FOTOVOLTAIKA V MĚSTSKÝCH AGLOMERACÍCH

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING FOTOVOLTAIKA V MĚSTSKÝCH AGLOMERACÍCH BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR PAVEL DOBIÁŠ BRNO 2008

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING FOTOVOLTAIKA V MĚSTSKÝCH AGLOMERACÍCH PHOTOVOLTAIC SYSTEMS IN THE CITIES BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR PAVEL DOBIÁŠ ING. PETR MASTNÝ, PH.D. BRNO 2008

3 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta lktrotchniky a komunikačních tchnologií Ústav lktronrgtiky Bakalářská prác bakalářský studijní obor Silnoproudá lktrotchnika a lktronrgtika Studnt: Dobiáš Pavl ID: Ročník: 3 Akadmický rok: 2007/2008 NÁZEV TÉMATU: Fotovoltaika v městských aglomracích POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: 1. využití solární nrgi - nrgtický potnciál Slunc 2. princip fotovoltaiky a současné tchnologi 3. využití systémů grid-off pro napájní zařízní - srovnání s EU 4. využití fotovoltaických systémů v Brně - nrgtická a konomická analýza DOPORUČENÁ LITERATURA: dl pokynů vdoucího prác Trmín zadání: Trmín odvzdání: Vdoucí prác: Ing. Ptr Mastný, Ph.D. doc. Ing. Čstmír Ondrůšk, CSc. přdsda oborové rady UPOZORNĚNÍ: Autor bakalářské prác nsmí při vytvářní bakalářské prác porušit autorská práv třtích osob, zjména nsmí zasahovat ndovolným způsobm do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom násldků porušní ustanovní 11 a násldujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včtně možných trstněprávních důsldků vyplývajících z ustanovní 152 trstního zákona č. 140/1961 Sb.

4 č í Á ý Á ŽÍ Š Í í í á í í é ří í áš ý í í í Ú í í á é č í é ě č í í í Ú í ž é á á ě í é ěř í ě ý Č í š á č á š í í ř ě é š á č í á Š č í á á á ář á á á á íž á á Š í á Š ě ý í Ú í š Š ý Š Ú Š š ě é ě č ářů é ě č ářů š Ž ř í ů číč í í é é á š Ž á á í í á ý á ř í í Ž í í ů í í á ě í é á é ě í

5 Ž á á í á Č á ě í ě í á ě í ý á ě í ý á é í ý ě č ě Ží ří í ý ý ý ý Úč ů č ě ň í ů ů Ž ý á ě ě á í ý ý á í í ř ě í í á ří é á í í ř í é ř í é ř í é ř í é ř í é ů í ě Ž ý í ý ě č é ř ň á í í í á č é ě í Ž ě á ě á Č á á é á í á ř í í á ř č Ž í Ží ší í Ž Š í é é ří í ý á č ý á í š ý á á ď í é ě í ř ší á í ř č í ř á ě é é Ů í ý ě í í ů ů í á ě ý í č í á úč í ě í ě

6 ABSTRAKT Bakalářská prác si klad za cíl sznámit čtnář s problmatikou fotovoltaických systémů a s jjich využití v různých aplikacích. V úvodní kapitol pojdnává o tom, jaký potnciál spočívá v nrgii, ktrá dopadá na Zm směrm od Slunc. Snaží s zanalyzovat základní problémy při využívání této nrgi. Další část s věnuj principu funkc jdnoduchého polovodič a vysvětluj princip funkc fotovoltaického článku. Násldující část s zabývá konstrukcí a základními typy fotovoltaických článků a ukazuj možné směry jjich vývoj. V další části jsou analyzovány různé druhy fotovoltaických systémů a jjich použití v praxi. Poté j v této práci čtnář obznámn s významm fotovoltaiky jako obnovitlným zdrojm a také S jho podporou njn na úrovni Evropské uni, al také na národní úrovni Čské rpubliky. Posldní část s zabývá návrhm čtyř zařízní, ktré využivají fotovoltaický systém jako zdroj napájní,a ktré najdou využití v prostřdí rozvinuté městské aglomrac. KLÍČOVÁ SLOVA solární nrgi, polovodič, fotovoltaický článk, GRID-OFF, jízdnkový automat, parkovací automat ABSTRACT This Bachlor thsis main goal is to introduc a potntial radr with th photovoltaic systm qustions and its utilization in many applications. In th lading chaptr th thsis dals with th potntial of th nrgy which is radiatd from th Sun towards th Earth. It tris to analyz th common problms of using this nrgy. Th nxt part dals with simpl smiconductor oprating principls and xplain th principls of photovoltaic cll functions. Th upcoming part dals with th construction and basic typs of photovoltaic clls and show th possibl ways in thir dvlopmnt. In th nxt part thr ar analyzd many typs of photovoltaic systms and thir application in praxis. In th nxt part th radr is introducd with th maning of photovoltaic as a rnwabl sourc and with its support in th Europan Union and Czch Rpublic. Th last part dals with dsign of four dvics which uss photovoltaic systm as a powr sourc and which can b usd in th city agglomration nvironmnt. KEYWORDS solar nrgy, smiconductor, photovoltaic cll, GRID-OFF, tickt machin, parking machin

7 DOBIÁŠ, P. Fotovoltaika v městských aglomracích. Brno: Vysoké uční tchnické v Brně, Fakulta lktrotchniky a komunikačních tchnologií. Ústav lktronrgtiky, Počt stran 90 s., Počt stran příloh 13 s. příloh. Vdoucí bakalářské prác Ing. Ptr Mastný, Ph.D.

8 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ž svou bakalářskou práci na téma Fotovoltaika v městských aglomracích jsm vypracoval samostatně pod vdním vdoucího bakalářské prác a s použitím odborné litratury a dalších informačních zdrojů, ktré jsou všchny citovány v práci a uvdny v sznamu litratury na konci prác. Jako autor uvdné bakalářské prác dál prohlašuji, ž v souvislosti s vytvořním této bakalářské prác jsm nporušil autorská práva třtích osob, zjména jsm nzasáhl ndovolným způsobm do cizích autorských práv osobnostních a jsm si plně vědom násldků porušní ustanovní 11 a násldujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včtně možných trstněprávních důsldků vyplývajících z ustanovní 152 trstního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně dn (podpis autora)

9 PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval svému vdoucímu Ing. Ptru Mastnému, Ph.D. za vškrou podporu při vytvářní této bakalářské prác. Zvláštní dík patří mé rodině za morální a matriální podporu běhm studia.

10 OBSAH 1 Využití solární nrgi, nrgtický potnciál Slunc Slunc jako zdroj nrgi Enrgtická spotřba lidstva Využití slunčního zářní na Zmi Fyzikální podstata světla Princip fotovoltaiky a současné tchnologi Fyzikální podstata funkc polovodič Princip funkc fotovoltaického článku Výroba fotovoltaických článků Konstrukc fotovoltaických panlů Základní typy fotovoltaických článků Křmíkové monokrystalické články Články z polykrystalického křmíku Články z amorfního křmíku Další možnosti vývoj fotovoltaických článků Galiumarsnid (GaAs) Dislnid mědi a india (CuInS2, CIS) Tlurid kadmia (CdT) Články využívající organické látky Nanostrukturní články Fotogalvanické články z vodivých polymrů Vícpřchodové články Využití systémů GRID-OFF pro napájní zařízní Systémy GRID-ON Autonomní solární systém bz akumulátoru Autonomní solární systém s akumulátorm Hybridní solární systém Fotovoltaika a Evropská uni Současná situac Evropská politika a fotovoltaika Národní politiky zmí EU a fotovoltaika Situac v Čské rpublic

11 5 Využití fotovoltaických systémů v Brně Lokální podmínky Získaná data pro vybrané místo Návrh fotovoltaických systémů Jízdnkový automat AVJ G napájný fotovoltaickým systémm Parkovací automat SITTRAFFIC SITY 5 napajný fotovoltaickým systémm Informativníní dopravní značka napájná fotovoltaickým systémm Solární napajní osvětlní domovního čísla Závěr 68 Litratura 70 Sznam symbolů, vličin a zkratk 73 Sznam příloh 76 A Podpora fotovoltaických tchnologií v Evropě 77 B Mapy slunčního svitu v Čské rpublic 79 C Roční průběhy vličin slunčního svitu získaných z PVGIS pro dané umístění 81 D Roční průběhy vličin získaných z PVGIS pro zvolný FV panl 84 E Vývoj nákladů pro varianty napájní jízdnkového automatu 86 F Návrh akumulátoru informativní značky pro cloroční provoz 87 G Přiložné CD 89

12 SEZNAM OBRÁZKŮ 1.1 Spktrum slunčního zářní po průchodu zmskou atmosférou Atom křmíku s znázorněnými nrgtickými hladinami Atomy křmíku v vlastním polovodiči [12] Hustota stavů u vlastního polovodič na jdnotkový intrval nrgi[1] Funkc pravděpodobnosti f(e) a 1 f(e)[1] Koncntrac lktronů a děr u vlastního polovodič[1] Atomy polovodič typu N s donorovým atomm As [12] Hustota stavů u polovodič typu N[1] Pravděpodobnostní funkc pro polovodič typu N[1] Množství lktronů a děr v polovodiči typu N[1] Atomy polovodič typu P s akcptorovým atomm B [12] Ostrý přchod mzi oblastí N a P[1] Npolarizovaný PN přchod[1] Schéma nrgtických hladin polovodičového článku[1] Nosvětlný fotovoltaický článk[1] Osvětlný fotovoltaický článk[1] Spktrum slunčního zářní po průchodu atmosférou, ktré j schopn fotovotovoltaický článk absorbovat [1] Zatěžovací charaktristika fotovoltaického článku pro různé intnzity osvětlní [1] Změna zatěžovací křivky v závislosti na tplotě [1] Výrobní cyklus křmíku [1] Jdnoduchý článk a článk s vysokou účinností [1] Diagram vývoj vícpřchodových článků [3] Vývoj instalovaného výkonu v ČR[9] Struktura instalovaného výkonu [9] Principiální schéma zapojní fotovoltaického systému Přdpokládaný průběh nákladů pro 20 lt provozu jízd. automatu pro různá řšní napájní Informativní značka Přchod pro chodc s LED diodami Přdpokládaný průběh nákladů pro 20 lt provozu informativní značky pro různá řšní napájní B.1 Roční průměrný uhrn slunčního zářní [15] B.2 Roční průměrná doba slunčního zářní [15] B.3 Roční průměrný počt bzoblačných dní [15] C.1 Průběh slunčního svitu v vybrané lokalitě běhm roku[14] C.2 Průběh úhlu idální sklonu panlu běhm roku[14]

13 C.3 Průběh Linkho atmosfrického zákalu běhm roku[14] C.4 Průběh poměru difúzního ku globálnímu zářní v vybraném místě běhm roku[14] C.5 Průběh průměrné dnní a 24 hodinové tploty běhm roku[14] C.6 Průběh koficintu HDD běhm roku pro dané místo[14] D.1 Prdpokladána měsiční vyrobná lktrická nrgi[14] D.2 Přdpokládané průměrné osvětlní panlu[14] D.3 Mzní chody Slunc po obloz v roc[14]

14 SEZNAM TABULEK 4.1 Rozdělní licncí k provozování FV systémů v ČR podl krajů [9] Získaná data o slunčním svitu pto zvolné místo z PVGIS[14] Tchnické paramtry panlu Kyocra KC130GHT-2 [21] Roční hodnoty hodnot pro vybraný panl a jho umístění [14] Průběh množství vyrobné lktrické nrgi běhm doby provozu FV panlu Bilanc vyrobné a spotřbované lktrické nrgi v průběhu roku Invstiční náklady pro zřízní napájní automatu fotovoltaickým systémm Invstiční náklady pro zřízní napájní automatu z distribuční sítě pro různé varianty Vyrobná lktrická nrgi v jdnotlivých měsíců běhm roku [14] Invstiční náklady pro napájní automatu fotovoltaickým systémm Tchnické paramtry panlu Kyocra KC85T-1[21] Rozpis položk pro napájní informativní značky fotovoltaickým systémm Enrgtická analýza vyrobné lktrické nrgi a nabití batri v průběhu roku Rozpis nákladů na konstrukci solárního osvětlní čísla domu A.1 Národní programy podpory FV v zmích EU a Švýcarska [10] A.2 Pokračování tabulky A E.1 Vývoj nákladů pro jdnotlivé varianty řšní napájní v sldovaném období F.1 Návrh akumulátoru pro roční provoz F.2 Vývoj jmnovitého výkonu fotovoltaického běhm provozu

15 1 VYUŽITÍ SOLÁRNÍ ENERGIE, ENERGETICKÝ POTENCIÁL SLUNCE 1.1 Slunc jako zdroj nrgi Vškrá nrgi vyskytující s na Zmi pochází z Slunc. Tato nrgi můž být uložna v chmické podobě v fosilních palivch, jako nrgi biomasy v rostlinách a živočiších, jako nrgi světlná v dopadajícím zářní či jako nrgi tplná, ktrá ovlivňuj dění v atmosféř, koloběh vody v přírodě. V vnitru Slunc probíhá jadrná fúz - spojování jadr vodíku, při ktrém vzniká hélium a další těžší prvky. Slunc každou skundu přmění kolm 600 milionů tun vodíku na hélium. Podl známého Einstinova vzorc E = m.c 2 lz rozdíl mzi hmotnostmi přpočítat na nrgii. Na Slunci s tdy každou skundu přmění 4,26 milionu tun hmoty, což přdstavuj uvolnění zhruba 3, J nrgi. Slunc, jako hvězda, s v současnosti nachází v stabilní fázi svého vývoj, j v ní už asi 4,6 miliardy a přdpokládá s, ž v ní jště asi 5 miliard lt zůstan. Jd tdy z hldiska lidského života a lidské spolčnosti o nvyčrpatlný zdroj nrgi. Na konci této stabilní fáz s přdpokládá, ž Slunc svůj objm zvětší asi 1,4krát, vyčrpá zásoby vodíku v svém nitru, zapálí s tnká vrstvička vodíku obalující jho jádro, to s pak smrští. Vnitřní část Slunc bud xpandovat a stan s z něj črvný obr, ktrý pohltí většinu plant v slunční soustavě. V hliovém obalu začn probíhat fúz hlia, za vzniku uhlíku a kyslíku. Řídký obal, ktrým bud obklopovat žhavé jádro, s tlakm zářní odsun do prostoru. Na konci tohoto děj zůstan jn uhlíko-kyslíkové jádro o 60% hmotnosti původního Slunc obalné tnkou vodíkovou vrstvou. Tnto zbytk začn chladnout a stan s bílým trpaslíkm a až vychladn úplně, stan s z Slunc črný trpaslík. Tplota na povrchu dnšního Slunc j asi 5900 K a jho nrgi k nám proudí jako lktromagntické zářní. 1.2 Enrgtická spotřba lidstva Současná civilizac potřbuj pro svůj rozvoj stál víc nrgi a potřbuj najít nové a prspktivní zdroj nrgi. V současné době s většina lktrické nrgi získává v tplných a jadrných lktrárnách. Uvádí s, ž spotřba tchnosféry j asi 10 TW (všchna fosilní paliva, nrgi biomasy a nrgi uložná v potravinách). Dl dostupných zdrojů na hranici zmské atmosféry dopadá asi 1,4 kw.m 2 nrgi (solární konstanta). Clý zmský povrch j vystavn zářivému výkonu TW. Torticky by tdy vškrý zářivý výkon dopadající na zmský povrch bohatě pokryl nrgtickou spotřbu lidstva. 14

