Bez Slnka by život na Zemi nebol možný. Každú sekundu sa 4 000 ton z hmoty Slnka premení na energiu a letí do vesmíru. Z tejto hviezdy našej planetárnej sústavy dopadá na hranici zemskej atmosféry energia s účinnosťou 1,35 kW/m2. Časť tejto energie sa prienikom zemskej atmosféry pohltí a časť sa odrazí, preto na Zem dopadne energia v hodnote asi 1 kW/m2, ktorej časť sa dá využiť a premeniť napríklad na elektrickú energiu.

V letnom čase dopadne na Zem až 75 % z celoročného globálneho žiarenia. V našich končinách počítame v priemere približne s 1 500 hodinami slnečného žiarenia. Na horách je to vyše 1300 hodín a na juhu Slovenska až niečo cez 1 800 hodín (niektoré zdroje uvádzajú od 1 600 do 2 000 hodín). Toto je zdroj, ktorý treba využiť na ušetrenie financií za energiu.

Princíp fotovoltaiky
Fotovoltaický jav objavil v roku 1839 Antoine-Cesár Becquerel (*1788 - +1878). Na rozhraní dvoch polovodičových materiálov, na ktoré dopadá slnečné žiarenie, dochádza k pohlcovaniu fotónov a uvoľňovaniu elektrónov, z čoho vzniká elektrické napätie, ktoré môžno využiť, napríklad pri zriadení fotovoltaickej elektrárne. Proces energetickej premeny je priamy, bez medzistupňov a neuvoľňujú sa pri ňom žiadne emisie skleníkových plynov alebo iných škodlivých častíc.

Niekoľko základných údajov
Fotovoltaika, ktorá využíva slnečné žiarenie, sa stala jedným z najrýchlejšie sa rozvíjajúcich odborov (v celosvetovom meradle) vzhľadom na ročný nárast inštalovaného výkonu, ktorý prevyšuje 30 %. Využívanie Slnka ako zdroja energie, má veľkú výhodu oproti fosílnym palivám preto, že ho nemožno sprivatizovať a je zároveň najekologickejším "palivom".
Na zemskom povrchu registrujeme tri základné druhy slnečného žiarenia:
- slnečné žiarenie, ktoré dopadá priamo na fotovoltaický článok a prešlo atmosférou Zeme bez výraznejších zmien,
- rozptýlené žiarenie čiže difúzne, ktoré má spektrálne zloženie iné ako priame svetlo (následok rozptylu),
- žiarenie odrazené, a to buď od zemského povrchu alebo od iných objektov.
Všetky tieto zložky tvoria tzv. globálne slnečné žiarenie (jeho intenzita sa u nás pohybuje medzi 0,1 - 1 kW/m2), ktoré v rôznej miere vnímame voľným okom a sme ho schopní využiť pre svoju potrebu prostredníctvom fotovoltaických systémov.
Nominálny výkon fotovoltaických článkov je udávaný v jednotkách Watt peak (Wp) a zodpovedá vyrobenému výkonu solárneho panela pri štandardizovanom výkonnostnom teste, teda energetickej hustote žiarenia 1 kW/m2, pri teplote 25 oC a svetelnom spektre slnečného žiarenia po prechode bezoblačnou atmosférou Zeme.
Fotovoltaické články sa vyrábajú s nominálnym výkonom 0,1 kWp a jeden takýto článok ročne vyrobí 100 kWh. Energetická návratnosť celého fotovoltaického zariadenia, ktorú udávajú výrobcovia, je okolo troch rokov. Zároveň ponúkajú 25-ročnú výkonnostnú garanciu. Po 25 rokoch bude mať článok 80-percentný výkon. Jeho životnosť je však dlhšia ako 30 rokov a záručná lehota na články je 5-ročná.
Fotovoltaické články z amorfného kremíka (Si) dosahujú stupeň účinnosti premeny slnečnej energie na elektrickú v laboratórnych podmienkach až 10 %, no v praxi len 4 - 8 %. Ich nevýhodou je nedostatočná stabilita v čase, pretože je podstatne menšia ako u iných druhov článkov.
Monokryštalické kremíkové články sú v súčasnosti najpoužívanejšie a aj najdôslednejšie prepracované. V laboratórnych podmienkach možno dosiahnuť až 20-percentnú účinnosť, v praxi je to 14 - 16 %. Zvýšenie účinnosti sa dosahuje povrchovým štruktúrovaním a antireflexnou vrstvou na prednej strane článku.
Polykryštalické kremíkové články sú vyrobené z liateho kremíka a v porovnaní s monokryštalickými je ich účinnosť nižšia. Dosahuje 11 - 14,5 %. Vzhľadom na dobu použitia rýchlejšie klesá aj ich účinnosť.
Fotovoltaické články z arzenitu gália (GaAs) - majú vynikajúcu odolnosť voči vysokoenergetickému žiareniu a využívajú sa predovšetkým na napájanie vesmírnych staníc a satelitov. Ich účinnosť dosahuje až 34 percent.

