Jak fungují solární panely? Kompletní průvodce

Solární panely jsou stále populárnějším řešením pro výrobu elektřiny v domácnostech i podnicích. Jejich princip fungování je však pro mnohé stále záhadou. V tomto článku vysvětlíme, jak solární panely přeměňují sluneční záření na elektřinu, jaké typy panelů existují a jak celý systém funguje od začátku do konce.

Princip fungování solárních panelů

Fotoelektrický jev – základ solární technologie

Základem fungování solárních panelů je tzv. fotoelektrický jev, za jehož objev získal Albert Einstein v roce 1921 Nobelovu cenu. Jedná se o fyzikální proces, při kterém dochází k uvolnění nebo přemístění elektronů v materiálu (polovodiči) po dopadu fotonů (částic světla). Tyto uvolněné elektrony tvoří elektrický proud.

Jak funguje solární článek

Solární článek je základní stavební jednotkou solárního panelu. Typický solární článek se skládá z tenkých plátů polovodičového materiálu, nejčastěji křemíku, který je upraven tak, aby vytvořil elektrické pole. Když sluneční světlo (fotony) dopadne na solární článek, část energie fotonů je absorbována materiálem článku.

Tato energie pak uvolní elektrony v polovodiči, které jsou následně přitahovány k horní vrstvě článku díky jeho elektrické struktuře. Tento pohyb elektronů vytváří elektrický proud, konkrétně stejnosměrný proud (DC). Solární článek obsahuje také kovové vodiče, které zachycují tento proud a přenášejí ho do externího obvodu.

Od solárního článku k solárnímu panelu

Jeden solární článek produkuje relativně malé množství energie. Proto jsou solární články spojovány dohromady a zapouzdřeny pod ochrannými vrstvami, čímž vzniká solární panel (modul). Typický domácí solární panel obsahuje 60-72 solárních článků a může produkovat přibližně 250-400 wattů energie za optimálních podmínek.

Typy solárních panelů

Na trhu existuje několik typů solárních panelů, které se liší výrobní technologií, účinností a cenou:

1. Monokrystalické solární panely

Tyto panely jsou vyrobeny z jediného krystalu křemíku. Poznáte je podle jednotné tmavé barvy a zaoblených rohů. Výhody:

• Vysoká účinnost (15-22 %)
• Vyžadují méně prostoru díky vyšší účinnosti
• Delší životnost (25-40 let)

Nevýhody:

• Vyšší cena
• Výrobní proces generuje více odpadu

2. Polykrystalické solární panely

Tyto panely jsou vyrobeny z křemíkových fragmentů, které jsou taveny dohromady. Mají charakteristický modravý mramorovaný vzhled. Výhody:

• Nižší cena než monokrystalické panely
• Méně odpadu při výrobě

Nevýhody:

• Nižší účinnost (13-17 %)
• Vyžadují více prostoru pro stejný výkon
• Kratší životnost

3. Tenkovrstvé solární panely

Tyto panely jsou vyrobeny nanášením velmi tenkých vrstev fotoaktivního materiálu na podkladový materiál jako sklo nebo kov. Výhody:

• Flexibilní a lehké
• Lepší výkon při vysokých teplotách a zastínění
• Esteticky nenápadnější

Nevýhody:

• Výrazně nižší účinnost (7-13 %)
• Vyžadují mnohem více prostoru
• Kratší životnost a záruka

Komponenty solárního systému

Kompletní solární systém pro domácnost se obvykle skládá z následujících komponent:

1. Solární panely (moduly)

Jak již bylo vysvětleno, panely zachycují sluneční energii a přeměňují ji na stejnosměrný proud.