16 1.3 Využití slunčního zářní na Zmi Pokud chcm začít využívat nrgii Slunc na zmském povrchu, musím njprv znát jjí využitlný potnciál v místě instalac zařízní. J rozdíl v instalaci fotovoltaických panlů mimo zmskou atmosféru a přímo na zmském povrchu. Za hranicmi atmosféry jsou podmínky svitu Slunc dokonal přdvídatlné, lz přsně přdpovídat dobu, čas a intnzitu slunčního zářní. Panly mohou zastíněny pouz Zmí, popřípadě jiným nbským tělsm, což j přdvídatlné a zastínění ntrvá příliš dlouho dobu. Rovněž, nní problém zajistit panlům kolmou polohu vůči Slunci. Instalac panlů na Zmi sbou ns řadu dalších problémů. Slunční zářní, ktré dorazí k Zmi skrz atmosféru j ovlivněno ději, ktré s v ní odhrávají a jjím znčištěním. Dál j třba brát v potaz měnící s polohu Slunc na obloz běhm dn a roku (azimut a výška nad obzorm). Musím také brát v potaz stínění objktů v okolí místa zamýšlné instalac. Zářní, ktré dopadá na zmský povrch, s vlic liší od zářní, jž přichází od Slunc na hranici zmské atmosféry. Část nrgi zářní atmosféra odrazí zpět do vsmíru, část pohltí nbo rozptýlí. Kolik nrgi tdy dorazí k zmskému povrchu, zálží na momntálním stavu zmské atmosféry. Část zářní rozptýlí nbo absorbují molkuly plynů tvořící atmosféru nbo na pvných či kapalných látkách přítomných v atmosféř. Vškré zářní, ktré dopadá na zmský povrch, s nazývá globálním zářním. Má dvě složky - přímou a difúzní (rozptýlnou). Rozptýlnou složku obsahuj zářní přdvším při zatažné obloz. Při jasné obloz dopadá na jdn mtr čtvrčný něco málo pod 1 kw zářivého výkonu. Při zatažné obloz to už j zářivý výkon pouz v řádu dsítk wattů. Obr. 1.1: Spktrum slunčního zářní po průchodu zmskou atmosférou 15

17 Na Obr. 1.1 j vidět spktrum slunčního zářní, ktré dopadá na zmi. Jsou zd patrné intrvaly vlnový délk, ktré atmosféra pohltí. Změní s zastoupní vlnových délk, a clkově s sníží intnzita zářní. Výška slunc nad obzorm ovlivňuj intnzitu zářní. Sami to na vlastní kůži pociťujm, ž slunc svítí víc v poldn, kdy j v nadhlavníku nž navčr či ráno, když j těsně nad obzorm. Intnzita slunčního zářní v různou dnní dobu tdy zálží na jho poloz na obloz, na tloušťc vrstvy vzduchu, ktrou musí zářní projít. Používá s takzvaný Air Mass faktor, ktrý zohldňuj fktivní množství vzduchu lžící v cstě slunčním paprskům. Když j slunc njvýš na obloz j AM faktor rovn jdné. Množství slunčního zářní, ktré dopadn na zm, rovněž zálží na nadmořské výšc, opět to souvisí s množství vzduchu, ktrým musí slunční paprsky projít. Při výběru lokality pro instalování fotovoltaických panlů musím uvažovat i míru znčištění atmosféry, ktrá j v okolí městských aglomrací větší nž na vnkově, nbo lokální klima daného místa, počt slunčných a oblačných dnů v roc. K stanovní množství dopadajícího zářní s používají pyranomtry, ktré měří přímé i difúzní zářní. Pracují na principu trmočlánku a měří zářní všch vlnových délk. Pokud však chcm měřit pouz přímé zářní, použijm přístroj zvaný pyrhliomtr, ktrý pracuj na podobném principu jako pyranomtr. J ovšm vybavn trubicí, ktrá vymzuj úhl, pod ktrým můž zářní k čidlu vstoupit. Další data potřbná k stanovní množství dopadajícího zářní lz získat z mtorologických měřní dlouhodobých klimatických průměrů pro dané místo[4]. 1.4 Fyzikální podstata světla Člověk vnímá světlo jako naprostou samozřjmost, pomáhá mu poznávat přdměty kolm sb, rozlišovat barvy. Život bz světla si většina z nás numí vůbc přdstavit. Světlo tvoří viditlnou část lktromagntické zářní. V minulosti s prokázala jho fyzikální podstata a lktromagntické zářní našlo mnoho praktických aplikací, přdvším v přnosu informací. Časovou změnu lktrického pol doprovází změna magntického pol a naopak. Vktory obou polí jsou navzájm kolmé a vlnění s šíří kolmo na oba vktory (směr šířní vlnění získám vktorovým součinm vktoru intnzity lktrického pol a intnzity magntického pol). Spktrum vlnových délk lktromagntického vlnění j vlic široké, začíná asi na m a sahá až po tisíc mtrů. Ovšm světlo (viditlné spktrum lktromagntického zářní) tvoří jn úzký intrval toho spktra λ = 380; 760 nm, každá vlnová délka v tomto intrvalu odpovídá určité barvě světla. Njkratší vlnové délky odpovídají fialové barvě, s vzrůstající vlnovou délkou 16

18 s barva mění přs modrou, zlnou, žlutou až k črvné. Slunční světlo vnímám jako bíl, protož j složno z spojitého spktra a obsahuj všchny jho barvy. Slunční světlo lz rozložit pomocí hranolu či optické mřížky a získat všchny barvy jho spktra. Přhld vlnových délk a jjich tchnické spcifikac: Gamma zářní, vlnové délky λ < m, použití v jadrné fyzic, dfktoskopii. Rntgnové zářní, vlnové délky λ = ; 10 8 m, lékařská diagnostika, dfktoskopi, astronomi. Ultrafialové zářní, vlnové délky λ = 10 8 ; 10 7 m, solárium, fotochmi, kopírovací stroj. Viditlné spktrum zářní, λ = 3, ; 7, m, optika, fotografické stroj, světlné zdroj. Infračrvné zářní, λ = 7, ; 10 4 m, tplné zářič, grily, dálkové ovladač, IR kamry. Mikrovlnné zářní, λ = 10 4 ; 10 1 m, mikrovlnné trouby, radarové systémy, mobilní tlfony. Rádiové zářní, λ > 10 1 m, rozhlas, tlviz, komunikační systémy. Elktromagntické vlny mají dualistický charaktr. Chovají s jako vlny a zárovň jako částic. Přičmž vlnový charaktr s víc projvuj u vln s větší vlnovou délkou a částicový (korpuskulární) charaktr s víc uplatňuj u vln s kratší vlnovou délkou. Pokud má vlna částicový charaktr, nrgi v ní s nšíří spojitě al po kvantch - částch, ktré chápm jako kvazičástic tj. částic s nulovou klidovou hmotností. Z toho důvodu má světlo i částicovou povahu a proto lz mluvit o vlnově částicovém dualismu. Tím, ž s světlo má vlnový charaktr, můžm u něj pozorovat vlastnosti typické pro obcné vlnění jako j zákon odrazu a lomu na rozhraní dvou prostřdí, intrfrnční jvy, difrakci na optické mřížc a všchny důsldky Dopplrova jvu jako např. posun frkvnc směrm k črvnému okraji spktra známý jako rudý posuv nbo třba změny frkvnc způsobné obíháním hvězdy kolm těžiště s vlkou plantou [1]. Projvy částicové povahy světla spadají do oboru kvantová mchanika. Zářní s projvuj jako tok částic (kvazičástic), ktré s nazývají fotony. Jjich nrgii lz vyjádřit pomocí vztahu E = h.f, kd h j Planckova konstanta a f j frkvnc 17

19 zářní. Vlnová délka j podl vztahu λ = c = c.t npřímo úměrná frkvnci zářní, f lz říci, ž fotony s kratší vlnovou délkou (vyšší frkvncí) mají vyšší nrgii, nž fotony s dlší vlnovou délkou (nižší frkvncí). Lz tdy spočítat, ž fotony viditlného zářní mají nrgii v řádu V, fotony gama zářní disponují nrgií v řádch M V a končně částic mikrovlnného zářní mají nrgi v řádu mv. Jako příklad projvu částicového charaktru j právě fotolktrický jv. Sluší s na tomto místě zmínit Albrta Einstina, ktrý v roc 1921 získal Noblovu cnu za objasnění toho jvu [1]. 18

20 2 PRINCIP FOTOVOLTAIKY A SOUČASNÉ TECH- NOLOGIE 2.1 Fyzikální podstata funkc polovodič K přměně lktromagntického zářní na lktrickou nrgii dochází v polovodičových fotovoltaických článcích na bázi krystalického křmíku. Tyto články patří mzi njrozšířnější. Pro vysvětlní principu transformac nrgi bud postačující. Polovodič můžm rozdělit do dvou skupin, na polovodič vlastní (intrinzické) a příměsové. Příměsové polovodič mohou mít vodivost typu N - přvaha záporných nosičů náboj (volných lktronů), nbo vodivost P - přvaha kladných nosičů náboj (děr - místo chybějícího lktronu). Atom křmíku má strukturu diamantu a obsahuj 14 lktronů, v posldní (valnční) vrstvě obsahuj čtyři lktrony, ktré tvoří s svými sousdy kovalntní vazby. Za běžných okolností můž nrgi volného lktronu nabývat libovolných hodnot. V křmíkovém krystalu však nrgi lktronu můž nabývat pouz určitých hodnot v důsldku pohybu v priodickém potnciálu. Tyto nrgtické hladiny jsou rozdělny do pasů dovolných nrgií - tj. nrgií, ktrých lktron můž nabývat a pasů zakázaných nrgií - nrgií, ktrých lktron nabývat nmůž. Z hldiska funkc polovodič jsou důlžité tyto pásy: valnční pás lktronů (za vlmi nízkých tplot j posldní obsazn lktrony) Obsahuj nrgtické stavy valnčních lktronů. Těchto stavů j stjně jako valnčních lktronů, budou za vlmi nízkých tplot obsazné a budou tvořit kovalntní vazby s sousdními atomy. zakázaný pás nrgií Těchto nrgtických stavů nmůž lktron nabývat. vodivostní pás (za vlmi nízkých tplot j první nobsazný) Pokud s lktron dostan do toho pásu, můž s volně pohybovat prostorm krystalové mřížky mzi atomy. Enrgtická hladina, ktré odpovídá posldní hladině valnčního pásu, s označuj E V, njnižší hladina vodivostního pásu s označuj E C, šířku zakázaného pásu E G = E C E V. Další důlžitou nrgtickou hladinou j Frmiho nrgi E F. U vlastního polovodič (např. u čistého křmíku), lží Frmiho nrgi uprostřd zakázaného pásu. 19

21 ΔEg Ec Si Ev Obr. 2.1: Atom křmíku s znázorněnými nrgtickými hladinami Dodáním nrgi, např. ohřátí (fononm), nbo osvětlním (fotonm) s lktron vytrhn z valnční vazby a přjd do vodivostního pásu. To s projví v nrgtickém schématu tak, ž lktrony obsadí vyšší nrgtické hladiny. Valnční a vodivostní pás s tak stanou částčně obsaznými. Z lktronů v vodivostním pásu s stanou lktrony, schopné vést lktrický proud. Na volná místa, po lktronch v valnčních pásch něktrých atomů, můžou přskočit lktrony z jiných atomů. Tím dochází k přsunu prázdných míst k dalším atomům. V lktrickém poli s volné valnční lktrony pohybují proti směru intnzity lktrického pol, protož mají záporný náboj. Prázdná místa s tdy přsouvají v směru intnzity pol. Toto místo s tdy chová jako částic s kladným nábojm. Tato částic s označuj jako díra. V vlastním polovodiči s počt děr a volných lktronů rovná. Krystal s tdy navnk jví lktricky nutrální. J-li pár lktron-díra vygnrován díky dopadu fotonu, nrgi fotonu musí být větší nbo rovna šířc zakázaného pásu. Fotony s mnší nrgií projdou, a s větší či stjnou jsou pohlcny. Šířka zakázaného pásu křmíku j zhruba 1, 1 V. J tdy transparntní pro fotony s větší vlnovou délkou nž 1100 nm. Si Si Si Si Si Si Si Si Si Obr. 2.2: Atomy křmíku v vlastním polovodiči [12] 20

22 Na obrázku 2.3 j znázorněna funkc, ktrá rprzntuj hustotu stavů - počt stavů na jdnotkový intrval nrgi u vlastního polovodič. g(e) kt kt 0 ΔEg E Obr. 2.3: Hustota stavů u vlastního polovodič na jdnotkový intrval nrgi[1] Obrázk 2.4 zobrazuj rozdělovací funkci f(e), ktrá udává pravděpodobnost obsazní nrgtické hladiny lktronm. Pravděpodobnost, ž budou obsazny všchny valnční lktrony j vysoká, oproti pravděpodobnosti, ž bud v vodivostním pásu. To odpovídá výš zmírněné torii, ž valnční pás u vlastního bud za vlmi nízkých tplot posldní obsazný a vodivostní pás první nobsazný. Závislost 1 f(e), zobrazuj pravděpodobnost nobsazní nrgtické hladiny lktronm. Obě křivky s protínají v hodnotě 0,5; jž odpovídá hodnotě Frmiho nrgi, ktrá j u vlastního polovodič uprostřd zakázaného. Elktrony patří do skupiny částic zvaných frmiony a řídí s Frmi-Diracovou statistikou. f(e) 1 f(e) T=0 T>0 0,5 0 1-f(E) ΔEg E Obr. 2.4: Funkc pravděpodobnosti f(e) a 1 f(e)[1] Funkc f(e).g(e) = n(e) na obrázku 2.5 udává koncntraci lktronů v vodivostním pásu a funkc (1 f(e)).g(e) = p(e) koncntraci děr v valnčním pásu při nnulové tplotě. Plochy pod těmito křivkami jsou u vlastního polovodič stjné. Přidám-li do krystalu čistého křmíku atom pětimocného prvku (prvk z V. skupiny soustavy prvků), např. fosfor, arsn nbo antimon. Vznikn polovodič typu N. Prvku příměsi, ktrá má o jdn o jdn lktron navíc, říkám donor (dárc - 21

23 [1-f(E)].g[E]=p(E) f[e].g(e)=n(e) [1-f(E)].g[E]=p(E) f[e].g(e)=n(e) Ev Ef Ec ΔEg E Obr. 2.5: Koncntrac lktronů a děr u vlastního polovodič[1] daruj lktron). Čtyři valnční lktrony arsnu utvoří kovalntní vazbu s sousdními atomy křmíku, al jdn nnajd pro vazbu partnra. Tnto lktron j jn slabě přidržován u svého atomu, proto stačí j malá nrgi k jho uvolnění. Tyto volné lktrony zprostřdkovávají svým pohybm lktronovou vodivost (nvlastní vodivost typu N). Přítomnost atomů takovéto příměsi s projví v nrgtickém schématu vznikm lokálních nrgtických hladin, ktré lží v zakázaném pásu v blízkosti spodní hranic vodivostního pásu E C. Donorových lktronů j v polovodiči mnohm víc nž vlastních lktronů z křmíku a proto jsou majoritními (většinovými) nosiči náboj. Polovodiči typu N obsahuj též díry, al ty vznikají jako vlastní nosič náboj. Jjich množství j silně závislé na tplotě. Tyto díry jsou v polovodiči typu N mnšinovými (minoritními) nosiči náboj. Si Si Si Si As Si Si Si Si Obr. 2.6: Atomy polovodič typu N s donorovým atomm As [12] Na obrázcích 2.7, 2.8, 2.9 jsou zobrazny obdobné diagramy jako pro vlastní polovodič, ovšm pro polovodič typu N, hladina Frmiho nrgi E F j posunuta směrm k vodivostnímu pásu, hladina donorové nrgi E D lží mzi E F a vodivostním pásm. Enrgi E D potřbná pro přchod z této hladiny do vodivostního pásu 22

24 j vlic malá, řádově E D = 0, 01 V. Například při pokojové tplotě můž lktron snadno přjít do vodivostního pásu. Vzhldm k malé hodnotě této nrgi jsou donorové atomy při pokojové tplotě ionizovány a tvoří kladný prostorový náboj. Koncntrac lktronů v vodivostním pásu j mnohm vyšší nž koncntrac děr v valnčním pásu. Na obrázku 2.9 j vidět, ž plocha 2, ktrá odpovídá koncntraci lktronů j vyšší nž plocha 1, jž přdstavuj koncntraci děr. g(e) 0 ΔEg E Obr. 2.7: Hustota stavů u polovodič typu N[1] f(e) 1 f(e) T=0 0,5 T>0 0,5 0 1-f(E) ΔEg E Obr. 2.8: Pravděpodobnostní funkc pro polovodič typu N[1] Pokud v krystalu čtyřmocného křmíku nahradím něktré atomy třímocnými atomy prvků z III. skupiny priodické soustavy prvků (např. B, Al, Ga), vznikn polovodič typu P. Atomy příměsi mají o jdn valnční lktron méně nž křmík, proto s nazývá akcptorm (příjmcm - přijm do své valnční vrstvy jdn lktron uvolněný tplm). Trojmocný prvk nní schopn vytvořit kovalntní vazbu z čtyř dvojic lktronů. Toto volné místo s chová jako díra (dfktní lktron). V důsldku tplné nrgi můž do nzaplněné vazby přskočit valnční lktron od sousdního atomu Si a díra s můž pohybovat krystalm. Tyto díry cizího atomu způsobují děrovou vodivost polovodič (nvlastní vodivost typu P). 23

