Solární panely

1. Solární panely Historie, princip, užití,…a obrázky Škebloň 2009

2. Trocha historie • Objev Becquerel 1839 • První popis fotovoltaického jevu Einstainem 1904 • Experimentální potvrzení 1916 Millikan • 1883 první článek Se-Au n cca 1% • 1946 Ohl patent • 1954 Bellovy laboratoře, užití Si

3. Pokračování… • V šedesátých letech významná role ve vesmíru, jako zdroj energie pro družice • Sedmdesátá léta: komerční rozvoj, výroba z krystalického Si, n řádově 20 % • Osmdesátá léta: kvůli snížení nákladů tenkovrstvé Si s příměsí dalších prvků n řádově 10 % • Poslední trend: zvýšení výtěžnosti vícevrstvými články s užitím amorfních vrstev

4. Princip • Jak jsme si říkali již v „Hodinách elektroniky“ Si (křemík) je polovodič. Užití prakticky ve všech oborech elektrotechniky. Základní součástky jsou diody a tranzistory. Ty jsou tvořeny vrstvami P a N. Tyto vrstvy obsahují v atomárních strukturách nestejné počty elektonů. V jedné vrstvě je elektronů přebytek, ve druhé je přebytek tvz „děr“ (místa kde elektrony jakoby chybí)

5. Pokračování…. • Solární článek je vlastně velká plošná dioda (tedy součástka z Si tvořená vrstvou P-N) • V oblasti přechodu mezi vrstvami je umožněno světlu aby do této oblasti pronikalo • Při průchodu světla fotony (částice světelného záření) polarizují přechodovou vrstvu a dochází k pohybu elektronů a děr. • Ty se drží u stěn součástky a vytváří se napětí mezi potenciály (pokud je součástka zapojena do obvodu)

6. Pokračování… • Napětí takového článku je řádově půl voltu, proto se pro praktické použití řadí několik článků do série • Reakční doba fotodiody na světlo je řádově 10-6 až 10-9 s • Obecně platí, že čím více světla (více fotonů), tím větší proud a větší napětí. I však roste lineárně, avšak U logarimicky • Charakteristiky vlastností součástky si můžete prohlédnout například v knize pana Maťátka, kterou vám můžu půjčit, pokud byste měli o problematiku zájem

7. Pokračování… • Jak někteří z vás již ví, tak viditelné světlo není jediné záření. Mezi další záření patři např. Infračervené, ultrafialové, rádiové, gama záření,…) • Je samozřejmě žádoucí, aby solární panely využívali co největší část spektra, ale stěžejní oblastí je viditelné světlo • Sériové (případně sériově paralelní) zapojení článků je kryto vrstavami, které musí být průsvitné (užití oxidu titanu – modrý odstín) a odolné. Celá součástka je pak vyztužena, aby chránila panel proti mechanickému i klimatickému poškození

8. Užití • Od malých článků na kalkulačkách, přes dobíječky akumulátorů drobné elektroniky až po velké sestavy na střechách domů zásobujících domácnosti a elektrárny • Koho to náhodou napadlo, tak vězte, že solární články produkují stejnosměrné napětí. Pokud chceme dosáhnout střídavého, musíme do systému aplikovat měnič (střídač)

9. V praxi • v České republice dopadne na 1m² vodorovné plochy zhruba 950 – 1340 kWh energie • roční množství slunečních hodin se pohybuje v rozmezí 1331 – 1844 hod (ČHMÚ), odborná literatura uvádí jako průměrné rozmezí 1600 – 2100 hod • Z hlediska praktického využití pak platí, že z jedné instalované kilowaty běžného systému (FV články z monokrystalického, popř. multikrystalického křemíku, běžná účinnost střídačů apod.) lze za rok získat v průměru 800 – 1100 kWh elektrické energie.

10. Novinky • Tým izraelských vědců vyvinul v nedávné době solární panel na organickém principu, kdy se využívá fotosyntézy a užívají se určité bílkoviny • Panel o stejné ploše by měl být cca 200x levnější a přitom by se měla zvýšit účinnost • Využití nanotechnologií

11. Vobrázky 

12. Sekundární zdroj napájení skrze solární článek

14. Využití pro zásobování domácností energií

15. Nabíjení malých spotřebičů

16. Takové elektrárny se obvykle kvůli efektivnímu využití záření za světlem otáčejí

17. Alternativní pohon nejen pro běžná auta 

18. Významná role ve vesmíru

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

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

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