Fotovoltaická, solární, nebo také sluneční elektrárna. To všechno jsou ekvivalentní názvy pro soustavu, jejímž cílem je přeměnit sluneční záření dopadající na Zemi v energii, kterou můžeme zužitkovat k napájení elektrických spotřebičů. Fotovoltaické elektrárny získaly na obrovské popularitě v souvislosti s energetickou krizí, které zejména evropské státy čelily po vpádu ruských vojsk na Ukrajinu v únoru 2022. Jak fotovoltaická elektrárna funguje? A na jaké otázky byste si měli odpovědět, pokud o její instalaci na svém bytovém či rodinném domě uvažujete? I o tom pojednává následující text.
Slunce je Zemi nejblíže položená hvězda. Zároveň se jedná o zásobárnu energie, která je pro lidstvo prakticky nevyčerpatelná. Pokud bychom dokázali zkrotit a využít veškerou energii ze Slunce, která dopadá na území České republiky, naše energetická potřeba by byla pokryta na přibližně 74 miliard let. Háček je ale v tom, že sluneční záření nedokážeme zužitkovat ze sta procent. Ať už kvůli nedokonalým technologiím, nebo kvůli pouhému faktu, že nelze veškerý zemský povrch zakrýt solárními panely.
Obsah
- Princip sluneční elektrárny
- Co tvoří fotovoltaickou elektrárnu?
- Jaký typ solárních panelů zvolit?
- Jak velkou sluneční elektrárnu pořídit?
- Vyplatí se to?
Princip sluneční elektrárny
Právě panely, prostřednictvím kterých zachytáváme energii dopadající ze Slunce a přeměňujeme ji na energii elektrickou, jsou v současné době tím nejlepším způsobem, jak naši nejbližší hvězdu energeticky využívat. Jenže účinnost solárních (nebo též slunečních či fotovoltaických) panelů je v porovnání s jinými zařízeními na produkci elektřiny poměrně nízká. Udává se, že běžná účinnost fotovoltaických panelů se dnes pohybuje mezi 18 a 23 procenty s tím, že fyzikálně možné maximum je 34 procent. Fotovoltaické panely tedy budou schopné při nejlepší vůli využít jen nejvýše asi třetinu energie, která ze Slunce dopadá na jejich plochu.
Jak vůbec sluneční elektrárna (v podobě, jakou ji dnes známe a umíme vyrobit) funguje? Předně je třeba říci, že klíčovým prvkem fotovoltaických elektráren, respektive panelů, je křemík. Zařízení využívá princip, který je znám jako fotoelektrický jev. Na povrch panelu dopadají fotony, které vyráží z obalu atomu křemíku elektrony. Ty se následně dávají do pohybu, čímž vyrábějí elektřinu. Čím rychleji se elektrony pohybují, tím více elektřiny vznikne. Celkový výkon fotovoltaického panelu závisí na rozdílu energie mezi elektrony v klidovém stavu, a v pohybu. Čím nižší je teplota, tím více jsou elektrony v klidu. Pokud jsou tedy slunečním zářením aktivovány, nárůst jejich energie je vyšší. Účinnost fotovoltaických panelů je proto paradoxně vyšší v zimě než v létě. To ale neznamená, že v zimě dokáží vyrobit více elektřiny. Jejich vyšší účinnost v zimě nedokáže převážit nad faktem, že v létě je v našich zeměpisných šířkách mnohem více hodin slunečního svitu.
Mohlo by Vás zajímat: Baterie a fotovoltaická elektrárna. Jak nejlépe vybrat úložiště elektřiny pro pozdější spotřebu?
Co tvoří fotovoltaickou elektrárnu?
Každá fotovoltaická elektrárna se skládá ze tří základních částí: fotovoltaických panelů, střídače (měniče) a baterie. Fotovoltaické panely sestávají z fotovoltaických článků. Jedná se de facto o polovodičové diody, které jsou vzájemně propojené, ať už paralelně nebo sériově. Panely bývají z přední strany pokryté sklem, které je schopné odolávat povětrnostním (a částečně i mechanickým) vlivům. Vše drží pohromadě obvykle hliníkový rám. Na zadní straně panelu je plastová fólie a konektor k propojení s dalšími prvky elektrárny.
Střídač (nebo také měnič) je zařízení, které mění stejnosměrný proud na střídavý. Jde o to, že z energie, která ze Slunce dopadá na panely, vzniká stejnosměrný proud, většina našich spotřebičů ale funguje na proud střídavý. Jakmile tedy střídač vykoná svou práci, elektřina je ihned použitelná v praktickém fungování domácnosti nebo firmy.