25 [1-f(E)].g[E]=p(E) f[e].g(e)=n(e) 0 [1-f(E)].g[E]=p(E) 1 ΔED Ev Ei Ef Ec ΔEg f[e].g(e)=n(e) 2 E Obr. 2.9: Množství lktronů a děr v polovodiči typu N[1] Děr, ktré jsou do polovodič typu P dodány j mnohm víc nž děr, ktré vzniknou v vlastním polovodiči. Díra j tdy v polovodiči typu P majoritním nosičm náboj. V polovodiči P jsou také i volné lktrony, ktré vznikají působním tploty a jsou vlastním nosičm náboj a v polovodiči typu P jsou minoritními nosiči náboj. Jjí množství závisí na tplotě polovodič. Si Si Si Si + B Si Si Si Si Obr. 2.10: Atomy polovodič typu P s akcptorovým atomm B [12] Dodání třímocného prvku (Obr. 2.10) s v nrgtickém diagramu projví obdobně, jako u polovodič typu N. Vznikn akcptorová hladina E A v zakázaném pásu, blízko pásu valnčního. K přskoku lktronu z valnčního pásu do této hladiny stačí jn malá nrgi E A. Takový atom akcptoru s navnk jví jako záporně nabitý. Vytvoří s pvný záporný prostorový náboj. Díra, ktrá j tím vygnrována v valnčním pásu, j volně pohyblivá. V polovodiči typu P j koncntrac volných děr mnohm vyšší nž koncntrac volných lktronů, hladina Frmiho nrgi E F j posunuta směrm k valnčnímu pásu. Pokud j jdna část krystalu dopována jdním typm příměsi a druhá část opačným, volné nosič náboj (lktrony a díry) mají podl zákonitosti difúz unikat z míst vyšší koncntrac do míst, kd j koncntrac nižší. Vytvoří s tak rovnoměrné 24

26 rozložní. Po unikajících volných nosičích náboj zůstávají na původních místch pvně vázané nosič náboj opačné polarity, ktré vytvoří prostorový náboj. Uvnitř krystalu jsou poměrně silná místní pol, ktrá brání dalšímu unikání příměsi. Clý systém s tak ustálí v rovnovážném stavu a navnk s bud jvit jako lktricky nutrální. N ND typ P typ N -NA 0 x Obr. 2.11: Ostrý přchod mzi oblastí N a P[1] Příkladm takového rozdílně dopovaného krystalu můž být polovodičová dioda obsahující ostrý přchod mzi oblastí P a oblast N. Přs PN přchod tčou proudy volných nosičů náboj oběma směry, na obrázku 2.12 j situac zobrazna pro volné lktrony. Pro díry bud situac obdobná. Něktré volné lktrony z části N přjdou do části P a zd rkombinují s volnými děrami (rkombinační proud lktronů). Ovšm jak bylo řčno, v části P j lktron minoritním nosičm náboj a tn j přitahován do části N, kd j pvně vázaný kladný náboj. Tnto proud lktronů s nazývá trmální. Bz přiložného vnějšího napětí jsou oba proudy vyrovnané a na vnějšku s nprojví. E EC - - rkombinační proud lktronů trmální proud lktronů - EI EF EV oblast prostorového náboj valnční pás E zakázaný pás UD 0 -XP -XN x Obr. 2.12: Npolarizovaný PN přchod[1] 25

27 Pokud přiložím vnější napětí kladným polm na část P a záporným na část N, dojd k zakřivní pásu a zmnšní vnitřního difúzního napětí U D, tím přvládn rkombinační proud lktronů z polovodič typu N do P a děr z P do N. PN přchod j tak polarizován v propustném směru. Při přiložní vnějšího napětí opačné polarity s zvýší potnciálová bariéra U D, sníží s rkombinační proud a přvládn trmální proudu volných nosičů náboj [1] [5]. 26

28 2.2 Princip funkc fotovoltaického článku Fotovoltaický článk si lz přdstavit jako vlkoplošný PN přchod orintovaný kolmo k člní ploš článku mzi přdní a zdaní stěnou, přičmž polovodič typu N j orintován k přdní stěně a polovodič typu P k zadní stěně článku. Dopadající fotony s nrgií větší nž odpovídá šířc zakázaného pásu E G, gnrují dvojici lktron-díra. Takto fotony odvzdají svoji nrgii a pohltí s v PN přchodu. Případný přbytk své nrgi odvzdají krystalické mřížc, kd s přmění na tplo. Páry lktron-díra jsou v PN přchodu od sb oddělny vnitřním lktrickým polm. Díry jsou urychlny v směru a lktrony proti směru vnitřního pol E. Mzi póly článku s objví lktrické napětí a po připojní článku do obvodu jím začn procházt lktrický proud. typ P typ N E EC ED EC EFN EI EI EFP EV EA EV 0 x Obr. 2.13: Schéma nrgtických hladin polovodičového článku[1] Na obrázku 2.13 j vidět schéma nrgtických v polovodiči typu P a N. Obrázk 2.14 znázorňuj vyrovnání Frmiho nrgi a ohyb pásu u nosvětlného fotovoltaického článku. Jsou zd i rkombinační a trmální proudy v rovnovážném stavu. V tmě s tdy polovodičový článk chová jako polovodičová dioda. E EC - - rkombinační proud lktronů trmální proud lktronů - EI EF EV E UD 0 x Obr. 2.14: Nosvětlný fotovoltaický článk[1] 27

29 počt fotonů (cm.nm.s ) citlivost křmíkového PV článku (rlativní) Schéma nrgtických osvětlného polovodičového článku j na obrázku 2.15, článk nní zapojn do obvodu. Dopadající lktrony poruší vnitřní rovnováhu nábojů, rsp. ustaví jinou. Vygnrované díry jsou urychlny v směru vnitřního pol E (odpovídá to trmálním proudům v závěrném směru). Polovodič typu P s nabíjí kladně a polovodič typu N záporně. Potnciálová bariéra U D s sníží, Frmiho hladiny v oblastch P a N s rozdělí a jjich rozdíl odpovídá fotovoltaickému napětí U P. Toto napětí můž být maximálně U P 0, 6 V, což odpovídá na původní vyrovnání pásů. Dalším zvyšování intnzity osvětlní článku s toto napětí nzvýší. Snížním potnciálové bariry o napětí U P s totiž zvýší rkombinační proud a systém s tak ocitn v novém ustálném stavu. E EC EFN EFP EV hν (UD-U P) UP E hν Δ EG x ΔEG Obr. 2.15: Osvětlný fotovoltaický článk[1] nrgi fotonů (V) 1 5x10 14 spktrum zářní citlivost křmíkového PV článku 1,1 V - absorbční hrana krystalického křmíku 1,0 4x ,8 3x ,6 2x10 14 oblasti spktra 0,4 1x10 14 UV viditlné infračrvné 0, vlnová délka (nm) Obr. 2.16: Spktrum slunčního zářní po průchodu atmosférou, ktré j schopn fotovotovoltaický článk absorbovat [1] 28

30 Po zapojní osvětlného polovodičového článku do lktrického obvodu s sníží fotovoltaický napětí (lktromotorické napětí zdroj), změní s zakřivní pásu a potnciálová barira s opět zvýší. Tím s sníží rkombinační proudy a přvládnou trmální v důsldku oddělování gnrovaných volných nosičů náboj vnitřním pvně vázaným prostorovým nábojm. Součt rkombinačních a trmálních proudů už tdy nbud nulový a výsldný proud bud protékat připojným lktrickým obvodm. Jak bylo výš zmíněno, šířka zakázaného pásu j E G = 1, 1 V, fotovoltaické panly jsou tdy citlivé na zářní s vlnovými délkami kratších nž λ = 1100nm. Na obrázku 2.16 j zobrazno spktrum slunčního po průchodu atmosférou s vyznačnou oblastní, ktrou j schopn křmíkový fotovoltaický článk absorbovat. -2 I 3=1000 W.m proud [A] 2-2 I 2=600 W.m 1-2 I 1=200 W.m 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 napětí [V] Obr. 2.17: Zatěžovací charaktristika fotovoltaického článku pro různé intnzity osvětlní [1] Na obrázku 2.17 j zobrazna zatěžovací charaktristika osvětlného článku při různé intnzitě osvětlni. Průsčíky křivk s svislou osou udávají proudy nakrátko a napětí naprázdno určují průsčíky s vodorovnou osou. Optimální zátěž pro polovodičový článk má takovou hodnotu, při ktrém pracovní bod lží v takovém místě zatěžovací charaktristiky, v němž má součin napětí a proudu njvyšší hodnotu. Thdy článk dodává do obvodu maximální výkon. 29

31 2,0 proud [A] 1,6 1,2 0,8 0,4 I = I = 1000 W.m C 50 C 75 C 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 napětí [V] Obr. 2.18: Změna zatěžovací křivky v závislosti na tplotě [1] Další obrázk 2.18 ukazuj, jak s s tplm mění zatěžovací křivky. Při vyšší tplotě j polovodičový článk schopn dodat vyšší proud nakrátko, ovšm poklsn jho napětí naprázdno. S rostoucí tplotou a konstantní intnzitou slunčního zářní klsá maximální výkon, jnž j článk schopn dodat do obvodu. Klsá tak účinnost fotovoltaické přměny nrgi [1]. 2.3 Výroba fotovoltaických článků Křmíkové panly patří mzi njrozšířnější a lz j rozdělit na 3 základní skupiny: monokrystalické, polykrystalické panly a panly na bázi amorfního křmíku. Křmík j na Zmi vlic bohatě zastoupný, proto j lvný, nní jdovatý a j doposud njvíc používaným a prozkoumaným polovodičm. Křmík rovněž vyhovuj svoji šířkou zakázaného pásu E G = 1, 1 V. V přírodě s křmík vyskytuj njčastěji v formě křmn nbo křmnného písku (SiO2). Surový křmík, vhodný pro tchnologické účly, s vyrábí v obloukových pcích rdukcí s uhlíkm SiO 2 +C Si+CO 2. Takto získaný křmík má čistotu zhruba 99%, 1% tvoří nčistoty. Pro použití v polovodičové tchnic j třba čistota mnohm vyšší. Jdna z dns njpoužívanějších tchnologií k zvýšní čistoty křmíku j Simns s chlorovým cyklm (obrázk 2.19). Chlorový procs, přsto ž j njpoužívanější, j vlic tchnologicky náročný a nbzpčný pro obsluhu i životní prostřdí. Nové tchnologi na výrobu čistého křmíku s vyvíjjí a nyní jsou v stadiu tstování a zkušbní výroby. Pokud s osvědčí, mohou snížit nrgtickou náročnost a cnu čistého křmíku. Na konci výrobního procsu jsou zpravidla hrudky čistého křmíku, z ktrých s dál vytvářjí monokrystalické či polykrystalické ingoty. 30

32 chmické / mchanické čištění křmíkové dstičky řzámí diamantovou pilou či drátovou řzačkou vylštěné dstičky žíhání (1500 C) a čistění zonální tavbou křmíkový krystal polovodičové nčistoty polykrystalický křmík (čistoty ppb) SiHCl 3 dstilac +HCl SiHCl3 vysoké čistoty rdukc vodíkm H2 (900 C) písk (SiO2 - křmn) rdukc uhlíkm oblouková pc surový křmík hutní kvality Obr. 2.19: Výrobní cyklus křmíku [1] Výroba polykrystalických ingotů j podstatně jdnodušší nž monokrystalických. Roztavný matriál s jdnoduš nalij do formy a nchá s dfinovanou rychlostí chladnout. Chladnutí musí být co njpomaljší, aby s mohly vytvořit co možná njvětší monokrystalická zrna a v matriálu bylo minimum dislokací. Monokrystalické ingoty s vyrábějí tzv. Czochralskiho mtodou. Malý zárodk monokrystalu s ponoří do tavniny o tplotě cca 1415 C. Zárodk s vlmi pomalu otáčí a vytahuj z tavniny. Clý procs tažní probíhá v inrtní atmosféř, aby s zaručila čistota křmíku [1]. 2.4 Konstrukc fotovoltaických panlů Vzniklé monokrystalické či polykrystalické ingoty s řžou na dstičky, ktré tvoří základ polovodičových článků. Dstičky s zpravidla řžou na tloušťku 100?m. Polotovary pro výrobu polovodičů z jiných matriálů s vyrábí podobnými tchnologimi jako u křmíku. Jak bylo řčno polovodičový článk j vlkoplošnou diodou s PN přchodm orintovaným kolmo k člní ploš. Příměsové prvky s do polovodič přidávají v difúzních pcích. Na člní stranu článku s nanáší antirflxní vrstva pro minimalizaci odrazu, s cílm využít maximum dopadajícího zářní. Články, ktré mají njvyšší účinnost, s tdy jví jako črné. Někdy s pro dkorační účly na člní stranu nanáší tnká průhldná vrstva pro zsílní odražného zářní určité vlnové délky v 31

33 důsldku intrfrnc vln na této vrstvě. Takové články pak v odražném světl vykazují jistý barvný odstín. Kontakt na člní straně bývá v tvaru mřížky či hřbínku aby zakrýval, co možná njmnší plochu člní strany článku. Zadní kontakt bývá u standardních panlů cloplošný. Kontakty jsou nanášny na články sítotiskm. Pouz u náročnějších aplikací s používají vakuové tchnologi, jako j vakuové napařování. U spciálních článků s vysokou koncntrací zářní s ralizují kontakty vnořné do matriálu polovodič. Tím s zvýší styčná plocha mzi kontaktm a polovodičm kvůli vysokým hustotám proudu, ktré takovýmito články protékají. Obr. 2.20: Jdnoduchý článk a článk s vysokou účinností [1] Klasický polovodičový článk j v horní části obrázku Tnto jdnoduchý článk funguj dl výš popsaného principu, al má nižší účinnost fotovoltaický přměny z důvodu přdvším rkombinačních ztrát. Pro zvýšní účinnosti slouží u kvalitnějších článků (obrázk 2-20b) konstrukční zdokonalní, ktré minimalizují ztráty způsobné odrazy. Antirflxní vrstva na jjich povrchu zmnšuj odraz, aby co njvíc fotonů proniklo do oblasti PN přchodu. Vrstvy nvodivého SiO2 chmicky daktivují povrch článku a jn v něktrých místch jsou vrstvy prolptány a jn zd s odvádí lktrický náboj. Struktura malých jhlanů vylptána na člní straně článku způsobuj, ž fotony do článku snadno vstoupí, pokud al projdou PN 32

