Sluneční fotovoltaické elektrárny

Solární fotovoltaické elektrárny většinou tvoří řady jižně orientovaných panelů uchycených na lehkých kovových konstrukcích

Solární elektrárny

Sestavením fotovoltaických panelů do většího celku vzniká zdroj elektrické energie využitelné pro přímou spotřebu vlastníkem elektrárny nebo pro dodávku energie do distribuční sítě. Častým místem instalace fotovoltaických elektráren jsou střechy obytných nebo průmyslových budov, ale elektrárnu mohou samozřejmě tvořit i volně stojící jednotky s panely umístěnými na jednoduchých konstrukcích. Pro zvýšení účinnosti mohou být konstrukce vybaveny systémem sledujícím polohu Slunce na obzoru a natáčejícím rovinu panelů kolmo k dopadajícím paprskům slunečního záření, ale to se už dnes ekonomicky nevyplatí, a tak naprostá většina elektráren využívá konfiguraci s pevnou orientací i sklonem panelů.

Jak funguje fotovoltaická elektrárna

Oboustranné fotovoltaické panely v čilské poušti Atacama vyrábí více energie díky využití odraženého světla zadní stranou panelu

Oboustranné fotovoltaické panely

Zvýšení výkonu slibují nově instalované oboustranné fotovoltaické panely, využívající dopadající světlo z obou stran. Pro výsledný výkon je důležitý sklon těchto panelů, výška jejich instalace i odrazivost podloží, určující především výkon zadní strany panelu. Perspektivní využití mohou oboustranné panely najít v agrofotovoltaice – vertikálním rozmístěním panelů v řadách na polích tak, že jejich strany jsou orientované na východ a západ. Ve vzniklých panelových alejích je přitom zachována původní zemědělská produkce. Výkon agrofotovoltaických elektráren je nejvyšší ráno a večer a křivka jejich výroby lépe odpovídá dennímu profilu spotřeby elektřiny v síti.

Na zadní straně panelů jsou umístěny výkonové invertory měnící stejnosměrný proud panelů na střídavý proud sítě o frekvenci 50 Hz

Střídače napětí

Fotovoltaické panely generují stejnosměrný proud, a proto musí být elektrárny na výstupu vybaveny vhodným střídačem napětí, aby se jejich parametry shodovaly s požadavky distribuční sítě, do které budou připojeny. Instalovaný výkon malých fotovoltaických elektráren začíná v řádu jednotek kilowatt, velké elektrárny dosahují výkon až v řádu jednotek, desítek nebo stovek megawatt. Při omezené průměrné plošné hustotě výroby elektřiny přibližně 140 Watt na čtvereční metr účinné plochy panelů, a rovněž při zohlednění dalších dodatečných nároků na plochu umožňující technickou realizovatelnost celé elektrárny, musí být pro fotovoltaické elektrárny větších výkonů vyčleněna značná plocha (1 000 MW – asi 20 až 40 km2). Kdyby měla být celá spotřeba elektřiny v ČR pokryta jen z fotovoltaiky, panely by pokryly asi 1,5% území.

Na jedné straně fotovoltaické elektrárny je čistá elektrická energie bez potřeby paliva a emisí, na druhé poměrně velká plocha na jejich instalaci

Instalovaný výkon

Podle instalovaného výkonu se fotovoltaické elektrárny dělí na malé – s výkonem v řádu jednotek až desítek kilowatt a na velké – solární fotovoltaická pole s výkonem počítaným v megawattech. Prakticky všechny velké fotovoltaické elektrárny jsou připojeny do distribuční sítě. Existuje i možnost ostrovního provozu elektrárny, kdy je celý výkon spotřebován v místě výroby, nebo je ukládán do baterií pro pozdější použití. Jedná se převážně o odlehlá místa bez možnosti připojení k síti. Vývoj a provoz fotovoltaických elektráren probíhá hlavně v evropských státech, jako jsou Německo, Španělsko, Portugalsko, Itálie, dále jsou to USA, Japonsko a Austrálie.

Vliv na životní prostředí

Fotovoltaická sluneční elektrárna vyrábí čistou elektrickou energii v průběhu celé své životnosti, bez nutnosti zásobování palivem nebo doplňování drahých provozních médií, bez jakýchkoliv emisí či výpustí. Neprodukuje žádný hluk nebo odpady. Jediným negativním dopadem na životní prostředí může být vysoká energetická náročnost výroby solárních křemíkových panelů a s tím spojené používání fosilních paliv. Všechny vyrobené panely musí být také na konci své životnosti recyklovány nebo ekologicky likvidovány. Průměrná životnost fotovoltaického panelu je 25–30 let, kdy jeho účinnost klesne zhruba o 20 %.

Výroba a spotřeba elektrické energie v průběhu dne při instalaci fotovoltaické elektrárny s bateriovým úložištěm

S poklesem výrobní ceny panelů začínají být v posledních letech fotovoltaické elektrárny atraktivní pro stále širší okruh investorů. Spotřebitel se instalací fotovoltaiky zároveň stává výrobcem elektřiny a v případě zapojení vlastní elektrárny do sítě se podílí na lokálním udržování výkonové bilance.

Časový průběh výkonu fotovoltaických elektráren sice není rovnoměrný, ale při současném stupni predikce počasí je možný poměrně přesný odhad výroby elektřiny na několik hodin dopředu. U domácích instalací s bateriovým úložištěm probíhá nabíjení baterií v čase vyšší sluneční aktivity (v poledne) a využívání naakumulované elektrické energie v ranních a večerních hodinách, kdy je výroba panelů nízká a spotřeba vysoká. Dobře dimenzované domácí bateriové systémy výrazně snižují spotřebu objektu z připojené distribuční sítě.