Nedílnou součástí fotovoltaické elektrárny (hovoříme-li o té, kterou instalujeme v domácnosti) by měla být také baterie. Baterie funguje jako vyrovnávací zásobník pro případ, že existuje časový nesoulad mezi výrobou a spotřebou elektřiny. A ten, vzhledem k povaze samotné fotovoltaické elektrárny, existuje vždy. Doporučuje se, aby baterie (v kilowatthodinách) měla alespoň tak velkou kapacitu, jako instalovaný výkon elektrárny (v kilowattech). Ideální je však pořídit dvojnásobně velkou baterii oproti instalovanému výkonu elektrárny. Pokud má tedy vaše fotovoltaická elektrárna instalovaný výkon například 10 kW, měli byste si pořídit baterii s kapacitou ideálně 20 kWh.
Jaký typ solárních panelů zvolit?
Pro instalace slunečních elektráren se dají použít tři typy fotovoltaických panelů. Monokrystalické, polykrystalické nebo amorfní. Jednotlivé typy se liší svými vlastnostmi a účinností za různých světelných podmínek.
Obecně platí, že tam, kde máte střechu orientovanou a skloněnou ideálně směrem k příjmu slunečního záření, jsou nejlepší panely monokrystalické. Právě monokrystalické panely mají nejvyšší účinnost při ideálních podmínkách.
Pokud se ale váš dům v ideálních podmínkách nenachází, je dobré popřemýšlet o panelech polykrystalických. Ty se hodí pro lokality, kde je světlo více rozptýlené a často přichází ze strany. Výkon těchto panelů je více rovnoměrný, avšak účinnost je nižší u panelů monokristalických. Amorfní panely pracují za všech povětrnostních podmínek, včetně malého osvitu, avšak disponují nejnižší účinností. Pro volbu vhodného typu panelů doporučujeme se vždy poradit s odborníkem, přestože nejčastěji se v České republice instalují panely monokrystalické.
Jak velkou sluneční elektrárnu pořídit?
Neméně velkou pozornost byste měli věnovat samotné velikosti neboli instalované kapacitě sluneční elektrárny. Tu byste vždy měli odvozovat od vaší dosavadní skutečné spotřeby elektřiny. Abyste vyloučili krátkodobé výkyvy, je dobré vzít v potaz vývoj spotřeby za několik let. Vše najdete na vaší faktuře za elektřinu od vašeho stávajícího dodavatele.
Výkon sluneční elektrárny se udává v takzvaných watt-peakách (Wp). Jedná se o výkon, který lze od elektrárny očekávat při ideálních podmínkách. Platí, že každý 1 kWp vyrobí za rok přibližně 1 MWh elektrické energie. Výkon vaší elektrárny by tedy neměl být nižší, než jaká je vaše typická roční spotřeba elektřiny. Nejčastěji se u nás instalují elektrárny do výkonu 10 kWp, ale na běžný rodinný dům si vystačíte s kombinací 6 kWp instalovaného výkonu sluneční elektrárny a baterií s kapacitou 10 kWh. Pamatujte, že vaše spotřeba nezávisí pouze na velikosti domu (či bytu), ale také na počtu členů vaší domácnosti.
Relativní novinkou také je, že až do instalované kapacity 50 kWp nepotřebujete disponovat licencí na provozování elektrárny. Donedávna byla tato hranice stanovena právě na 10 kWp, což mohlo řadě domácností komplikovat při instalaci fotovoltaické elektrárny život.
Vyplatí se to?
Pořízení běžné fotovoltaické elektrárny (například s kapacitou 6 kWp a baterií o kapacitě 10 kWh) je otázkou několika stovek tisíc korun. Výhodou je, že stát na tento typ investice poskytuje dotaci. Ta může dosáhnout až 50 procent pořizovacích nákladů, nejvýše ale 200 tisíc korun (v Ústeckém, Karlovarském a Moravskoslezském kraji až 220 tisíc korun). Po započítání dotace vás instalace sluneční elektrárny vyjde nejčastěji na přibližně 250 až 300 tisíc korun.
Vezmeme-li v potaz, jak výrazně vzrostly ceny elektřiny za poslední rok a půl, návratnost takové investice se povážlivě zkrátila. A i když ceny silové elektřiny v posledních měsících výrazně (meziročně) klesají, nejspíše se již nikdy nevrátíme k cenám, na které jsme byli zvyklí ještě v průběhu roku 2020 nebo 2021. Vedle toho je třeba mít na paměti, že s rozvojem obnovitelných zdrojů energie a z něho vyplývající nutností investovat do přenosové soustavy, poroste i regulovaná část účtu za elektřinu.
Návratnost konkrétní investice je individuální, avšak téměř s jistotou se dá říci, že investované peníze s vám vrátí dříve, než skončí životnost vaší sluneční elektrárny, která se nyní běžně pohybuje kolem 30 až 35 let s tím, že dodavatel poskytuje obvykle záruku na 25 let. Baterie vydrží kolem 16 let.