34 přchodm a npřmění s, odrazí s od zadní lktrody, al zpět vn člní stranou díky totální rflxi nproniknou. Fotony s odrážjí zpět k PN přchodu a pravděpodobnost fotovoltaický přměny s tak zvyšuj. U oboustranných panlů j taková struktura jhlanů vylptaná z obou stran, fotony tdy mohou dopadat z obou stran, na zadní stranu například odrazm od změ. Množství vyrobné nrgi j potom vyšší. Fotovoltaická účinnost přměny na zadní straně j ovšm nižší, protož fotony kratších vlnových délk jsou pohlcny už v silnější vrstvě substrátu polovodič a k PN přchodu ndorazí. U polykrystalů hranic zrn zhoršují transportní vlastnosti polovodič, u amorfních polovodičů j situac jště horší. Účinnost dnšních kvalitních monokrystalický článku s pohybuj kolm 20%. V laboratorních podmínkách lz dosáhnout účinnosti až 30%. Účinnost článků na bázi jiných polovodičů (GaAs, InP) j jště vyšší. Pohybuj s kolm 25% u sériové výroby, avšak jjich cna j několikanásobně vyšší. Proto s tyto články používají přdvším v vsmírných aplikacích, kd nní cna limitujícím faktorm. Tyto články s také používají v tzv. tandmovém uspořádání, kdy články na odlišné bázi jsou umístěny za sbou a každý z nich využívá jinou část spktra. Kromě křmíku s v tnkovrstvých aplikacích používají CuInS nbo CdT články nbo články na bázi htropřchodů mzi různými druhy polovodičů. Tyto články jsou rlativně lvné, mají ovšm nižší účinnost kolm 10% a mají vlmi nstabilní paramtry. Lz vyrobit článk s účinností kolm 15%, al jho účinnost po krátké době klsn pod 10%. Fotovoltaické panly s vyrábějí tak, ž s do nich jdnotlivé články skládají v sérioparallní kombinaci, aby při dfinovaném osvětlní dodávali žádané stjnosměrně napětí a proud. Njběžnější fotovoltaický panl s skládá z člního tmprovaného skla, ktré odolá vlkým nárazům a j odolné proti kroupám. Na sklo s pokládá EVA (tylvinylactát) foli a na ní s vdl sb skládají jdnotlivé propojné články. Přs články s znova položí EVA foli a zadní stěnu článku tvoří zpravidla laminátová kompozic PVF-PET-PVF. Poté s mzi těmito vrstvami vyčrpá vzduch a panl s zahřj na tplotu táni EVA foli. EVA foli s roztč jako zalévací hmota zalij prostor mzi člní a zadní střnou panlu. Nakonc s panly zarámují a zatmlí silikovým tmlm do hliníkových profilů a opatří s krabicí s výstupními kontakty. Panly jsou tak utěsněny proti vodě a jiným nčistotám. Panly na bázi krystalického křmíku mají životnost 20 až 30 lt. Oboustranné panly jsou složny z oboustranných polovodičových článků a jsou z hldiska účinnosti fotovoltaický přměny výhodnější nž používané jdnostranné panly. Přitom s jjich cna příliš nliší. Rozdíl v výrobní tchnologii oboustranných panlů j pouz tn, ž na zadní stěnu j použit průhldný laminát a zadní kontakty njsou cloplošné, al jsou ralizovaný formou mřížky, jak j uvdno výš. Panl j sic optimalizován pro dopad zářní z člní strany, al účinnost fotovol- 33

35 taické přměny při dopadu z zadní strany j jn o málo nižší. Oboustranné panly na bázi c-si jsou v infračrvné oblasti spktra pro zářní s vlnovou délkou vyšší nž λ = 1100 nm, tdy s nrgii mnší nž odpovídá šířc zakázaného pasu. Toto zářní přdstavuj víc nž 20% nrgi slunčního zářní a úměrně tomu s v oboustranných panlch absorbuj méně nrgi transformované na tplo v srovnání s jdnostrannými panly. Oboustranné panly mají proto nižší tplotu a s tím souvisjící vyšší účinnost fotovoltaický přměny nrgi. Novinkou j propojní monokrystalických kuličk s sférickým PN přchodm. Kuličky mohou být tuhé s sklněnou člní stěnou nbo pružné, zapouzdřné v plastu s tflonovou člní stěnou. Kuličky křmíku mají průměr cca 0,6mm, uvnitř j polovodič typu P a na povrchu polovodič typu N. Mají tdy pod povrchm sférický PN přchod. Kuličky s vyrábějí odkapáváním dopované příměsi z kapiláry, ktrá ztuhn běhm pádu. Poté probíhá difúz a povrch kuličky s přdopuj na polovodič typu N. Kuličky jsou pak umístěny na hliníkovou folii s otvory mnšími nž j průměr kuličky. Foli tvoří zápornou lktrodu, protož s dotýká polovodič typu N. Na opačné straně kuličky j pak odlptána část N a j zavdn kontakt do polovodič typu P, ktrý tvoří kladnou lktrodu. Cly článk j násldně zapouzdřn a z těchto článku s vyrábějí různě vlké tuhé či flxibilní panly. Účinnost u takovýchto panlu s zatím pohybuj kolm 14% [1]. 2.5 Základní typy fotovoltaických článků Fotovoltaický článk má za sbou téměř 50 lt vývoj a za tuto dobu byla vyvinuta clá řada typů konstrukcí s použitím různých matriálů. Njstarší typm jsou fotovoltaické články na bázi monokrystalického křmíku, v nichž j vytvořn vlkoplošný PN přchod. Tyto články s vyznačují dobrou účinností, a dlouhodobou stabilitou výkonu. Používají s stál pro vlkoplošné instalac. Jjich nvýhodou j ovšm vlká spotřba vlmi čistého křmíku a poměrně náročná výroba. Vlká spotřba křmíku a jho náročnost výroby vdla k používání tnkovrstvých článků. Mzi njběžnější patří články z monokrystalického, polykrystalického či amorfního křmíku. Jjich hlavní nvýhodou j znatlně mnší účinnost a mnší stabilita paramtrů (účinnost s časm dál klsá). Tyto články s začínají prosazovat v takových aplikací, kd j zapotřbí ohbnost. Hlavně díky zájmu armády s vyvíjí články, ktré jsou součástí oblční nbo batohu a umožňují napájt přnosná zařízní. Existují systémy, ktré používají k sparaci nábojů, jiné mtody nž PN přchod a často to ani njsou polovodič. Patří sm například fotolktrické (fotogalvanické) 34

36 články, polymrní články. Začínají s používat nanostruktury v formě uhlíkových nanotrubičk nbo nanotyčink, či nansní kvantových tčk na vhodnou podložku. U těchto struktur lz snadno ovlivňovat jjich lktrické a optické vlastnosti. Tyto články s však v praxi zatím téměř vůbc nuplatňují. Problémm j opět jjich nízká účinnost, malá stabilita vlastností a životnost. Asi njblíž komrčnímu využití jsou flxibilní fotovoltaické moduly na bázi organických polymrů. Njvětší vyhlídky přdstavují složné kompozitní fotovoltaické články, ktré jsou schopné fktivně využívat širokou část slunčního spktra. Každá vrstva dokáž využít světlo pouz v určitém rozsahu vlnových délk. Zářní, ktré nní schopna využít propustí do dalších vrstv, kd j využito [1] Křmíkové monokrystalické články Články z monokrystalického křmíku patří mzi njstarší. Dstičky na výrobu článku s řžou z ingotu monokrystalického křmíku. Jak bylo výš zmíněno Czochralského mtoda j vlic náročná a nákladná, proto s hldali jiné způsoby výroby monokrystalu křmíku. Jdnou z možností j táhnout z tavniny tnký monokrystalický pásk, ktrý s na solární články rozřž snadněji a z stjného množství křmíku s dá vyrobit dvojnásobná plocha fotovoltaických článků. Účinnost toho článku j však o něco nižší nž u článků řzaných z ingotu monokrystalického křmíku [3] Články z polykrystalického křmíku Články s vyrábějí odléváním čistého křmíku do vhodných form, a násldným řzáním vzniklých ingotů na tnké plátky. Odlévání j podstatně jdnodušší nž tažní monokrystalu křmíku. Lz také vyrobit články v tvaru obdélníku či čtvrc (lpší využití matriálu a plochy panlu). Polykrystalické články mají nižší účinnost, protož na styku krystalových zrn j vyšší odpor [3] Články z amorfního křmíku Tyto články mají oproti výš popsaným typům výhodu, ž spotřbují při výrobě podstatně méně křmíku a jsou tdy v vlkosériové výrobě znatlně lvnější. Procs výroby j založn na rozkladu křmíku v vodíkové atmosféř a jho nansní na sklněné, nrzové či plastové podložky. Takto nansná tnká vrstva j amorfní, tj. nmá pravidlnou krystalickou strukturu a obsahuj určité množství vodíku. Díky větší absorpci slunčního zářní můž být vrstva křmíku podstatně tnčí. Lz tdy připravovat vlmi tnké a ohbné články. Tnto matriál má však oproti krystalickému křmíku dalko méně pravidlnou strukturu s vlkým množstvím poruch. Něktré atomy nmají kolm sb potřbné 35

37 sousdy pro vytvořní vazby a zůstávají na nich tzv. visící vazby. Na těchto poruchách můž docházt k rkombinaci nábojů a tím s snižuj proud a účinnost článku. Částčně s tnto problém odstraní navázáním již přítomného vodíku na tyto vazby. Vodík způsobuj nstabilitu clého systému a struktura j narušována oxidací vzdušným kyslíkm. Výkon těchto článku proto zpočátku klsá a po nějakém čas s ustálí asi na 80% původní hodnoty. U tohoto typu článku s stkám s modifikovaným PN přchodm, kdy mzi polovodičm P a N j vrstva ndopovaného polovodič, v níž dochází k pohlcní většiny dopadajícího zářní. Vnitřní lktrické pol zasahuj do této vrstvy a dochází k okamžitému oddělní lktronů a děr a tím s snižuj možnost jjich rkombinac. Účinnost amorfních článků j asi 7%. Větší účinnosti lz dosáhnout použitím vícvrstvých struktur [3]. 2.6 Další možnosti vývoj fotovoltaických článků Galiumarsnid (GaAs) Galiumarsnidové články jsou tnkovrstvé články, ktré s dají vyrobit s různými vlastnostmi a tdy optimálně přizpůsobit potřbám. Lz měnit poměr Ga a As a používají s další doplňující prvky (Al, P, Sb, In). GaAs články mají vysokou absorpci zářní, proto mohou být tnčí - stačí tloušťka několik mikromtrů, k tomu aby zachytily téměř všchno dopadající zářní. Jsou také méně citlivé na vyšší tploty nž křmíkové články, proto j lz použít v koncntrátorových systémch. Jjich účinnost j díky tomu vyšší. GaAs články většinou slouží k ralizaci vícpřchodových článků. Jjich nvýhodou j, ž galium j vlic vzácný kov a arsn j vlic jdovatý [3] Dislnid mědi a india (CuInS2, CIS) Vyznačují s vysokou absorpcí slunčního zářní, a proto mohou být vlic tnké (99% zářní s pohltí v jdnom mikromtru tloušťky). V laboratořích dosahují poměrně vysoké účinnosti (kolm 18%) [3] Tlurid kadmia (CdT) Tnto matriál má téměř idální vlastnosti co s týč vzdálnosti valnčního a vodivostního pásu (1,44V) a vlkou absorpční schopnost. Podobně jako tchnologi CIS j lz vyrábět nízkonákladovými tchnologimi [3]. 36

38 2.6.4 Články využívající organické látky Od těchto článků si přdvším slibujm nízkou cnu, pružnost a ohbnost. Na zkoumání vlastností organických polovodičů s vytvořil clý vědní obor. Avšak jd o vědní disciplínu vlic npřhldnou, i když v organických polovodičích j skryt vlký potnciál njn pro získávání nrgi. V současné době s používají fotogalvanické články s organickým barvivm (někdy s nazývají Gratzlovi). Použitím vysoc jmného T io 2 (oxid titaničitý) lz vytvořit články s rozumnou účinností. Článk s skládá z vrstvy vysoc jmného oxidu titaničitého, ktrý j nasáknutý vodním roztokm lktrolytu obsahují rdox (dvojici např. jód/jodid) a vhodné barvivo (organický komplx ruthnia). Foton j zachycn v barvivu a to vytvoří xcitovaný stav a lktron j přnsn do T io 2 (barvivo s tak ocitn v oxidovaném stavu). Elktron projd skrz vrstvu TiO2 na průhldnou lktrodu j odvdn do vnějšího obvodu. Obvod j uzavřn, tak ž lktron vstupující z vnějšího obvodu j přnsn na jód, tím s vytvoří trijodidový anion a tn rdukuj oxidovanou formu barviva a to j připravno pro další přijtí fotonu. Výhodou těchto článků jsou mnší nároky na čistotu použitých matriálů. Ovšm zásadní nvýhodou jsou potíž s kapalným a korozivním lktrolytm, ktrý musí být dokonal izolován, dál barvivo musí být dostatčně stabilní a vydržt dlouhou dobu slunčního svitu. V ndávné době bylo dosažno účinnosti 7,3% [3] Nanostrukturní články V současné j již tchnologicky možné připravit dostatčně malé nanostruktury. V těchto strukturách j možné nastavovat potřbnou šířku zakázaného pásu. Nanostruktury lz nanášt na povrch vhodného substrátu naléváním suspnz v odstřdivc. Dosahované účinnosti takovýchto článků jsou zatím vlmi nízké, asi kolm 3% [3] Fotogalvanické články z vodivých polymrů Tyto články fungují na podobném principu jako fotovoltaické články s PN přchodm. V směsi vodivých polymrních molkul, z nichž jdn má lktronakcptorové a druhý lktron donorové vlastnosti, dojd k pohlcní fotonu a k vzniku vázaného páru lktron-díra a za určitých okolností dojd k přnosu náboj na lktron akcptorovou molkulu. Jako akcptor lktronů s používá uhlíková nanotrubic. Problémy jsou zatím s účinností, protož pohyblivost lktronů j horší nž v anorganických polovodičích, a j tdy větší šanc k rkombinaci nábojů [3]. 37

39 2.6.7 Vícpřchodové články Účinnost jdnopřchodového fotovoltaického článku závisí na tom, jakou část slunčního spktra dokáž využít a dál na tom jakou část nrgi fotonu dokáž přměnit na lktrický proud a jakou na tplo. Pokud j zakázaný pás úzký, článk dokáž využít širší část spktra, al za cnu mnšího napětí a tdy u účinnosti. Článk s široký zakázaným pásm má sic větší napětí, al ndokáž využít všchny fotony. Existuj tdy optimální šíř zakázaného pásu, při ktré má fotovoltaický článk njvyšší účinnost. Křmíkové monokrystalické články jsou vlmi blízko tohoto optima a články z GaAs jsou zas idální pro použití mimo zmskou atmosféru. 3přchodový 5přchodový 5přchodový zdokonalný 6přchodový GaInP AlGaInP AlGaInP AlGaInP GaInAs GaInP AlGaInAs GaInP G AlGaInAs GaInAs AlGaInAs η 41% GaInAs G GaInNAs G GaInAs GaInNAs η 42% η 55% G η 58% Obr. 2.21: Diagram vývoj vícpřchodových článků [3] Vytvořím-li al vícvrstvou strukturu, jjíž každá část bud optimalizovaná pro určitou část slunčního spktra, potom bud možné dosáhnout podstatně lpšího využití nrgi dopadajícího zářní. Vícvrstvý vrstva sic rdukuj procházjící proud, al to j kompnzováno vyšším napětím článku. Výhodu těchto struktur j lpší využití nrgi slunčního zářní a tdy i vyšší účinnost. Slunční zářní obsahuj fotony různých vlnových délk. Jdnovrstvou strukturou projdou fotony s mnší nrgií nž j šíř zakázaného pásma bz zachycní, u fotonů s nrgií vyšší s využij jn jjí část a zbytk s přmění na tplo. Vytvořním vícvrstvé struktury, kd každá vrstva využívá jinou část slunčního spktra, můžm docílit podstatně vyšší účinnosti fotovoltaické přměny nrgi. Torticky s takto dá využít clé slunční spktrum. V praxi s používají články, ktré v vrchní vrstvě zachycují fotony s vyšší nrgií a ty s nižší s zachycují až v nižších vrstvách. Jako matriál s používají prvky III. skupiny a V. skupiny, např. InP, GaSb, GaAs. Optimálním naladěním šířk zakázaných pásu jdnotlivých vrstv, lz článk vyladit, aby optimálně využil co možná njvětší část spktra zářní. V současné době s používají články o třch 38

40 vrstvách, pracuj s však již na šstivrstvém článku (obrázk 2.21), u ktrého s přdpokládá účinnost až 58%. Vícvrstvé jsou podstatně dražší nž klasické křmíkové články, proto s často používají s vhodným koncntrátorovým systémm, ktrý umožní snížit plochu článků [3]. 39