2. Střídač (invertor)

Solární panely produkují stejnosměrný proud (DC), zatímco domácnost využívá střídavý proud (AC). Střídač přeměňuje stejnosměrný proud na střídavý, který lze využít v domácnosti nebo dodat do rozvodné sítě. Existují tři hlavní typy střídačů:

• Stringové invertory: Nejběžnější typ, jeden centrální střídač pro celý systém
• Mikroinvertory: Malé střídače pro každý panel zvlášť, lepší výkon při částečném zastínění
• Výkonové optimizéry: Kombinace stringového invertoru a optimizérů na každém panelu

3. Bateriové úložiště (volitelné)

Baterie umožňují ukládat přebytečnou energii vyrobenou během dne pro použití v noci nebo v období s nedostatkem slunečního záření. Nejčastěji se používají lithium-iontové baterie díky své vysoké účinnosti, dlouhé životnosti a klesající ceně.

4. Elektroměr a síťové připojení

Pro systémy připojené k síti je potřeba dvousměrný elektroměr, který zaznamenává jak energii odebranou ze sítě, tak energii dodanou do sítě. To umožňuje využívat tzv. net-metering nebo výkup přebytků energie.

5. Montážní systém

Konstrukce, která zajišťuje bezpečné upevnění solárních panelů na střechu nebo jiný povrch. Kvalitní montážní systém je klíčový pro dlouhodobou spolehlivost celé instalace.

6. Monitorovací systém

Umožňuje sledovat výkon solárního systému v reálném čase, zaznamenávat vyrobenou energii a identifikovat případné problémy. Moderní systémy nabízejí přístup přes webové rozhraní nebo mobilní aplikaci.

Jak funguje celý solární systém

Pojďme si nyní projít celý proces fungování solárního systému krok za krokem:

1. Zachycení sluneční energie

Solární panely instalované na střeše nebo pozemku zachycují fotony ze slunečního záření.

2. Přeměna na elektrickou energii

Díky fotoelektrickému jevu panely přeměňují sluneční energii na stejnosměrný elektrický proud (DC).

3. Převod na využitelnou energii

Střídač přeměňuje stejnosměrný proud (DC) na střídavý proud (AC), který lze využít v domácnosti.

4. Využití, uložení nebo distribuce energie

Vyrobená elektřina je nyní připravena k použití v domácnosti. Pokud je vyrobeno více energie, než je spotřebováno, může být:

• Uložena do bateriového systému pro pozdější využití
• Dodána zpět do rozvodné sítě (v případě síťově připojených systémů)

5. Monitoring a optimalizace

Monitorovací systém průběžně sleduje výkon solárních panelů a celého systému, což umožňuje optimalizaci spotřeby energie a včasné odhalení případných problémů.

Faktory ovlivňující výkon solárních panelů

Výkon solárních panelů ovlivňuje několik faktorů:

1. Intenzita slunečního záření

Čím vyšší je intenzita slunečního záření, tím více elektřiny panely vyrábějí. Proto solární panely produkují více energie v létě než v zimě a více v poledne než ráno nebo večer.

2. Orientace a sklon panelů

V České republice je optimální orientace panelů na jih s úhlem sklonu přibližně 35°. Odchylky od tohoto optimálního nastavení snižují celkový výkon.

3. Zastínění

I částečné zastínění může výrazně snížit výkon celého systému, zejména u instalací s centrálním střídačem. Proto je důležité vyhnout se stínění od stromů, komínů nebo sousedních budov.

4. Teplota

Překvapivě, solární panely fungují efektivněji při nižších teplotách. Vysoké teploty mohou snížit účinnost panelů o 0,3-0,5 % na každý stupeň nad standardní testovací teplotu (25 °C).

5. Znečištění

Nahromaděný prach, listí, ptačí trus nebo sníh mohou blokovat sluneční záření a snižovat výkon panelů. Proto je důležitá pravidelná údržba a čištění.

Závěr

Solární panely představují fascinující technologii, která využívá obnovitelnou energii slunce k výrobě čisté elektřiny. Pochopení principu jejich fungování může pomoci při rozhodování o instalaci solárního systému i při jeho optimálním využívání.

Technologie solárních panelů se neustále vyvíjí. Nové materiály a výrobní postupy přinášejí vyšší účinnost a nižší ceny, což dělá solární energii stále dostupnější pro širokou veřejnost. Je velmi pravděpodobné, že význam solární energie bude v budoucnu dále růst jako jeden z klíčových zdrojů čisté energie.