Princíp fungovania fotovoltaického článku
Fotovoltaický článok je vlastne veľkoplošná polovodičová dióda (vnútorný fotoelektrický jav), ktorá premieňa slnečnú energiu dopadajúcu vo forme žiarenia priamo na elektrickú. To znamená, že pracuje na fyzikálnom princípe toku elektrického prúdu medzi dvoma prepojenými polovodičmi s rozdielnymi elektrickými vlastnosťami, na ktoré dopadá svetelné žiarenie.
Jedna vrstva kremíka (Si) sa vďaka prímesiam atómov fosforu vyznačuje nadbytkom elektrónov (záporných nábojov) a označuje sa ako N-vrstva. Druhá vrstva je obohatená atómami bóru, čím v nej vzniká nedostatok elektrónov. Označuje sa ako P-vrstva a má kladný náboj. Medzi oboma vrstvami vzniká tzv. P-N prechod, ktorý je pri dopade slnečného žiarenia aktivovaný a pripojenými vodičmi tečie medzi oboma vrstvami elektrický prúd. P-N prechod je polovodič, pretože na rozdiel od striedavých elektrických zariadení prúd tečie len jedným smerom - od záporného pólu ku kladnému.
Pri dopade slnečného žiarenia alebo iného svetelného zdroja na polovodič má napätie medzi oboma pólmi hodnotu približne 0,5 V. Pretekajúci prúd závisí od intenzity slnečného žiarenia, čiže množstva dopadajúcich fotónov, a od veľkosti článkov, ktorých je v paneli umiestnených niekoľko. Napätie v nich býva zvyčajne 12 - 24 V.
Jednosmerný prúd, ktorého zdrojom je sústava FV článkov tvoriacich modul, využíva mnoho jednoduchých elektrických zariadení (napr. prenosné elektrospotrebiče na batérie). V najjednoduchších solárnych aplikáciách je jednosmerný prúd vyrábaný FV článkami využívaný elektrospotrebičmi priamo. V aplikáciách, kde je potrebný striedavý prúd, treba použiť tzv. menič, ktorý z jednosmerného vyrába striedavý. Striedavý prúd je dodávaný verejnou elektrickou sieťou a využíva ho väčšina bežných elektrospotrebičov.

Umiestnenie panelov
Na plochej streche môžeme fotovoltaické moduly umiestniť do takmer vodorovnej roviny v úrovni strešnej konštrukcie s minimálnym sklonom 3° (fotovoltaické izolačné pásy alebo film - lepené moduly fixované rámami) či nad úrovňou strechy, keď sú panely upevnené na vlastnej konštrukcii, uchytenej v nosnej konštrukcii strechy, alebo naklonené plochy modulov (na vlastnej samostatnej konštrukcii z ocele alebo betónu) vo forme pevných či otočných systémov (so servomotorom).
Na šikmej streche (pultovej, sedlovej, inej...) môžu moduly v strešnej rovine fungovať ako plnohodnotná náhrada krytiny, pričom preberajú aj základné funkcie strechy (statickú i ochrannú). Fotovoltaické panely sa môžu ukladať aj priamo na krov strechy. Pri plechovej strešnej krytine sa používajú vstavané fotovoltaické panely a pri iných druhoch sa vyberú špeciálne, tzv. fotovoltaické škridle, šindle, rohože či pásové krytiny... Umiestnenie v úrovni strešnej roviny nachádza svoje uplatnenie pri väčšine dodatočných aplikácií - moduly sa dávajú na existujúcu krytinu, pričom fotovoltaické panely majú vlastnú konštrukciu.
Pri rôznych tvaroch striech a stropov zo skla sa používajú transparentné typy fotovoltaických panelov, ktoré samotné tvoria strešnú konštrukciu najrozličnejších geometrických tvarov. Prekrývajú sa tak vnútorné priestory, ako sú átriá a dvorany, zimné záhrady, pasáže a spojovacie komunikácie či strešné svetlíky.
Fotovoltaické moduly na šikmej streche môžu vytvoriť zaujímavú kombináciu so strešnými oknami, slnečnými kolektormi, príp. terasami, lodžiami, atď. V takomto prípade je dôležitá voľba vhodného modulu, ktorý by zjednotil všetky "do hry" vstupujúce komponenty tak, aby strešná plocha ako celok pôsobila harmonicky.

(mez)
Snímky: CS MTRADE, Schuco