Sluneční elektrárny

V současné době existují dva způsoby, jak vyrábět elektřinu ze sluneční energie. Prvním z nich je fotovoltaika. Fotovoltaické články přeměňují sluneční paprsky přímo na elektřinu. Druhý, méně známý způsob, využívají solárně termické elektrárny, které používají soustředěné sluneční paprsky k výrobě tepla. Teplo následně vytváří páru pro pohon turbíny a generátoru, stejně jako v klasické elektrárně.

Fotovoltaické články vyrábí elektřinu již od poloviny 20. století. Fotoelektrický jev byl objeven francouzským fyzikem Alexandrem Becquerelem v roce 1939. Podstata tohoto jevu spočívá v tom, že pokud jsou určité materiály vystaveny světlu či teplu, začnou uvolňovat elektrony vytvářející stejnosměrný proud. K tomuto účelu jsou obzvláště vhodné polovodiče jako např. křemík, který se v přírodě vyskytuje jako běžná součást písku a štěrku.[3]

Dlouho se však nevyplatilo fotovoltaické články používat kvůli jejich vysoké pořizovací ceně a malé účinnosti. Zásadní změna nastala, až když se solární články začaly využívat pro napájení kosmické techniky, poprvé u umělé družice Vanguard 1 (USA). V této souvislosti získala fotovoltaika první komerční aplikaci. Zde nebyla vysoká cena článků překážkou. Postupně se cena panelů začala snižovat a přibývalo více instalací.

Panely, které jsou v současnosti na trhu, mají účinnost výroby elektřiny v rozmezí 15 - 25 %. Prostor pro zvyšování účinnosti je však již velmi omezený, protože křemík, ze kterého jsou články vyrobené, může dosáhnout maximální hodnoty účinnosti 29,4%.

Hovoří o tom tzv. Shockley-Quisserova mez, která určuje teoretickou maximální účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu pro fotovoltaický článek s jedním p-n přechodem.[3]

Sluneční záření dopadající na Zem, se skládá z přímého a rozptýleného (difuzního) záření. Přímé sluneční záření, je záření od Slunce, které tvoří svazek rovnoběžných paprsků dopadající na povrch osvíceného tělesa. Rozptýlené sluneční záření vzniká v důsledku rozptylu přímých slunečních paprsků na molekulách plynných složek vzduchu, vodních kapkách, ledových krystalcích a různých aerosolových částečkách v atmosféře. Rozptýlené záření se jeví jako světlo oblohy. Kdyby nebylo, jevila by se obloha i během dne černá s ostře zářícím slunečním kotoučem. [1]

Součtem těchto dvou záření, které dopadají na jednotku plochy, dostáváme tzv. globální sluneční záření, ze kterého se určuje průměrný počet hodin solárního svitu (počet hodin souvislého slunečního svitu za rok bez oblačnosti). Průměrný počet solárního svitu se v ČR pohybuje kolem 1 460 hodin za rok. Směrem k rovníku se průměrný počet solárního svitu zvyšuje.

Roční efektivní využití fotovoltaického zdroje silně závisí na konkrétních podmínkách daného regionu, které pro stavbu solární elektrárny zvolíme. Intenzitu a dobu slunečního záření ovlivňuje také nadmořská výška, oblačnost a další lokální podmínky jako jsou časté ranní mlhy či míra znečištění ovzduší.

Roční efektivní využití pro ČR se pohybuje nízko, mezi 9 až 13 %. V průběhu času navíc dochází u každého článku k degradaci a snižování výkonu panelu. U současných využívaných modelů je však na úrovni 0,5% za rok.[5]

Nevýhodou fotovoltaické elektrárny je, že nedokážeme zaručit výrobu elektřiny v době potřeby, protože nedokážeme ovlivnit, kdy Slunce svítí a kdy ne. Dalším kritickým prvkem pro využití nejen fotovoltaiky je omezená možnost ukládání energie. Jeden ze způsobů, jak ukládat energii ze Slunce, je dobíjení baterií.[3]

Výhodou fotovoltaických elektráren je, že se mohou stavět v různých velikostech od jednotlivých zdrojů na budovách, které se pohybují v hodnotách okolo 230 Wp až po obrovské solární farmy (parky). Jednotka Wp, anglicky watt peak, označuje maximální výkon fotovoltaického článku nebo systému při plném osvětlení za optimálních podmínek [2]

V současné době je největší solární park v Číně, s instalovaným výkonem 1.5 GWp a dosahuje rozměrů přibližně 40 km². Další země s rozsáhlými solárními parky jsou Indie, USA, v Evropě například Francie.

Stále častěji se staví fotovoltaické elektrárny na vodě, tzv. plovoucí fotovoltaické parky. Využívají toho zvláště země s nedostatkem volných ploch na pevnině např. Čína či Japonsko. Navíc se tímto dosahuje i efektivního chlazení. Při přehřátí se totiž snižuje efektivita fotovoltaických článků. [5]

Solární elektrárny v ČR

Současný celkový instalovaný výkon solárních elektráren v ČR ve výši asi 2000 MW je zhruba stejný jako instalovaný výkon největší české jaderné elektrárny v Temelíně. (Instalovaný výkon P i {\displaystyle P_{i}} je součet jmenovitých činných výkonů všech stejných zařízení - solární panely, nacházejících se v jednom objektu - ČR).

Instalovaný výkon solárních elektráren v ČR (v MW ke konci jednotlivých let):

Rok	MW
2006	0,2
2007	3,4
2008	39,5
2009	464,6
2010	1959,1
2011	1971
2012	2086
2013	2132,4
2014	2067,4
2015	2074,9
2016	2045,5
2017	2069.5

Tab.1. Vývoj instalovaného výkonu FVE v ČR

V roce 2017 se v ČR vyrobilo celkově 2168.7 GWh elektřiny (netto) z fotovoltaických elektráren. V porovnání s jadernými, které vyrobily 28 339,6 GWh je to asi 13 krát méně.

(Výroba elektřiny netto vyjadřuje celkovou výrobou elektřiny bez spotřebované energie na vlastní provoz elektrárny. Výroba elektřiny brutto vyjadřuje celkovou výrobou elektřiny i se spotřebovanou energí na vlastní provoz elektrárny.)