41 3 VYUŽITÍ SYSTÉMŮ GRID-OFF PRO NA- PÁJENÍ ZAŘÍZENÍ Fotovoltaické systémy s zpravidla dělí do dvou hlavní katgorií: Systémy GRID - ON jsou připojny k lktrické rozvodné síti a dodávají do ni lktrickou nrgii. V čštině s jim obvykl říká síťové systémy. Systémy bz připojní na lktrickou rozvodnou síť, tzv. autonomní systémy, v angličtině GRID-OFF. Ty lz dél rozdělit podl funkc a uspořádání. 3.1 Systémy GRID-ON Použití systémů GRID-ON, tdy systémů do připojných do lktrické rozvodné sítě můž mít konomické i kologické výhody. Tyto systémy umožňují zákazníkovi zvolit způsob napájná jho spotřbičů. V dn, nbo za slunčných dní j možné nrgtickou potřbu pokrýt z fotovoltaického systému a v noci nbo za npříznivých slunčních podmínk j možné využit nrgi dodávané lktrickou rozvodnou sítí. Fotovoltaický systém můž pokrývat spotřbu pouz části zařízní, ktré s například starají o chod budovy nbo dodávat nrgii do lktrické rozvodné. Tnto způsob j zvláště výhodný v zmích, kd j takto vyrobna lktrická nrgi tzv. zlná nrgi vykupována za výhodné cny, ktré umožňují brzkou návratnost invstic do fotovoltaického systému.[5]. 3.2 Autonomní solární systém bz akumulátoru Autonomní fotovoltaický (FV) systém bz akumulac nachází využití přdvším na místch kd nní dostupná lktrická rozvodná síť, ať už kvůli odlhlosti místa, možné nspolhlivosti dodávky nbo by bylo zbudovaní lktrické přípojky příliš nákladné. Autonomní FV systémy s v většině případů používají s nízkoodběrovými a úspornými spotřbiči. Typickými místy použiti těchto systémů jsou například horké odlhlé plan s vlkým počtm slunčných dní v roc. FV systém s zd používá například k napájní črpacího zařízni pro zavlažování polí nbo k zajištěni napájcí vody pro dobytk. Případně s dá nrgi vyrobná FV systémm využit k chlazni budov. Většina těchto systémů vyrábí stjnosměrný proud pro jdnoduchost připojni jakéhokoliv spotřbič. Jdnoduchost těchto zařízní jj činí idální pro instalac v těchto náročných podmínkách. Npotřbují složité řídící jdnotky nbo komplxní lktroinstalac. 40

42 Solární systémy s výkonm do 500W a vážící méně nž 70 kg, lz ralizovat jako přnosné pro jdnoduchou přpravu a instalaci v místě potřby. Ačkoli pumpy a vntilátory vyžadují pravidlnou údržbu, FV jdnotky požadují jn přílžitostnou kontrolu a vyčištěni povrchu.[6]. 3.3 Autonomní solární systém s akumulátorm FV systém s akumulací lktrické nrgi s uplatňuj na podobných místch jako systémy bz akumulac, tdy na místch kd j ndostupná lktrická rozvodná síť nbo j jjí zbudovaná příliš drahé. Schopnost akumulovat vyrobnou lktrickou nrgii, dělá z fotovoltaického systému spolhlivý zdroj lktrické nrgi pro stálé použití.[7]. FV systém s akumulací lktrické nrgi můž být konstruován pro napájní stjnosměrným nbo střídavým proudm. Pro použití obvyklých lktrický spotřbičů vyžadujících střídavý proud s mzi batrii a spotřbič zařadí střídač, ktrý rozstřídá stjnosměrný proud. To sic znamná ztrátu malého množství nrgi, ktrá s spotřbuj na přměnu, al umožní používat konvnční lktrické spotřbič. FV systém j připojn k batrii a ta j v případě spnuté zátěž připojna na zátěž. Běhm dn fotovoltaický panl dobíjí batrii, případně napájí zátěž, j-li připojna. Rgulátor dobíjní udržuj batrii v správném provozním stavu - brání jjímu přbíjní nbo hlubokému vybití. Batri umožňuj pracovat (napájt zařízní) FV systému i v chvílích když njsou vhodné světlné podmínky. Batri používané v spojní s FV systémm jsou podobné těm, ktré s používají v automobilch, ovšm jsou konstruovány pro akumulování většího množství lktrické nrgi a pro každodnní nabíjní a vybíjní. Jsou na ně kladny vysoké nároky na údržbu a proto zd nvyhoví bzúdržbové akumulátory. U akumulátorů v FV systémch potřbujm pravidlně kontrolovat hladinu lktrolytu a bránit jho promrznutí.[7]. 3.4 Hybridní solární systém Hybridní systém spojuj několik výrobních a akumulačních systémů lktrické nrgi k tomu aby umožnil kontinuální dodávku lktřiny pro vzdálný spotřbič, vzdálné usdlosti, farmy nbo clé osady (např. polární stanic). Fotovoltaický systém j doplněn, disl gnrátorm, větrnou lktrárnou nbo malou vodní lktrárnou či jiným zdrojm lktrické nrgi. Tyto systémy dohromady musí vyhovět požadavkům na napájní zařízní. 41

43 Přd návrhm takovéhoto systému j nutné znát spcifika odběru lktrické nrgi a lokální dostupné zdroj. J tdy nutné dlouhodobě sldovat lokální podmínky pro optimální návrh takového zařízní.[8]. 42

44 4 FOTOVOLTAIKA A EVROPSKÁ UNIE 4.1 Současná situac Evropská uni (dál EU) s problmatic využití obnovitlných zdrojů věnuj již dlší dobu. Většina člnských zmí EU s již v Kjotském protokolu zavázala snížit mis sklníkových plynů. V rámci EU s oblastí fotovoltaiky (dál FV) zabývá Poradní rada pro výzkum fotovoltaických tchnologií (dál PV-TRAC). V roc 2005 vydala rada dokumnt Viz pro fotovoltaické tchnologi (A Vision for Photovoltaic tchnology), ktrý shrnuj současnou situaci v EU a v světě, nastiňuj budoucnost FV tchnologií a idntifikuj nástroj, ktré mají pomoci této budoucnosti dosáhnout[10] Evropská politika a fotovoltaika Na vropské úrovni bylo přijato několik dokumntů, ktré upravují a sjdnocují politiku rozvoj obnovitlných zdrojů obcně, či konkrétně FV tchnologií. Bíla kniha Enrgi pro budouctnost - obnovitlné zdroj nrgi (Whit Papr for a Community Stratgy and Action Plan) - vydána v listopadu 1997, vytyčuj cíl mít instalovaný výkon 3GW v fotovoltaických tchnologiích v roc Zlná kniha Grn Papr Towards a Europan Stratgy for th Scurity of Enrgy Supply - stanovuj cíl zdvojnásobit podíl obnovitlnách zdrojů z 6% v roc 1996 na 12% v roc Dirktiva Dirctiv on Elctricity Production from Rnwabl Enrgy Sourcs (RES-) - přdmětm této dirktivy j zvyšit podíl zlné lktrické nrgi z 14% na 22% v roc Cíl, ktré mají být touto vropskou politiko dosažno: zvýšní různorodosti a bzpčnosti zdrojů lktrické nrgi snížní důsldků klimatických změn přispět k udržitlnému konomickému růstu světové konomiky a rozvojových zmí V souladu s Kjotským protokolm, Evropská komis zřídila Akční program klimatických změn, jž má zajistit clou řadu měřní, jjichž výsldky mohou být později zahrnuty do řady lgislativních norm. Evropskou nrgtickou politikou s 43

45 zabývá clá řada dokumntů a podávat jjich sznam a vysvětlovat jjich význam jistě nní přdmětm této prác. Jště v době, kdy unii tvořilo jn 15 člnských států byl vydán dokumnt, ktrý říká, ž v roc 2010 by s mělo 22% lktrické nrgi z obnovitlných zdrojů (viz. výš zmíněná Dirktiva). To sic njspíš dodržno nbud, al j vidět, ž si v tomto směru klad uni vysoké cíl. Později byl tnto dokumnt upravn na 21% pro 25 vropských zmí[10] Národní politiky zmí EU a fotovoltaika Přs snahu EU sjdnotit, harmonizovat a zfktivnit vškré činnosti na poli obnovitlných zdrojů nrgi, j situac stál vlic různorodá a npřhldná. Existují vlké rozdíly mzi člnskými státy a jjich časovým harmonogramm a systémm podpory. Přstož j různorodost Evropě vlastní, tato njdnotnost dává špatný signál invstorům a zájmcům o obnovitlné zdroj. Proto jsou snahy EU na místě. Výzkumné činnosti spojné s FV tchnologimi jsou v Evropě podporovány samotnou unií a rovněž národními programy. Výzkumné aktivity na národní úrovni jsou v současné době vdny v 2. rozdílných rovinách: pro většinu člnských států j podpora FV tchnologi součástí programu na podporu obnovitlných zdrojů. V zmích jako j Rakousko nbo Dánsko, FV rprzntuj pouz malou část v výzkumu obnovitlných zdrojů nrgi. V jiných zmích, jako j Švédsko, Švýcarsko nbo Franci j FV naopak prioritní oblastní, ktré s věnuj vlká pozornost. v zbývajících člnských zmích j výzkum FV tchnologií zařazn v obcných programch tchnologického rozvoj. V Řcku j FV výzkumný program zařazn do Programu pro propagaci průmyslového výzkumu ( Th programm for th promotion of industrial rsarch ) nbo do Programu pro dmonstrační projkty ( Th Programm for Dmonstration projcts ). Toto j rovněž případ Portugalska, kd jsou výzkumné aktivity na poli FV sdružny do Nadac pro vědu a tchnologi, nbo do invstičních programů Ministrstva financí. Státní orgány jsou obvykl hlavními institucmi zapojné do FV výzkumu probíhajícího na národní úrovni. Mnoho z těchto výzkumných projktů j spolufinancováno z vropských rámcových programů. V něktrých člnských státch a rgionch byly zavdny spciální výkupní tarify, tzv. fd-in tarifs, ktré mají povzbudit rozvoj a instalac FV systémů. V Němcku, kd Rnwabl Enrgy Sourcs Act nastavuj ambiciozní cíl dosáhnout 44

46 1GW instalovaného výkonu v obnovitlných zdrojích v roc To mělo za násldk dstinásobný nárůst trhu (z 13MW v roc 199 na 130MW v roc 2003) a 20% snížní cn. Španělsko rovněž zavdlo zvýhodněný tarif,al administrativní přkážky stál brání výraznějšímu nárustu. Flandrský rgion v Blgii zavdl v roc 2006 podobné tarify jako jsou v Něměcku. Ačkoliv podpůrné programy a zvýhodněné výkupní cny zlné lktrické nrgi vyrobné v FV systémch mohou znamnat prudký nárust zájmu invstoru o tyto tchnolgi, j třba zajistit aby nbyly znvýhodněny ostatní tchnologi a provozovatlé ostatních zdrojů lktrické nrgi[10] Situac v Čské rpublic Mzi novými člnskými státy j jdnoznačným favoritm ČR, ktrá v době svého vstupu do EU v květnu 2004 disponovala instalovaným výkonm v FV 300kW, což přdstavovalo téměř 50% instalovaného výkonu v nově přistupujících státch[10]. Čská rpublika s zavázala dosáhnout 8% podílu obnovitlných zdrojů na hrubé výrobě lktrické nrgi k roku Spolčně s tím také vytvořit lgislativní a tržní podmínky pro udržní důvěry invstorů v tchnologi na bázi obnovitlných zdrojů. Tak to j uvdno v Směrnici 2001/77/ES, ktrou ČR zahrnula do svého právního řádu v Zákonu č. 180/2005 Sb. Směrnic ovšm už ndfinuj jakými prostřdky má být tohoto cíl dosažno, to ponchává na člnských státch. Čská rpublika s rozhodla zavést systém výhodných výkupních cn (tzv. fd-in tariff) v kombinaci s mchanismm zlných bonusů. Tnto systém s z pohldu FV a jjího rozvoj osvědčil jak v EU (viz tabulka A.1), tak i na clém světě. Tnto systém j v Evropě dominantní a další změ ho nadál zavádějí nbo upravují. Vdl fd-in tarifů xistují i jiné systémy podpory FV tchnologií, ktré j však mnohdy jn vhodně doplňují[11]. Princip výkupních cn Pro provozovatl přnosové sítě vyplývá z zákona č. 180/2005 Sb. povinnost připojit do distribuční soustavy FV systém a vškrou vyrobnou lktřinu (na, ktrou s vztahuj podpora) vykoupit. Výkup probíhá za cnu, ktrá byla pro daný rok stanovna Enrgtickým rgulačním úřadm (dál ERÚ) v konkrétním Cnovém rozhodnutí. Tato cna bud po násldujících 15 lt vyplácna jako minimální. Bud pouz navýšna o indx PPI (tzv. Cnový indx průmyslové výroby, nbo-li průmyslová inflac). Invstor j povinn v půlročním intrvalu podávat hlášní o naměřné výrobě[11]. 45

47 Princip zlných bonusů Zlným bonusm s rozumí částka, o ktrou bud navýšna tržní cna lktřiny. Tato částka zohldňuj snížní poškozní životního prostřdí využitím obnovitlného zdroj. Tnto systém využívají invstoři, ktří vyrobnou lktřinu využívají pro vlastní spotřbu. Výrobc (provozovatl obnovitlného zdroj) musí najít na trhu distributora, ktrému lktřinu prodá za tržní cnu. Cna j nižší nž u konvnčně vyrobné lktřiny, protož obsahuj nstabilitu dodávky z obnovitlného zdroj, a j různá pro různé typy obnovitlných zdrojů. V okamžiku prodj lktřiny získá výrobc od provozovatl tzv. zlný bonus. ERÚ stanoví výši bonusu tak, aby výrobc získal za jdnotku vyrobné o něco vyšší částku nž j v systému pvných výkupních cn[11]. Dotační systém v ČR Enrgtická koncpc Čské rpubliky přdpokládá využívaní všch zdrojů nrgi, jjichž používání přispěj k posilování nrgtické nzávislosti změ na cizích zdrojích nrgi a posilování ochrany životního prostřdí. Prfrovány budou všchny typy obnovitlných zdrojů včtně fotovoltaiky. Dotac lz získat jdnak z prostřdků státního rozpočtu v rámci národních dotačních programů a také v rámci Opračních programů (prostřdky Strukturálních fondů Evropské uni). Národní program na podporu úspor nrgi a využití obnovitlných zdrojů pro rok 2007 j rozděln na dvě části. Jdna část spadá pod Ministrstvo průmyslu a obchodu (MPO) a druhá pod Ministrstvo životního prostřdí (MŽP). Jdná s o roční program s omzným rozpočtm a na dotaci s nvztahuj žádný právní nárok. Dotaci z tohoto fondu lz získat až po uvdní zařízní do provozu. V roc 2007 šlo získat dotaci pouz od MŽP (rsp. od Státního fondu životního prostřdí). Podporu mohla získat pouz fyzická osoba s systémm do 5 kwp. Oprační programy Evropské uni jsou systémy, ktrými jsou rdistribuovány prostřdky z rozpočtu EU do rozpočtů člnských států. Pro oblast fotovoltaických systémů j důlžitý Oprační program OPPI (Oprační program podnikání a inovac) a OPŽP (Oprační program Životního prostřdí). V rámci těchto programů by měla podpora směřovat přdvším k podnikatlským subjktům, ktré by mohly získat až 30% dotaci. MŽP rsp. Státní fond životního prostřdí zastřšují programy v rámci priority č. 3 OPŽP. O výši podpory pak rozhoduj finanční a konomická analýza projktu[11]. 46

48 Instalovaný výkon v roc 2007 Podl provdného výzkumu Čskou agnturou pro obnovitlné zdroj (Czch RE Agncy) by na konci roku 2007 měl instalovaný výkon dosáhnout 5,3 MWp, přičmž koncm října 2007 s instalovaný výkon pohyboval kolm 3,8 MWp. Z informací, ktré pro tnto výzkum poskytl Enrgtický rgulační úřad (ERÚ), bylo udělno 177 licncí pro výrobu lktřiny z FV o clkovém výkonu 2,92 MWp. Obr. 4.1: Vývoj instalovaného výkonu v ČR[9] Obr. 4.2: Struktura instalovaného výkonu [9] Z grafů na obrázcích 4.1 a 4.2 j patrné, ž s v posldním roc zvýšil počt malých soukromých instalací do 5 kwp, ktré jsou umístěny například na střchách rodinných domů. Podíl systémů GRID-OFF s také zvolna zvyšuj, nbyl zd zaznamnám takový skok jako v případě GRID-ON systémů. J to způsobno přdvším tím, ž zbudování systém GRID-OFF j motivováno jinými účly, nž j tomu u 47

49 systému GRID-ON. Z tabulky 4.1 j patrné rozložní licncí k provozování fotovoltaických systémů v Čské rpublic. Njvíc licncí bylo vydáno v Plzňském (53) a Jihomoravském kraji (18)[9]. Tab. 4.1: Rozdělní licncí k provozování FV systémů v ČR podl krajů [9] Kraj Instalac Jihočský 11 Jihomoravský 18 Karlovarský 3 Královhradcký 4 Librcký 7 Moravskoslzský 8 Olomoucký 16 Pardubický 9 Praha 8 Plzňský 53 Střdočský 12 Ústcký 10 Vysočina 2 Zlínský 16 48

50 5 VYUŽITÍ FOTOVOLTAICKÝCH SYSTÉMŮ V BRNĚ 5.1 Lokální podmínky Pro stanovní lokálních podmínk bud použito údajů získaných z Fotovoltaického gografického informačního systému (dál PVGIS). Dál s bud výchazt z dat získaných z měřní Čského hydromtorologického ústavu [15]. Slunční podmínky v Brně jsou v rpublikovám kontxtu vlic dobré. Jak j patrno z map uvdných v příloz (Obrázky B.1, B.2, B.3) roční průměrný úhrn slunčního zářní zd dosahuj kw p/m 2 (dl různých zdrojů[14][15]), roční průměrná doba slunčního zářní j hodin a průměrný počt bzoblačných dnů j v roc. Jižní Morava, potažmo Brno j tdy vhodné pro umístění různých fotovoltaických aplikací. Pro výpočt fotovoltaických aplikací využitých v městských aglomracích bud použita změpisná poloha o souřadnicích N, E, to odpovídá Hlavnímu žlzničnímu nádraží, jakožto jdnomu z njdůlžitějších dopravních uzlů v Brně. Njdůlžitější pro výpočt fotovoltaických aplikací, budou data získaná prostřdníctvím PVGIS. Data vycházjí z dlouhodobých měřní a proti ltošním hodnotám s budou lišit pravděpodobně jn o 10%. PVGIS umožňuj po zadaní změpisných souřadnic místa spočítat a zobrazit dnní, měsíční a roční hodnoty slunčního svitu, optimálního natoční fotovoltaického panlu, pruměrné dnní tploty a hodnotu indxu HDD (Hating dgr day). Dál j zd možné po zadání jmnovitého výkonu fotovoltaického panlu, získat hodnoty o průměrné dnní a měsíční produkci lktrické nrgi, ktrou by byl zadaný panl v daném místě schopn vykonat. Rovněž systém určí optimální sklon a natoční fotovoltaického panlu, pokud s bud jdnat o instalaci s pvně uchycným panlm. Výstupm výpočtu jsou i grafy znázorňující změnu sldované vličiny v průběhu roku[14]. 5.2 Získaná data pro vybrané místo Vybrané místo k analýz: Brno, Hlavní nádraží Souřadnic vybraného místa: N, E Optimální sklon panlu pro toto umístění: 34 Orintac panlu: -1 (východ = -90, jih = 0, západ = 90 ) 49

51 Tab. 5.1: Získaná data o slunčním svitu pto zvolné místo z PVGIS[14] Měsíc G h G opt G 90 I opt T L D/G T D T 24h N DD Ldn ,6 0,71-1,2-1,6 584 Únor ,8 0,64 2 1,1 467 Břzn ,1 0,6 5,2 4,4 381 Dubn ,54 10,7 9,5 163 Květn ,4 0,53 16,5 15,1 65 Črvn ,8 0,55 18,9 17,7 28 Črvnc ,6 0,51 20,2 19,2 6 Srpn ,7 0, ,6 36 Září ,5 0,55 15,3 14,2 156 Říjn ,56 10,6 9,7 332 Listopad ,6 0,72 4, Prosinc ,77-0,9-1,3 626 Průměr ,1 0,55 10,3 9, G h - osvětlní vodorovné plochy [W h/m 2 ] G opt - osvětlní optimálně nakloněné plochy [W h/m 2 ] G 90 - osvětlní vrtikální plochy [W h/m 2 ] I opt - optimální sklon panlu [ ] T L - Linkho atmosférický zákal [ ], vyjadřuj kolik slunčního zářní j pohlcno arosoly. Ukazuj optickou hustotu zamlžné atmosféry s vysokou vlhkostí oproti atmosféř čisté a jasné. D/G - poměr difúzního ku globálnímu zářní [ ] T D - průměrná dnní tplota [ C] T 24h - průměrná tplota za 24 hodin [ C] N DD - hodnota indxu HDD (Hating dgrs-days) [ ], vyjadřuj měsíční sumu záporných odchylk průměrných dnních tplot od danné rfrnční tploty (18 C) [17]. 50

52 5.3 Návrh fotovoltaických systémů Na násldujících stránkách budou navrhnuty a analyzovány možnosti napájní zařízní fotovoltaickými systémy. Jdná s o zařízní, ktrá nacházjí svůj význam v rozvinutých městských aglomracích a slouží k zajištní dopravních a parkovacích služb, zvýšní bzpčnosti provozu a zlpšní orintac v městské zástavbě Jízdnkový automat AVJ G napájný fotovoltaickým systémm Jízdnkový automat AVJ 24G vyráběný firmou Mikrolktronika spol. s.r.o. z Vysokého Mýta j jdním z njčastji používaných typů výdjních jizdnkových automatů u nás. Využívá ho rovněž DPMB a.s. (Dopravní podnik města Brna). Tn v současné době provozuj 150 automatů, ktré jsou napájny z vřjné lktrické sítě a jdn automat, ktrý j uzpůsobn na batriové napájní. Ovšm i zd j batri dobíjna z vřjné lktrické sítě. Z povahy napájného zařízní bud navrhnut fotovoltaický systém s akumulací pro zajištění npřtržitého provozu jízdnkového automatu. Tchnické paramtry automatu Rozměry automatu: 1155x390x315 mm Napájcí napětí U N : V AC, transformac na 24V DC Klidový proud I N : 100mA Špičkový proud (topní a tisk) I MAX : 1A Enrgtická analýza napájní automatu fotovoltaickým systémm Maximální příkon automatu: P MAX = U N.I MAX = 24 V.1 A = 24 W Maximální spotřbovaná lktrická nrgi za 1 dn: E MAX = P MAX.24 hodin = 24 W.24 hodin = 576 W h Pro zabzpční spolhlivého provozu bud počítano s průměrným příkonm automatu: P S = 12 W Spotřbovaná lktrická nrgi s průměrným příkonm za 1 dn:e S = P S.24 hodin = 12 W.24 hodin = 288 W h Fotovoltaický panl bud umístěn mimo vlastní tělo automatu na svislé tyči, ktrá bud s automatm pvně konstukčně spojna, případně na jiném blízkém 51

53 stožáru (např. stožár trakčního vdní). Toto provdní má několik výhod. Plocha fotovoltaického panlu nní limitována horní plochou skříně automatu, panl lz optimálně sklonit a tím tak zvýšit množství dopadajího zářní. Panl bud na ndosažitlném místě chráněn přd vandaly. Volba fotovoltaického panlu Jako fotovoltaický panl pro napájní jízdnkového automatu byl zvoln polykrystalický panl Kyocra KC130GHT-2 s jmnovitým výkonm 130W. Jho hlavní výhodou j vysoká účinnost (16%) a garanc poklsu výkonu na 90% po 10 ltch a na 80% po 20 ltch. Tab. 5.2: Tchnické paramtry panlu Kyocra KC130GHT-2 [21] Jmnovitý výkon P N 130 W, +15/-5 % Optimální napětí 17,6 V Optimální proud 7,39 A Napětí naprázdno 21,9 V Proud nakrátko 8,02 A Rozměry 1425 x 652 x 36(54) mm Hmotnost 12,2 kg Krytí IP 65 Pokls výkonu po 10 ltch na 90% 117 W Pokls výkonu po 20 ltch na 80% 104 W Výsldky pro vybraný panl z PVGIS pro zadané místo[14] Vybrané místo k instalaci: Brno, Hlavní nádraží Souřadnic vybraného místa: N, E Optimální sklon panlu pro toto umístění: 34 Orintac panlu: -1 (východ = -90, jih = 0, západ = 90 ) Jmnovitý výkon FV systému: 0.13 kw (křmík) Účinnost fotovoltaického panlu: 16% Odhadované ztráty kvůli tplotě: 6.8% (místní tplota prostřdí) Odhadované ztráty úhlovou odrazivostí: 3.0% 52

54 Tab. 5.3: Roční hodnoty hodnot pro vybraný panl a jho umístění [14] Měsíc E M G D G M Ldn 3,95 1,21 37,4 Únor 6,01 2,06 57,7 Břzn 9,94 3,14 97,2 Dubn 12,8 4, Květn 15,2 5, Črvn 14,4 5, Črvnc 15,8 5, Srpn 14,3 4, Září 10,8 3, Říjn 8,92 2,85 88,3 Listopad 3,96 1,28 38,3 Prosinc 2,76 0,84 26,2 Průměr 9,9 3,3 101 Clkm za rok Další ztáty (vodič, rgulátor): 16.0% E M - průměrná produkc lktrické nrgi za měsíc [kw h] G D G M - dnní průměr globálního zářní pro čtvrční mtr plochy zadaného systému [kw h/m 2 ] - měsíční průměr globálního zářní pro čtvrční mtr plochy zadaného systému [kw h/m 2 ] Z hodnot j patrno, ž panl vyrobí za rok 119 kwh lktrické nrgi, což pokryj spotřbu automatu, bud-li pracovat s přdpokládaným příkonm P S = 12 W. Grafické průběhy získaných hodnot jsou uvdny v příloz D (obrázk D.1, D.2, D.3). Maximální výkon panlu by s měl po 10 ltch provozu snížit na 90% jmnovitého výkonu, tzn. na 117 W. Pokud budm provádět analýzu systémm PVGIS pro tuto hodnotu, zjistím ž panl s výkonm 117 W j ročně schopn dodat 107 kwh lktrické nrgi, což by přsto mělo být dostačující pro provozování automatu. Z údajů výrobc lz přdpokládat, ž účinnost FV panlu klsá linárně o 10% jmnovitého výkonu za 10 lt. Lz tdy provést jdnoduchý výpočt, ktrý nám určí, kolik lt provozu j FV panl schopn dodávat potřbný příkon pro jízdnkový automat. 53

55 Tab. 5.4: Průběh množství vyrobné lktrické nrgi běhm doby provozu FV panlu R D P R E R X ,7 118,00 12, ,4 116,00 10, ,1 115,00 9, ,8 114,00 8, ,5 113,00 7, ,2 112,00 6, ,9 110,00 4, ,6 109,00 3, ,3 108,00 2, ,0 107,00 1, ,7 106,00 0, ,4 105,00-0, ,1 103,00-2, ,8 102,00-3, ,5 101,00-4, ,2 99,80-5, ,9 98,60-6, ,6 97,40-7, ,3 96,20-8, ,0 95,00-10,12 Příklad výpočtu Spotřbová lktrická nrgi automatm za jdn rok: E JA = P S = = W h P R = P N. 100 D 100 X = E R E JA R - rok provozu FV panlu D - procntní pokls jmnovitého výkonu za rok provozu [%] P R - výkon FV panlu na konci roku R [W ] 54

56 E R - lktrická nrgi dodaná panlm za rok s výkonm P R [kw h] (data získaná z PVGIS) X - rozdíl dodávky a spotřby lktrické nrgi [kw h] Z tabulky 5.4, sloupc X, ktrý vyjadřuj přbytk nbo ndostatk torticky vyrobné lktrické nrgi, j patrno ž na konci 11. roku provozu by panlu měl klsnout jmnovitý výkon tak, ž nbud schopn pokrýt projktovanou spotřbu automatu v dalším roc. Volba solárního rgulátoru Solární rgulátor slouží k řízní nabíjní akumulátoru, k ochraně akumulátoru proti přbíjní, podpětí při vybíjní a ochrana proti zkratu na výstupu zátěž. Vzhldm k paramtrům fotovoltaického panlu byl vybrán programovatlný rgulátor CX 10 s maximálním proudm z panlu a do zátěž 10 A [20]. Volba akumulátoru Fotovoltaický systém bud navrhnut jako systém s stálou akumulací vyrobné nrgi. To znamná, ž akumulátor bud stál napojn na rgulátor fotovoltaického panlu. Jízdnkový automat bud na akumulátor připojn přímo přs zvyšující měnič napětí DC/DC 12/24V. Jako idální volba s jví použití bzúdržbových staničních akumulátorů, ktré mají projktovanou životnost 10 lt. Volba akumulátoru j vlic důlžitým krokm při návrhnu fotovoltaického systému. Akumulátor bud zajišťovat napájní zařízní při npříznivých slunčných podmínkách, ktré lz v vybrané lokalitě očkávat zjména v zimních měsících. Akumulátor bud navrhnut tak, aby byl schopn pokrýt přdpokládaný příkon automatu, při npříznivých slunčných podmínkách, po dobu jdnoho týdn. Jak vyplývá z násldující nrgtické bilanc, akumulátor by byl schopn zajistit napájní automatu po dobu clého roku tak, ž by v ltních měsících akumuloval přbytčnou vyrobnou nrgii pro zimní npříznivé měsíc. V tomto případě by však vlikost akumulátoru vycházla npřijatlně vysoká a nslučovala by s s povahou zařízní a jho konstrukčním možnostm (viz. výpočt pod tabulkou 5.5) [22]. E M - průměrná produkc lktrické nrgi za měsíc [kw h] E A - přdpokládaná spotřba automatu pro daný měsíc [kw h] E M E A - + přbytk, - ndostatk vyrobné nrgi v daném měsíci [kw h] 55

57 Tab. 5.5: Bilanc vyrobné a spotřbované lktrické nrgi v průběhu roku Měsíc E M E A E X Ldn 3,95 8,928-4,978 Únor 6,01 8,352-2,342 Břzn 9,94 8,928 1,012 Dubn 12,8 8,64 4,16 Květn 15,2 8,928 6,272 Črvn 14,4 8,64 5,76 Črvnc 15,8 8,928 6,872 Srpn 14,3 8,928 5,372 Září 10,8 8,64 2,16 Říjn 8,92 8,928-0,008 Listopad 3,96 8,64-4,68 Prosinc 2,76 8,928-6,168 Průměr 9,9 Clkm za rok ,408 13,432 Výpočt kapacity akumulátoru pro cloroční provoz automatu S = E X ldn + E X unor + E X rijn + E X listopad + E X prosinc = 4, 978 2, 342 0, 008 4, 68 6, 168 = 18, 176 kw h Toto množství nrgi by s muslo běhm příznivé části roku uložit v akumulátorch, pro pokrytí zimních měsíců. C A = S 18,176 kw h U A = = 1, 515 kah 12 V S - suma ndostatků vyrobné nrgi za rok [kw h] C A - kapacita akumulátorů [Ah] U A - napětí akumulátorů [V ] Výpočt kapacity akumulátoru pro týdnní provoz automatu Z výš stanovné podmínky vyplývá, ž akumulátor by měl být schopn zajistit napájní jízdnkového automatu po dobu jdnoho týdn. Spotřba lktrické nrgi za 7 dní: E JA7 = P S.24.7 = 12 W.24.7 = 2016 W h Potřbná kapacita akumulátorů: C A = E JA7 U A = = 168 Ah 56

58 Z katalogu firmy FIAMM SP byly vybraný dva akumulátory 12 SP 80 s napětím 12 V a každý s kapacitou 80 Ah. To sic zcla nodpovídá výš zmíněné podmínc pro schopnost akumulátorů napájt automat po dobu 7 dní, al z dané řady akumulátorů vyhovuj njlép. Akumulátory budou zapojny parallně. Volba měnič napětí Měnič napětí slouží k přměně lktrického proudu s určitým napětím na lktrický proud s jiným napětím [16]. V našm případě použijm zvyšující stjnosměrný měnič (DC/DC 12/24V), ktrý bud zvyšovat výstupní napětí z fotovoltaického systému na hodnotu napětí, ktrá j nutná k napájní automatu. Měnič bud připojn přímo na akumulátory. Jako vhodný napěťový měnič s jví výrobk spolčnosti MASCOT, typ 8862 v provdní 12/24V. Měnič můž být na výstupu zatížn proudm až 1,7 A, v špičc až 2,2 A. Účinnost měnič j 75% [23]. Fotovoltaický panl Akumulátory Jízdnkový automat Rgulátor nabíjní Měnič napětí 12/24V Obr. 5.1: Principiální schéma zapojní fotovoltaického systému Ekonomická analýza napájní automatu fotovoltaickým systémm Ekonomická analýza napájní automatu má za úkol odpovědt na otázku, jaká j návratnost invstic do varianty napájní fotovoltaickým systémm. Analýza s bud zabývat obdobím prvních 20. lt provozu jízdnkového automatu. Běhm této doby s přdpokládá, ž roční náklady na lktrickou nrgii pro síťovou vrzi činí 3243,- Kč. V případě napájní fotovoltaickým systémm s běhm sldovaného období musí počítat s výměnou akumulátorů a fotovoltaického panlu z důvodu jjich omzné životnosti. Tabulka 5.6 ukazuj výčt hlavních zařízní, jž jsou potřba k sstavní fotovoltaického systému, ktrý by byl schopn napájt analyzovaný jízdnkový automat. Při podrobnonější analýz konstrukčního zařízní s jistě jště objví další položky, al ty by již nměly tolik navýšit cnu zařízní. Využívání fotovoltaických systémů pro napájní jízdnkových automatů si jistě vyžádá další invstic do srvisního zázmí obsluhy. Jdná s přdvším o pořízní 57

59 Tab. 5.6: Invstiční náklady pro zřízní napájní automatu fotovoltaickým systémm Položka cna bz DPH v Kč Pozn. Fotovoltaický panl KYOCERA KC130GHT ,0 Kč 2 x batri 12 SP 80 (2x 5663 Kč) ,0 Kč Rgulátor nabíjní CX ,0 Kč Indikátor stavu batri Bargraf 12V 590,0 Kč Napěťový měnič Mascot 8862 vrz 12/24V 2 386,5 Kč Vodič a další lktropříslušnství 2 000,0 Kč odhad Svislá tyč, uchycní panlu, další komponnty 5 000,0 Kč odhad Clkm ,5 Kč automatické nabíjcí cntrály, ktrá bud zajišťovat dobíjní vybitých akumulátorů, dál zakoupní určitého počtu rzrvních akumulátorů, za ktré budou v případě potřby vyměněny vybité akumulátory v automatch. Tab. 5.7: Invstiční náklady pro zřízní napájní automatu z distribuční sítě pro různé varianty Položka cna bz DPH v Kč S1 S2 S3 Projkt usazní a připojní automatu 3 500,0 Kč 3 500,0 Kč 3 500,0 Kč Přihláška automatu k odběru l. nrgi 2 000,0 Kč 2 000,0 Kč 2 000,0 Kč Výkop, kabláž atd ,0 Kč ,0 Kč ,5 Kč Clkm 7 500,0 Kč ,0 Kč ,5 Kč V tabulc 5.7 jsou uvdny limitní cnové varianty (S1 a S2) zřízní síťového napájní pro analyzovaný automat. Varianty s liší v cně instalační csty lktrické přípojky, ktrá s můž pohybovat v rozmzí 2. až 50. tisíc Kč. Varianta S3 přdstavuj maximální cnu instalační csty, pro ktrou s vyplatí budovat síťové napájní automatu. Tato varianta počítá s životností fotovoltaického panlu (11 lt - viz. tab. 5.4) s životností akumulátorů (10 lt) a s nutností invstic do obnovy těchto zařízní v průběhu sldovaných 20. lt provozu automatu (viz. tabulka E.1 uvdná v příloz). Cna nového panlu, ktrý s bud must po 11. roc provozu zařízní vyměnit j zd brána jako aktuální cna stávajícího vybraného panlu. Lz ovšm 58

60 Provozní náklady v Kč přdpokládat, ž za 11 lt bud na trhu s fotovoltaickými tchnologimy jiná situac nž panuj dns a cny panlů s sníží FV S1 S2 S Roky provozu Obr. 5.2: Přdpokládaný průběh nákladů pro 20 lt provozu jízd. automatu pro různá řšní napájní Průběh varianty S1 znázorňuj průběh provozních nákladů pro síťovou vrzi napájní s minimálními počátčními invsticmi na zbudovaní napájcí csty. Průběh varianty S2 naopak udává vývoj pro maximální invstici na zbudování napájcí csty. Každoroční růst těchto nákladů znamná spotřbu lktrické nrgi nutné k provozu automatu. Průběh varianty FV popisuj průběh invstic na instalaci a provoz napájním z fotovoltaických panlů. Varianta FV vyžaduj větší počátční invstici, avšak v srovnání s ostatními variantami minimální provozní náklady. V této variantě s přdpokládá invstic do výměny akumulátorů a fotovoltaického panlu po skonční doby jjich životnosti. Průběh varianty S3 s odvíjí od clkových invstičních nákladů do FV vrz napájní (včtně výměny batri a panlu). Na os nákladů vytyčuj hodnotu maximálních invstic na zbudování síťové vrz napájní, ktrá by byla v období 11 lt stjně nákladná jako vrz s fotovoltaickým systémm. 59

61 5.3.2 Parkovací automat SITTRAFFIC SITY 5 napajný fotovoltaickým systémm Parkovací automaty od spolčnosti ELTODO jsou vlmi rozšířné, používají s v víc nž 30 městch v Čské rpublic. Automat j nabízn v vrzi pro napájní z lktrické sítě, z batrií nbo z fotovoltaického systému. Násldující nrgtická a konomická analýz s bud věnovat právě vrzi napájné fotovoltaickým systémm. Tchnické paramtry parkovacího automatu (solární vrz) [24] Napájní: 12 V, odběr cca 4 ma v ržimu Standby Solární modul: 12 V/20 W Akumulátor: 12 V/65 Ah Enrgtická analýza napájní parkovacího automatu fotovoltaickým systémm Z údajů výrobc vyplývá, ž pro napájní automatu j použit fotovoltaický modul o jmnovitém napětí 12 V a výkonu 20 W. Automat j konstruován jako nízkopříkonové zařízní a i takto malý panl j schopn zabzpčit napájní automatu. Pro tnto jmnovitý výkon panlu j vhodné použít fotovoltaické minipanly z nabídky čské spolčnosti Solartc, případně využít výrobu fotovoltaických panlů na zakázku (jako v tomto případě). Panly Solartc SMP :[19] Rozměry: 506x126x8 mm Optimální napětí: 12 V Optimální proud: 0,35 A Maximální výkon: 5,9 W Použitím 4 panlů zapojných parallně dostanm výkon P N = 4.5, 9 W = 23.6 W. Tnto výkon j schopn pokrýt napájní parkovacího automatu. Vhodný solární rgulátor pro tnto fotovoltaický systém j rgulátor APPLE 5 s maximálním proudm 5 A. Výrobc parkovací automat osazuj akumulátorm s kapacitou 65 Ah. Vhodnou volbou by bylo opět použití bzúdržbového akumulátoru s dlouhou životností, ktrý zajistí provoz automatu v tmavých dnch. Těmto požadavkům odpovídá akumulátor GP12650 s kapacitou 65 Ah. 60

62 Tab. 5.8: Vyrobná lktrická nrgi v jdnotlivých měsíců běhm roku [14] Měsíc Em Ldn 0,735 Únor 1,120 Břzn 1,850 Dubn 2,380 Květn 2,820 Črvn 2,680 Črvnc 2,940 Srpn 2,660 Září 2,000 Říjn 1,660 Listopad 0,736 Prosinc 0,513 Průměr 1,840 Rok 22,100 Ekonomická analýza napájní parkovacího automatu fotvoltaickým systémm Tab. 5.9: Invstiční náklady pro napájní automatu fotovoltaickým systémm Položka Minipanl SMP (4 x 2330,05 Kč) Solární rgulátor APPLE 5 Akumulátor GP12650 Uchycní panlu, lktroinstalační matriál, atd. Clkm Cna bz DPH v Kč 9 320,20 Kč 814,00 Kč 3 141,00 Kč 5 000,00 Kč ,20 Kč Dodávaná solární vrz automatu j pravděpodobně vybavna fotovoltaickým systémm, vyvinutým na zákázku a přímo na míru parkovacímu automatu. Lz přdpokládat, ž cnový rozdíl mzi síťovou a solární vrzí automatu nbud tak výrazný. 61

63 5.3.3 Informativníní dopravní značka napájná fotovoltaickým systémm Informativní dopravní značky jsou většinou umísťovány na místch, kd j třba zvýšná pozornost účastníků silničního provozu. Označují přchody pro chodc, úsky ulic kolm základních škol, kd můž hrozit vběhnutí dětí do jízdního pruhu. Pro analýzu byla vybrána informativní dopravní značka Přchod pro chodc vybavná povrchovou rflxní vrstvou a doplněná o řadu LED diod, ktré značku zvýrazňují blkáním s frkvncí 1 Hz. Ovládání značky j možné doplnit infračrvnou závorou, ktrá aktivuj diody při vstupu chodc do vozovky [25]. Tchnické paramtry informační značky [25] Světlný zdroj: vysoc svítivé LED prvky Provoz: průměrně 5 hodin dnně Frkvnc blikání: 1 Hz Příkon: 22 W Krytí: IP 43 Světlný zdroj: -20 C až +50 C Obr. 5.3: Informativní značka Přchod pro chodc s LED diodami Enrgtická analýza napájní informativníní značky fotovoltaickým systémm V analyzované aplikaci bud informativní značka doplněna infračrvnou závorou, ktrá po přrušní aktivuj blikání LED diod a tím signalizovat přítomnost chodc. 62

64 V přípádě kontinuálního provozu by měla značka značné nrgtické nároky bylo by výhodnější ralizovat síťové napájní, případně batriové s dobíjním z vřjného osvětlní. V této aplikaci s tdy bud jdnat o fotovoltaický systém s akumulací. Diodové blikání bud spínáno infračrvnou závorou a přdpokládaná doba činnosti LED diod bud 5 hodin dnně. Bud počítáno s příkonm 22 W. Spotřbovaná lktrická nrgi za 5 hodin provozu:e S = P S.5 hodin = 22 W.5 hodin = 110 W h Volba fotovoltaického panlu Pro tuto aplikaci byl vybrán fotovoltaický panl KYOCERA KC85T-1 s jmnovitým výkonm 87 W. Výrobc udává účinnost panlu 16% a garantuj pokls výkonu na 90% jmnovitého výkonu po 10 ltch a na 80% po 20 ltch. Z toho vyplývá, ž panl po 10 ltch provozu bud disponovat výkonm 78,3 W a po 20 ltch 69,6 W výkonu. Při návrhu panlu j třba na tnto pokls brát zřtl a navrhovat panl s ohldm na to jak dlouho planujm zařízní provozovat. Lz tdy opět provést analýzu, jak dlouho bud panl schopn dodávat výkon pro řšnou aplikaci (viz. Tabulka F.2 v příloz). Z tabulky vyplývá, ž by panl měl disponovat dostatčným výkonm po 20 lt provozu zařízní [21]. Tchnické paramtry fotovoltaického panlu: Tab. 5.10: Tchnické paramtry panlu Kyocra KC85T-1[21] Jmnovitý výkon P N 87 W, -10/+5 % Optimální napětí 17,4 V Optimální proud 5,02 A Napětí naprázdno 21,7 V Proud nakrátko 5,34 A Rozměry 1007 x 652 x 36 mm Hmotnost 8,30 kg Krytí IP 65 Volba akumulátoru Volba akumulátoru úzc souvisí s volbou fotovoltaického panlu a s povahou zařízní, ktré bud fotovoltaický systém napájt. U analyzované aplikac s přdpokládá uplný bzobslužný provoz (narozdíl například od jízdnkového automatu). V tabulc F.1 j uvdna dvoultá analýza pro roční akumulaci vyrobné lktrické 63

65 nrgi, kdy s přbytčná lktrická nrgi akumuluj a schovává na období, kdy njsou příhodné slunční podmínky. Pro roční akumulaci vychází akumulátor o vlikosti 250 Ah. Ovšm s takto vlkým akumulátorm by byla vlic obtížná manipulac a proto j by bylo výhodnější dva akumulátory 135 Ah, zapojné parallně [22]. Volba solárního rgulátoru Pro tuto aplikaci by rovněž stačil,již výš použitý, solární rgulátor APPLE 5 s jmnovitým proudm z panlu a do zátěž 5 A. Ekonomická analýza napájní informativníní značky fotvoltaickým systémm Ekonomická analýza bud mít za cíl porovnat návratnost invstic do napájní informativní značky fotovoltaickým systémm. Pro nměřné pouliční odběry platí tarif 13,93,- Kč za každých započatých 10 W příkonu. Bud uvažováno, ž s cna lktrické přípojky, v případě síťového napájní značky můž pohybovat v rozmzí ,-Kč. Tab. 5.11: Rozpis položk pro napájní informativní značky fotovoltaickým systémm Položka Fotovoltaický panl Kyocra KC85T-1 Solární rgulátor APPLE 5 Akumulátor 12 SP 135 (2 x 9 753,-Kč) Uchycní panlu, lktroinstalační matriál, atd. Clkm Cna bz DPH v Kč 9 600,00 Kč 814,00 Kč ,00 Kč 5 000,00 Kč ,00 Kč Stjně jako pro jízdnkový automat lz sstrojit diagram, ktrý nám ukáž náklady na jdnotlivé varianty napájní pro jdnotlivé varianty napájní (Obrázk 5.4). Průběh S1 znázorňuj průběh nákladů pro njnižší invstici do ralizaci napájcí csty, průběh S2 naopak pro njvyšší náklady na jjí zbudovaní. Průběh FV znázorňuj počátční invstici a přdpokládaný průběh nákladů (včtně výměny akumulátorů po 10 ltch provozu) pro vrzi informativní značky s napájním fotovoltaickým systémm. Průběh S3 znázorňuj invstic a provozní náklady vrz síťového napájní, jjíž náklady budou po 10 lt stjné jako invstic a náklady do fotovoltaického systému. 64

66 Provozní náklady v Kč FV S1 S2 S Roky provozu Obr. 5.4: Přdpokládaný průběh nákladů pro 20 lt provozu informativní značky pro různá řšní napájní Solární napajní osvětlní domovního čísla Osvětlní čísla domu přispívá k lpší orintaci v domovní zástavbě, k snadnějšímu zasahování rychlé záchranné služby a požárního sboru nbo k správné orintaci poštovních a kurýrních služb. Solární osvětlní domovního čísla s již objvilo v nabídc několika prodjců. Jdná s o kompaktní cdulky vybavné fotovoltaickým minipanlm, čidlm osvětlní, sadou akumulátorů a světlným zdrojm. U tohoto typu s npřdpokládá uplný bzúdržbový provoz, fotovoltaický slouží pouz k dobíjní akumulátorů, al rozhodně nní schopn zajistit kontinuální provoz. Použité akumulátory jsou standardní vlikosti AA. V našm návrhu solárního osvětlní čísla domu bud použit panl od spolčnosti Solartc s typovým ozančním SMP s jmnovitý výkonm P N = 1, 8 W a napětím U N = 8 V. Při volbě akumulátoru bud brá zřtl na jjich snadné dobíjní v komrčních nabíjčkách, proto i u navrhovaného zařízní padn volba na čtvřici NiMH AA akmulátorů. Jako světlný zdroj bud použito dvou bílých LED diod, ktré budou zabzpčovat rovnoměrné osvětlní plochy, na ktré bud napsáno číslo domu. V naší analýz budm přdpokládat, ž osvětlní domovního bud svítit 12 65

67 hodin dnně, čidlo osvětlní ho bud spínat při ndostatčné úrovni vnkovního světla. Akumulátory budou řazny v srii a každý bud mít jmnovitou kapacitu 2700 mah. Světlný tok LED diod bud do osvětlné plochy rozvdn světlovody [26]. Tchnické paramtry použitých komponnt Fotovoltaický panl: Solartc, SMP 8-180, P N = 1, 8 W, U N = 8 V Akumulátory: 4 x NiMH AA 2700 mah, 1,2 V LED diody:: 2 x bílá LED dioda, průměr 5 mm, U N = 3, 3 V, I N = 25 ma Tab. 5.12: Enrgtická analýza vyrobné lktrické nrgi a nabití batri v průběhu roku E B kwh Měsíc Počt dní E M E A X začátk měsíc konc měsíc Ldn 31 0,0529 0,0614-0,0085 0,0130 0,0045 Únor 29 0,0805 0,0574 0,0231 0,0045 0,0130 Břzn 31 0,1330 0,0614 0,0716 0,0130 0,0130 Dubn 30 0,1710 0,0594 0,1116 0,0130 0,0130 Květn 31 0,2030 0,0614 0,1416 0,0130 0,0130 Črvn 30 0,1930 0,0594 0,1336 0,0130 0,0130 Črvnc 31 0,2120 0,0614 0,1506 0,0130 0,0130 Srpn 31 0,1910 0,0614 0,1296 0,0130 0,0130 Září 30 0,1440 0,0594 0,0846 0,0130 0,0130 Říjn 31 0,1190 0,0614 0,0576 0,0130 0,0130 Listopad 30 0,0530 0,0594-0,0064 0,0130 0,0066 Prosinc 31 0,0369 0,0614-0,0245 0,0066-0,0179 Průměr 0,1330 Rok 79,50 0,72 Z tabulky 5.12 j patrné, ž hodnota nrgi uchovaná v batrii E B j po clý rok kladná, jn na konci prosinc klsn do záporných hodnot. Z toho vyplývá, ž nutnost dobýt batri by byla pouz na přlomu prosinc a května. Dál jsou v této tabulc uvdny hodnoty měsíčně vyrobné lktrické nrgi pro vybraný panl. V tabulc 5.13 j uvdn rozpis hlavních nákladů na ralizaci solárního osvětlní čísla domu. Tyto náklady ovšm přvišují cnu, za ktrou s dá obdobné světlo již na trhu pořídit. Tyto výrobky jsou vyráběny v vlkých sériích, fotovoltaické panly jsou vyrobny na míru konktrtnímu konstrukčnímu provdní. 66

