblasti výroby elektřiny z OZE v roce 2010 [online] [cit. 2012-04-10] Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie za

rok

2010.

Dostupný

z WWW:



[XXXVIII] Výroba elektřiny z OZE v ČR za rok 2011; tabulka byla vytvořena autorkou na základě dat ERÚ pro rok 2011

[XXXIX] Výroba elektřiny z OZE v ČR za rok 2011; graf byl vytvořen autorkou na základě dat ERÚ pro rok 2011 83

[XL] Část spektra slunečního záření využitelná křemíkovým fotovoltaickým článkem [online] [cit.

2012-04-05].

Dostupný

z WWW:


oze/fotovoltaika#fv>.

[XLI] Fotovoltaický modul vzniká spojením fotovoltaických článků. In: BENDA, V.: Fotovoltaické články, historie, současný stav a trendy. In: Fotovoltaické fórum 2010, Sborník abstraktů a přednášek z fotovoltaické konference konané 1. a 2. dubna 2010 v Plzni, Plzeň, Czech Nature Energy a. s. 2010, s. 130.

[XLII] V-A charakteristika fotovoltaického článku a její důležité body In: BENDA, V.: Fotovoltaické články, historie, současný stav a trendy. In: Fotovoltaické fórum 2010, Sborník abstraktů a přednášek z fotovoltaické konference konané 1. a 2. dubna 2010 v Plzni, Plzeň, Czech Nature Energy a. s. 2010, s. 128.

[XLIII] Vliv sklonu a orientace fotovoltaických panelů In: KRYSTÝNOVÁ, H. Fotovoltaické elektrárny v Jihomoravském kraji, posouzení jejich vlivu na životní prostředí. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2009.

[XLIV] Současný podíl fotovoltaických článků a modulů [online] [cit. 2012-03-01]. Dostupný z WWW:


%20Tenkovrstve%20technologie%20ve%20fotovoltaice-projektovani.pdf >.

[XLV] Účinnost různých typů panelů a článků [online] [cit. 2012-03-01]. PV technologies: Cells and modules. Dostupný z WWW:


technologies-cells-and-modules.html>.

[XLVI] Schematické znázornění struktury fotovoltaického článku z krystalického křemíku In: BENDA, V.: Fotovoltaické články, historie, současný stav a trendy. In: Fotovoltaické fórum 2010, Sborník abstraktů a přednášek z fotovoltaické konference konané 1. a 2. dubna 2010 v Plzni, Plzeň, Czech Nature Energy a. s. 2010, s. 130.

[XLVII] Struktury různých typů tenkovrstvých fotovoltaických článků [online] [cit. 2012-0301].

Dostupný

z WWW:

. 84

[XLVIII] Procentuální podíly komponentů na pořizovací ceně fotovoltaické elektrárny [online] 2009 [cit. 2012-03-

01] Solární elektrárny – základní informace. Dostupný

z WWW: < http://www.silektro.cz/solarni-elektrarny/zakladni-informace-4>.

[XLIX] Schéma zapojení fotovoltaické elektrárny do distribuční sítě při zvolené variantě přímého výkupu In: BENDA, V., STANĚK, K., WOLF, P.: Fotovoltaické systémy, učební texty k semináři, Brno, 2011. 56 str. Ústav automatizace a měřicí techniky VUT v Brně.

[L] Schéma zapojení fotovoltaické elektrárny do distribuční sítě při zvolené variantě „zeleného bonusu“ In: BENDA, V., STANĚK, K., WOLF, P.: Fotovoltaické systémy, učební texty k semináři, Brno, 2011. 56 str. Ústav automatizace a měřicí techniky VUT v Brně.

[LI] Vývoj výkupních cen a zelených bonusů v letech 2006 – 2012 (v Kč bez DPH) [online] [cit. 2012-03-

28]. Vývoj výkupních cen a zelených bonusů v jednotlivých letech v Kč

bez DPH Dostupný

z WWW: < http://www.silektro.cz/solarni-elektrarny/zakladni-

informace-4>.

