Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Vyplatí se sluneční články?

 |  8. 11. 2007
 |  Vesmír 86, 735, 2007/11

Je celá politika alternativních zdrojů jeden velký podvod? Jde mi o křemíkové fotovoltaické články. Povídal jsem si o tomto „alternativním“ zdroji energie (který se v současnosti začíná intenzivně šířit) s elektroinženýrem a ten na pojem „alternativní“ reagoval suše: „Výroba křemíku (nebo jeho úprava?) pro fotovoltaické články je natolik energeticky náročná, že žádný fotovoltaický článek nikdy nedokáže vyrobit tolik elektrické energie, kolik je jí zapotřebí na jeho vlastní výrobu.“ Je jeho tvrzení pravdivé?

Petr Lepší, PLepsi@seznam.cz

Záleží na tom, jaké články použijeme a kde

Záleží na tom, o jaké křemíkové články jde, jakou technologií se vyrábějí a kde budou po dobu své životnosti (tj. po 20 až 40 let, záruka od prodejce bývá 20 let) umístěny. Začnu od konce. Máme k dispozici dlouhodobá statistická data o oslunění povrchu Země v různých oblastech. Pro naše úvahy zmíním tři z nich:

  • Oblast silného slunečního záření (2200 kWh/m2/rok) – na 1 čtvereční metr povrchu dopadne za rok 2,2 megawatthodin energie ze Slunce. Sem patří například Sahara nebo pouště na jihozápadě USA.
  • Oblast středního oslunění (1700 kWh/m2/rok). Takový je například jih Evropy.
  • Oblast nízkého oslunění (1100 kWh/m2/rok). Příkladem je Německo.

Energeticky nejnáročnější jsou sluneční články z monokrystalického křemíku. Ty již nepřevažují, dnes se vyrábějí spíše z multikrystalického křemíku, který je energeticky méně náročný než vysoce čistý monokrystalický materiál pro polovodičový průmysl o typické tloušťce křemíkové destičky 0,35 mm. Tenkovrstvé články z amorfního, nanokrystalického a mikrokrystalického křemíku jsou asi 100–1000krát tenčí, a tedy se na ně spotřebuje úměrně méně křemíku. Jejich účinnost je však zatím zhruba poloviční.

Všechny tyto články se již vyrábějí sériově. Typická továrna v Německu či Japonsku vyrobí za rok tolik článků zapouzdřených do solárních panelů, 1) že jejich výkon představuje 30–100 MW špičkové energie (tj. takový výkon dávají při úrovni dopadajícího slunečního záření 1kW/m2). 2)

Lze tedy udělat energetický audit 3) pro každý typ slunečních panelů (počítá se energie potřebná nejen pro křemíkové články, ale i na zasklení a hliníkový rám, invertor aj.) a pro typické úrovně slunečního záření, o nichž jsem se už zmínil. 4)

Energeticky nejnáročnější monokrystalické sluneční články mají tedy v oblastech nízkého oslunění (jako je Německo) celkovou energetickou návratnost 3,5 roku. Čtenář si lehce spočítá, že v pouštích s dvojnásobným osvitem je návratnost poloviční. Tato doba se ještě dále zkracuje přechodem na multikrystalický křemík a na stále tenčí články (jsou již experimentálně zvládnuty krystalické články o poloviční tloušťce). Pro tenkovrstvé sluneční články (okolo 1 mikrometru) na jihu Evropy je tato doba kratší než 1 rok. Jinými slovy již dříve než za rok po uvedení do provozu jsou tenkovrstvé sluneční články v jižní Evropě čistým výrobcem čisté energie.

Zmíněný elektroinženýr má tedy pravdu, pokud jde o monokrystalické sluneční články umístěné v oblasti severního polárního kruhu (ještě pro jistotu bych je orientoval na sever).

Milan Vaněček

Poznámky

1) Nejnovější trend je jejich integrace do stavebních prvků budov – pak je energetická návratnost ještě kratší, neboť se ušetří energie potřebná na zasklení slunečního panelu.
2) Sluneční iradiance se pohybuje kolem 1366 W/m2 (viz rovněž Vesmír 69, 515, 1990/9).
3) Viz T. Markvart, L. Castaner: Practical handbook of photovoltaics, Elsevier, Oxford 2003.
4) Viz např. E. A. Alsem et al.: Proc. 21st European PV Solar Energy conference, Dresden 2006, p. 3201–3207. Ze zdrojů na internetu doporučuji zprávu EPIA_SG_IV_final.pdf, dostupnou na www.epia.org.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Energetika

O autorovi

Milan Vaněček

RNDr. Milan Vaněček působí ve Fyzikálním ústavu AV ČR, v. v. i., kde je spoluřešitelem tří projektů 6. rámcového programu Evropské unie v oboru tenkovrstvých křemíkových slunečních článků.

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné