Jak funguje fotovoltaická elektrárna

Krátké shrnutí: 

• Aktivní a pasivní využití sluneční energie: Sluneční energii lze využívat aktivně (přeměnou na elektřinu pomocí fotovoltaiky) nebo pasivně (přímým využitím slunečního záření k ohřevu vody nebo vytápění).
• Princip fotovoltaiky: Fotovoltaické panely přeměňují sluneční záření na stejnosměrný proud, který střídač převádí na střídavý pro použití v domácnosti. Přebytky energie se ukládají do baterie.
• Komponenty fotovoltaické elektrárny: Základními prvky jsou fotovoltaické panely, střídač a baterie. Doplňují je rozvaděče, ochranné prvky a konstrukce pro montáž panelů.
• Výhody fotovoltaiky: Fotovoltaické systémy jsou ekologické, mají dlouhou životnost, nenáročný provoz a rychlou návratnost investice (cca 5 let). Navíc umožňují výrazné úspory na elektřině.

Fotovoltaická elektrárna (nazývaná zkráceně fotovoltaika, solární elektrárna nebo také sluneční elektrárna) je energetické zařízení, které vyrábí elektřinu ze slunečního záření. Přečtěte si, na jakém principu funguje, a co můžete očekávat od jejího provozu.

Aktivní a pasivní využití sluneční energie

Sluneční energie se dá využít dvěma způsoby:

• Aktivně, kdy se sluneční energie přeměňuje na elektřinu, která se dále používá (k napájení spotřebičů, vytápění, ohřevu vody nebo třeba nabíjení elektroauta). Do této kategorie patří fotovoltaika, která tuto transformaci energie zajišťuje.
• Pasivně. Sluneční energie se v tomto případě používá napřímo, aniž by se musela jakkoliv přeměňovat. Dá se tak například přihřívat bazén nebo interiér domu. Obzvlášť pasivní domy s tímto druhem využití energie slunečního záření přímo počítají – mívají velká okna orientovaná na jih, kterými dovnitř proudí sluneční paprsky, a znatelně zvyšují teplotu v domácnosti.

Fotovoltaika –⁠ princip fungování

Jaký je princip fotovoltaiky? Panely přeměňují sluneční záření, které na ně dopadá, na stejnosměrný proud. Ten pak střídač (kterému se říká také měnič) převádí na elektřinu střídavou, která napájí běžné spotřebiče, jenž jsou připojené do sítě. Pokud se energie vyrobí nadbytek, ukládá se do fotovoltaické baterie pro pozdější použití.

Fotovoltaická elektrárna využívá princip, známý jako fotoelektrický jev. K tomu dochází ve fotovoltaických článcích v panelech, když na ně dopadá sluneční záření.

• Fotony, které dopadají na fotovoltaický článek, vyráží elektrony z obalu atomu křemíku. Ty se tak dávají do pohybu.
• Čím rychleji se elektrony pohybují, tím více elektřiny panely vyrobí.
• Celkový výkon panelu záleží na tom, jaký je rozdíl energie mezi elektrony v klidovém stavu, a v pohybu.
• To, jak fungují solární panely, je ovlivněno také teplotou. Při nižších teplotách mají nehybné elektrony nižší energii. Když jsou slunečním zářením aktivovány, je nárůst jejich energie vyšší. Proto je účinnost panelů vyšší v zimě (přibližně o 0,4 % na každý °C) než v létě. Při vyšších teplotách jsou totiž elektrony v klidovém stavu více zahřáté, a tedy mají i vyšší počáteční energii. Více v článku Jak funguje fotovoltaika v zimě nebo v šeru.

Obr. Solární elektrárna a princip fotoelektrického jevu

Prvky fotovoltaické elektrárny

Solární elektrárnu tvoří tři základní prvky: fotovoltaické panely, střídač a baterie. Nyní si popíšeme, jak funguje solární panel i další komponenty celého solárního systému.

Jak fungují solární panely

Fotovoltaické panely (neboli moduly) jsou tvořeny fotovoltaickými články. To jsou v podstatě polovodičové diody, které jsou navzájem propojené (buď paralelně nebo sériově). Panely jsou z přední strany kryté odolným sklem, zasazeném obvykle v hliníkovém rámu; na zadní straně je plastová fólie a konektor k propojení s dalšími prvky elektrárny.

Typy fotovoltaických panelů

Podle typu použitých fotovoltaických článků mohou být panely monokrystalické, polykrystalické nebo amorfní. Liší se svými vlastnostmi a účinností za různých světelných podmínek. Pokud vás zajímá, jak se vyrábí solární panely, je tu pro vás další článek.

Obecně se tedy dá říct, že pro střechy s dobrou orientací a sklonem ke slunci se nejlépe hodí monokrystalické panely. Polykrystalické panely se zase hodí pro lokality, kde je světlo více rozptýlené a přichází ze strany. Nicméně rozdíly v účinnosti těchto dvou typů panelů jsou pouze v řádu procent a při výkonu dnešních panelů můžete zvolit v podstatě kterýkoliv z nich.

V České republice se nejčastěji prodávají monokrystalické panely, protože se lépe hodí pro naše zeměpisné šířky. Oblíbené jsou také pro svoji černou barvu, kterou většina zákazníků preferuje.

Na jakou střechu lze umístit fotovoltaické panely? To zjistíte v našem dalším článku. Dozvíte se v něm také, jak si poradit, když střecha vašeho domu není pro jejich instalaci vhodná.

Tip: Chcete se toho o solárních panelech dozvědět více? Přečtěte si také podle čeho vybírat fotovoltaické panely. V následujícím článku zase vysvětlujeme nejdůležitější pojmy související s fotovoltaickou elektrárnou.

Jak funguje střídač v součinnosti s baterií pro fotovoltaiku

Energie vyrobená panely proudí dvěma kabely do střídače, který tento stejnosměrný proud přeměňuje na proud střídavý, který ihned mohou využít domácí spotřebiče. Střídač je zároveň propojen s fotovoltaickou baterií, kam se elektřina automaticky ukládá v případě, že se v domácnosti ihned nespotřebovala.

Další fotovoltaické komponenty

Fotovoltaická elektrárna má vedle zmíněných tří základních komponent i další prvky: rozvaděč s jisticími a ochrannými prvky, řídicí a monitorovací techniku a kabelové propojení. Nezbytnou součástí je také konstrukce pro upevnění FVE na střechu nebo na jiný vhodný povrch.

Díky baterii využijete vyrobenou elektřinu na maximum

Baterie není nezbytným prvkem fotovoltaické elektrárny, ale její pořízení je velice výhodné. Slouží totiž k ukládání přebytků vyrobené energie, kterou vaše domácnost v danou chvíli nespotřebuje, a k jejímu využití na pozdější dobu, kdy je nedostatek slunečního svitu. 

Díky baterii můžete pohodlně překonat výpadek dodávky proudu (tzv. blackout) nebo být energeticky soběstační i na místech, kde není zavedena elektřina (proto se tyto tzv. ostrovní systémy skvěle hodí také na chatu či chalupu). Více o výhodách baterie a o tom, proč do fotovoltaické baterie investovat, se dozvíte v článku.

Tip: Přečtěte si také náš článek o dalších způsobech, jak využít přebytky z fotovoltaiky.

Cena fotovoltaiky 2024

Když se budete zajímat o to, jaká je cena solární elektrárny, musíte tedy brát v úvahu nejen samotné panely, ale i ostatní součásti. Záleží také na tom, co všechno budete chtít solárním systémem napájet. Můžete na něj totiž připojit nejen běžné menší spotřebiče, ale třeba také zkombinovat fotovoltaiku s tepelným čerpadlem nebo nabíjet elektromobil pomocí domácí nabíjecí stanice a jezdit tak skoro zadarmo. Spočítejte si, na kolik vyjde fotovoltaika pro váš dům a kolik díky ní můžete ušetřit, pomocí naší online kalkulačky cen fotovoltaiky.

Pořizovací náklady však můžete snížit až o polovinu – stačí využít dotace na fotovoltaiku z programu Nová zelená úsporám, a to až do výše 176 000 Kč.

Pokud pro vás celková cena představuje i tak příliš velkou vstupní investici, můžete využít zvýhodněný úvěr na fotovoltaiku a rozložit si splátky až na 20 let. Fakticky se pak o jejich splácení bude starat sluneční energie, díky níž každý měsíc ušetříte za elektřinu, kterou byste jinak museli čerpat ze sítě.

Výkon a účinnost solární elektrárny

Při návrhu fotovoltaické elektrárny bereme v potaz především požadovaný výkon FVE. Výkon panelů se udává v jednotkách Wp a pohybuje se kolem 450 Wp. Každých 1 000 Wp vyrobí přibližně 1 MWp elektřiny za rok. Elektrárny pro rodinné domy se zpravidla navrhují do velikosti, resp. výkonu do 10 kWp; pro běžnou domácnost to bývá dostačující, pokud pravidelně nenabíjí elektromobil pomocí domácí nabíjecí stanice. 

Domácí fotovoltaiku lze dimenzovat až do 50 kWp, což je limit, do něhož není nutné mít licenci na provozování elektrárny, jejíž získání je pro vlastníka spojeno s množstvím administrativy.

Důležitým ukazatelem je také účinnost fotovoltaických panelů. Ta udává, jaké procento z přijímané sluneční energie dokáže systém přeměnit na elektřinu. Díky technologickému pokroku se účinnost panelů neustále zvyšuje (momentálně již nad 20 %), nicméně s ohledem na fyzikální zákony není možné překročit 34 %.

Provoz bez starostí i škodlivých emisí

Díky tomu, jak funguje solární elektrárna, nepotřebuje ke svému chodu žádné pohyblivé součásti a čerpá z obnovitelného a takřka neomezeného zdroje energie (alespoň pro dalších několik miliard let). Zároveň neprodukuje žádné emise oxidu uhličitého či jiných škodlivých látek do ovzduší (právě díky instalaci fotovoltaiky a rovněž ekologických tepelných čerpadel po celé ČR pomáháme každý rok ušetřit přes 6 300 tun CO₂).

Fotovoltaika jako investice

K výhodám fotovoltaiky přidejte dlouhou životnost solárních panelů a nenáročný provoz bez starostí a máte ideální energetické zařízení do domácnosti, které představuje skvělou investici do budoucnosti. Při současných vysokých cenách elektřiny se návratnost vstupních nákladů běžně pohybuje kolem 5 let. Následně už se můžete těšit na výnosnost zhruba 10–25 % ročně, což dělá z fotovoltaiky investici ještě atraktivnější, než jsou akcie, dluhopisy nebo nemovitosti. Tak neváhejte, ať můžete s fotovoltaikou začít šetřit co nejdříve!