[LII] Logaritmické vyjádření klesání výkonu v závislosti na zastiňování jednotlivých řad křemíkových

článků

In:

ONDRUŠKOVÁ,

L.:

Vliv

zastínění

na

činnost

fotovoltaických systémů, Brno: Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta, Katedra fyziky, 2010. 66 s. Vedoucí bakalářské práce doc. RNDr. Petr Sládek, CSc.

[LIII] Grafické znázornění problematiky vzájemného zastínění In: TRUXA, J.: Vliv stínění na produkci fotovoltaické elektrárny, In: 5. Česká fotovoltaická konference, Sborník abstraktů a přednášek z fotovoltaické konference konané 10. – 13.11.2010 v Brně, 2010.

[LIV]

Znázornění

klesání

výkonu

v souvislosti

se

zastíněním

ONDRUŠKOVÁ, L.: Vliv zastínění na činnost fotovoltaických

(26.12.2009) systémů,

Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta, Katedra fyziky, 2010.

66

In:

Brno: s.

Vedoucí bakalářské práce doc. RNDr. Petr Sládek, CSc. 85

[LV] Příklad vlivu intenzity záření na V – A charakteristiku fotovoltaických článků In: BENDA, V., STANĚK, K., WOLF, P.: Fotovoltaické systémy, učební texty k semináři, Brno, 2011. 56 str. Ústav automatizace a měřicí techniky VUT v Brně.

[LVI] Vliv teploty na V – A charakteristiku křemíkového fotovoltaického článku In: BENDA, V., STANĚK, K., WOLF, P.: Fotovoltaické systémy, učební texty k semináři, Brno, 2011. 56 str. Ústav automatizace a měřicí techniky VUT v Brně.

[LVII] Texturace povrchu In: BENDA, V.: Fotovoltaické články a moduly In: BENDA, V., STANĚK, K., WOLF, P.: Fotovoltaické systémy, Praha, 2011.

[LVIII] Mapa znázorňující situaci; mapa pochází z interního zdroje a byla pro účely diplomové práce upravena autorkou.

[LIX] Srovnání solárního spektra a teoreticky využitelné oblasti spektra křemíkovým solárním článkem In: BENDA, V., STANĚK, K., WOLF, P.: Fotovoltaické systémy, učební texty k semináři, Brno, 2011. 56 str. Ústav automatizace a měřicí techniky VUT v Brně.

[LX] Fotografie pokusného fotovoltaického panelu – naznačení vyšší teploty jednoho článku oproti okolním článkům fotovoltaického panelu; archiv prof. Zmeškala

[LXI] Fotografie fotovoltaického panelu typu Radix 72 - 106 termokamerou ze přední strany; archiv prof. Zmeškala

[LXII] Fotografie fotovoltaického panelu typu Radix 72 - 106 termokamerou ze zadní strany; archiv prof. Zmeškala

[LXIII] Fotografie termokamerou přední strany fotovoltaického panelu Radix 72 – 106; archiv prof. Zmeškala

[LXIV] Fotografie termokamerou zadní strany fotovoltaického panelu Radix 72 – 106; archiv prof. Zmeškala 86

[LXV] Fotografie přední strany fotovoltaického panelu typu SBI2G 72 – 90 BR; archiv prof. Zmeškala

[LXVI] Fotografie zadní strany fotovoltaického panelu typu SBI2G 72 – 90 BR; archiv prof. Zmeškala

[LXVII] Závislost účinnosti střídačů Fronius IG 40 na výstupním výkonu [online] 2009 [cit. 2012-04-

12] Technická dokumentace – Fronius IG, fotovoltaický střídač. Dostupný

z WWW: .

Pozn. 1: Fotografie z termokamery [LX až LXVI] zhotovil pan prof. Zmeškal z VUT Brno a byly upraveny pro účely diplomové práce autorkou.

Pozn. 2: Obr. 2, 3, 4, 6, 7, 21, 23 a Graf 16 a 17 již byly použity v bakalářské práci autorky.

Pozn. 3: [LVIII] Mapa znázorňující situaci pochází z interního zdroje a byla upravena pro účely diplomové práce autorkou.

87