68 Tab. 5.13: Rozpis nákladů na konstrukci solárního osvětlní čísla domu Položka Cna bz DPH v Kč Solartc, SMP ,90 Kč Bílé LED diody (2 x 10 Kč) 20,00 Kč Akumulátory AA NiMH 2700mAh 355,00 Kč Konstrukc, další součástky 1 000,00 Kč odhad Clkm 2 752,90 Kč 67

69 6 ZÁVĚR Tato bakalářská prác řšila problmatiku fotovoltaických systémů, jjich návrh, výrobu a použití v prostřdí rozvinuté městské aglomrac. Tortická část prác byla věnována zhodnocní využití nrgi, ktrá na zm dopadá v formě slunčního zářní. V této nrgii spočívá vlký potnciál, protož by byla schopna bzpčně pokrýt vškrou nrgtickou spotřbu lidstva. V současné době j však problmatické tuto nrgii přměnit na jinou, jdnoduš využitlnou formu nrgi, např. na lktřinu. Tchnologi fotovoltaických článků, ktré toto dokáží, njsou v současné době na takové úrovni, aby mohly významně změnit složní světových nrgtických zdrojů. Přsto fotovoltaické systémy nachazjí využití jako zdroj pro nnáročné či odlhlé aplikac. Přsto fotovoltaika přdstavuj obnovitlný zdroj nrgi, do ktrého s vkládají vlké naděj. Vlké prostřdky s invstují do vývoj nových typů článků a jho využití j široc podporováno jak z vropských, tak z národních dotačních programů. Praktická část byla zaměřna na návrh čtyř fotovoltaických systémů pro napájní zařízní, ktrá nacházjí využití v rozvinuté městské aglomraci a přispívají k organizaci městské hromadné dopravy, vybíraní parkovacích poplatků, zvýšní bzpčnosti silničního provozu a lpší orintaci v městské zástavbě. Jdná s o jízdnkový automat používaný brněnským dopravním podnikm, parkovací automat, informativní dopravní značku a osvětlní popisného čísla domu. Pro fotovoltaický systém jízdnkového automatu byl vybrán fotovoltaický panl Kyocra s jmnovitým výkonm 130 W a účinností 16%. Při cloroční akumulaci lktrické nrgi byl schopn pokrýt spotřbu automatu, avšak při této akumulaci by použitý akumulátor nodpovídal konstrukční povaz zařízní. Proto byly zvolny akumulátory s clkovou kapacitou 180 Ah, ktré budou schopny při npříznivých slunčních podmínkách zajistit provoz automatu po dobu jdnoho týdn. Ovšm v období zimních měsíců akumulátory nbudou schopny pokrýt spotřbu automatu a bud nutné jjich dobití, či výměna za nabité akumulátory. Parkovací automat napájný fotovoltaickým systémm nní v našich městch již ničím nobvyklým. Spolčnost Eltodo a.s. nabízí své parkovací automaty i v vrzi s fotovoltaickým napájním. Parkovací automat j vlic nrgticky nnáročným zařízním, při nčinnosti s přpíná do ržimu standby, ktrý výrazně snižuj spotřbu a umožňuj tak použití malého fotovoltaického panlu. Informativní značka Přchod pro chodc slouží k výraznému označní místa, kd j umístěn přchod pro chodc. Zařízní j vybavno infračrvnou závorou, ktrá po přrušní aktivuj blikání LED diod, ktré ostatním účastníkům silničního provozu signalizují přítomnost chodc na přchodu. U tohoto zařízní s npřdpokládal kontinuální provoz, a proto s panl a akumulátory navrhovaly na bzúdrž- 68

70 bový kontinuální provoz po dobu clého roku. Solární napájní osvětlní čísla domu s pomalu stává obvyklou součástí fasád městských domů. Provoz osvětlní čísla s řídí čidlm, ktré snímá urovň vnkovního světla a zapíná osvětlní domovního čísla. V tomto zařízní byly použity čtyři akumulátory AA, jjichž kapacita pokryj cloroční provoz světla pouz s jdním dobitím na přlomu prosinc a ldna, kdy panují npříznivé světlné podmínky. 69

71 LITERATURA [1] LIBRA M. a POULEK V. Solární nrgi [kniha]. Praha: ČZU, xxx s ISBN: [2] LIBRA M. a POULEK V. Solární nrgi [kniha]. Praha: ČZU, s ISBN: [3] MURTINGER K., BERANOVSKÝ J. a TOMEŠ M. Fotovoltaika. Elktřina z slunc [kniha]. Brno: Vydavatlství ERA, s ISBN: [4] BAŘINKA R. a KLIMEK P. Obnovitlné zdroj nrgi pro ČR - část Postupný rozvoj využití slunční nrgi fotovoltaickou tchnologií [onlin]. Praha: ČEZ, s. Dostupné z URL: < [5] U.S. Dpartmnt of Enrgy - Enrgy Efficincy and Rnwabl Enrgy, Solar Enrgy Tchnologis Program PV Connctd to th Utility Grid [onlin]. 2006, posldní aktualizac [cit ]. Dostupné z URL: < connct.html>. [6] U.S. Dpartmnt of Enrgy - Enrgy Efficincy and Rnwabl Enrgy, Solar Enrgy Tchnologis Program PV in Simpl, Stand-Alon Systms [onlin]. 2006, posldní aktualizac [cit ]. Dostupné z URL: < systms.html>. [7] U.S. Dpartmnt of Enrgy - Enrgy Efficincy and Rnwabl Enrgy, Solar Enrgy Tchnologis Program PV Systms with Battry Storag [onlin]. 2006, posldní aktualizac [cit ]. Dostupné z URL: < battris.html>. [8] U.S. Dpartmnt of Enrgy - Enrgy Efficincy and Rnwabl Enrgy, Solar Enrgy Tchnologis Program PV in Hybrid Powr Systms [onlin]. 2006, posldní aktualizac [cit ]. Dostupné z URL: < systms.html>. [9] Czch RE Agncy, o.p.s. Instalovaný výkon fotovoltaiky 2007 [onlin]. 2008, posldní aktualizac 2008 [cit ]. Dostupné z URL: < [10] Europan Commission PV-TRAC EUR A Vision for Photovoltaic Tchnology [kniha]. Luxmbourg: Offic for Official Publications of th Europan Communitis, s ISBN Dostupné z URL: < PV tchnology.pdf>. 70

72 [11] Czch RE Agncy, o.p.s. Fotovoltaika pro každého [onlin]. 2008, posldní aktualizac 2008 [cit ]. Dostupné z URL: < [12] Wikipdia Polovodič [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [13] Wikipdia Photovoltaics [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [14] PVGIS Photovoltaic Gographical Information Systm [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [15] Enviwb Slunční nrgi [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < archiv ghjha/sluncni nrgi.html>. [16] Wikipdia Měnič napětí [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < napětí>. [17] Wikipdia Hating dgr day [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < dgr day>. [18] Solartc Fotovoltaické panly [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [19] Solartc Minipanly [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [20] Solartc Solární rgulátory [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [21] Silktro Fotovoltaické panly [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [22] Silktro Akumulátory [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [23] Fulgurbattman Mascot V-24V/1,7A [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [24] Eltodo Parkovací automaty [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < 71

73 [25] Eltodo Dopravní značky [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < [26] Conrad.cz Solární osvětlní domovního čísla [onlin]. [cit ]. Dostupné z URL: < katalog pdf>. 72

74 SEZNAM SYMBOLŮ, VELIČIN A ZKRATEK c rychlost světla ( km.s 1 ) C A kapacita akumulátoru (Ah) D procntní pokls jmnovitého výkonu za rok provozu (%) D/G poměr difúzního ku globálnímu zářní ( ) E A akcptorová nrgtická hladina (V ) E C nrgtická hladina vodivostního pásu (V ) E D donorová nrgtická hladina (V ) E F hladina Frmiho nrgi v intrinzickém polovodiči (V ) E FN hladina Frmiho nrgi v polovodiči N (V ) E FP hladina Frmiho nrgi v polovodiči P (V ) E JA7 spotřba lktrické nrgi jízdnkovým automatm za 7 dní (W h) E M lktrická nrgi vyrobná za měsíc(kw h) E MAX maximální spotřbovaná lktrická nrgi (kw h) E R lktrická nrgi vyrobná za rok s výkonm P R (kw h) E S střdní spotřba lktrické nrgi (W h) E V nrgtická hladina valnčního pásu (V ) f frkvnc (Hz) G 90 nrgi zářní dopadlá na svislou plochu (W h.m 2 ) G D dnní průměr globálního zářní pro čtvrční mtr plochy zadaného systému (W h.m 2 ) G H nrgi zářní dopadlá na vodorovnou plochu (W h.m 2 ) G M měsíční průměr globálního zářní pro čtvrční mtr plochy zadaného systému (W h.m 2 ) G OPT. nrgi zářní dopadlá na optimálně skloněný a natočný panl (W h.m 2 ) h Planckova konstanta (Js) 73

75 I MAX maximální proud ( ) I N jmnovitý proud (A) I OPT. optimální sklon panlu ( ) N A koncntrac akcptorů (m 3 ) N D koncntrac donorů (m 3 ) N DD hodnota koficintu HDD (Hating dgrs-days) ( ) P MAX maximální příkon (W ) P N jmnovitý příkon (W ) P R výkon fotovoltaického panlu na konci roku R (W ) P S střdní příkon (W ) R rok provozu fotovoltaického panlu S suma ndostatků vyrobné nrgi za rok (kw h) T prioda (s) T 24 průměrná tplota za 24 hodin ( C) T D průměrná dnní tplota ( C) T L Linkho atmosférický zákal ( ) U A napětí akumulátoru (V ) U D difúzní napětí (V ) U N jmnovité napájcí napětí (V ) U P fotovoltaické napětí (V ) X rozdíl dodávky a spotřby lktrické nrgi (kw h) E A Enrgi pro přchod z E V do E A (V ) E D Enrgi pro přchod z E D do E C (V ) E g šířka zakázaného pásu (V ) λ vlnová délka (m) 74

76 AM množství vzduchu lžící v cstě slunčním paprskům Air Mass factor ERÚ Enrgtický rgulační úřad EU Evropská uni Europan Union EVA tyvinylactát FV fotovoltaický - photovoltaic GRID-OFF npřipojný na síť GRID-ON připojný na síť HDD Hating Dgr Days LED Světlo-vyzařující dioda Light-mitting diod MPO Ministrstvo průmyslu a obchodu Ministry of Industry and Trad MŽP Ministrstvo životního prostřdí Ministry of th Environmnt OPPI Oprační program podnikání a inovac OPŽP Oprační program životního prostřdí PPI indx průmyslové inflac Producr Pric Indx PVF-PET-PVF polyvinylidnfluorid-polytyléntrftalát-polyvinylidnfluorid PVGIS Fotovoltaický gografický infromační systém Photovoltaic Gographical Information Systm PV-TRAC Výzkumná rada pro fotovoltaické tchnologi Photovoltaic Tchnology Rsarch Advisory Council 75

77 SEZNAM PŘÍLOH A Podpora fotovoltaických tchnologií v Evropě 77 B Mapy slunčního svitu v Čské rpublic 79 C Roční průběhy vličin slunčního svitu získaných z PVGIS pro dané umístění 81 D Roční průběhy vličin získaných z PVGIS pro zvolný FV panl 84 E Vývoj nákladů pro varianty napájní jízdnkového automatu 86 F Návrh akumulátoru informativní značky pro cloroční provoz 87 G Přiložné CD 89 76

78 A PODPORA FOTOVOLTAICKÝCH TECHNO- LOGIÍ V EVROPĚ Tab. A.1: Národní programy podpory FV v zmích EU a Švýcarska [10] Blgi výkupní tarif 0,15 /kwh Čská rpublika výkupní tarif 0,2 /kwh, snížné DPH a dotac v výši 30% (soukromé instalac 2 kw, komrční instalac 20 kw), systém podpory využívání obnovitlných zdrojů nrgi Dánsko žádný konkrétní program na podporu FV, al dohodnutá cna za zlnou lktřinu Estonsko výkupní tarif 0,07 /kwh; systém podpory využívání obnovitlných zdrojů nrgi; zlné crtifikáty Finsko dotac až do výš 40% Franci výkupní tarif 0,15 /kwh pro systémy < 1 MW na 20 lt na půdě kontinntální Franci, výkupní tarif 0,30 /kwh v zámořských částch a na Korsic; 5,5% daňové zvýhodnění invstic na xistujícich budovách, 15% daňové zvýhodnění pro soukromé provozovatl (40% v roc 2005) Irsko program využívaní obnovitlných zdrojů lktrické nrgi (žádné programy týkající s FV) Itáli výhodný výkupní tarif zavdný v roc 2006, invstiční dotac Kypr výkupní tarif 0,12-0,26 /kwh; invstiční dotac až 55% pro soukromé instalac a až 40% pro spolčnosti Litva výkupní tarif výkupní tarif 0,056 /kwh Lotyšsko výkupní tarif - dvojnásobk průměrné prodjní cny - cca 0,15 /kwh na 8 lt, potom rgulac na běžnou prodjní cnu; národní invstiční programy Lucmbursko výhodné výkupní tarify pro malé systémy; pro systémy < 50 kw: státní organizac 0,25 /kwh a soukromí invstoři 0,45 /kwh, pro systémy > 10 kw, dotac až do výš 40% Maďarsko výkupní tarif 0,073 /kwh do roku 2010; zvýhodněné půjčky; daňové zvýhodnění Malta dosud žádný spcifický FV program; pouz daňové zvýhodnění 77

79 Tab. A.2: Pokračování tabulky A.1 Němcko zvýhodněný tarif na 20 lt, minimální výkupní cna 0,46 /kwh, budovy a zvukové bariéry: 0,57 /kwh (< 30 kw), 0,55 /kwh (> 30 kw) a 0,54 /kwh (> 100 kw), pro FV systémy intgrované do budov bonus 0,05 /kwh Nizozmsko výkupní tarif 0,068 /kwh Polsko invstiční pobídky, bzúročné půjčky, dotac až 50% Portugalsko zvýhodněný tarif 0,41 /kwh (systémy do 5 kw); 0,224 /kw (systémy nad 5 kw); invstiční dotac a daňové srážky Rakousko zvýhodněný tarif platný 20 lt - limit clkového instalovaného výkonu 15 MW, pouz pro systémy instalované v roc 2003 a 2004, limit byl dosažn běhn 4 týdnů; 0,6 /kwh (do 20 kw) a 0,47 /kwh (nad 20 kw) Řcko zvýhodněný tarif: 0,08 /kwh na ostrovch, 0,07 /kwh na pvnině; dotac pro 40-50% clkových nákladů (určny pouz pro komrční aplikac, n pro soukromé účly) Slovnsko žádný konkrétní program na podporu FV, zvýhodněné půjčky Slovinsko zvýhodněný tarif: 0,37 /kwh (< 36 kw), 0,065 /kwh (> 36 kw) na 10 lt; zvýhodněné půjčky; dotac až 40% cny GRID-OFF systému Spojné království invstiční pobídky v rámci fotovoltaického dmonstračního programu Španělsko nové zvýhodněné tarify přijaty v roc 2004; 0,396 /kwh (< 100 kw, dřiv 5 kw), 0,216 /kwh (> 100 kw) na 25 lt a garancí 80% výkupní cny po této době, nový zákon rovněž zvdl limit instalovabého výkonu z 50 MW na 150 MW Švédsko žádný spcifický fotovoltaický program Švýcarsko výkupní tarif minimálně 0,10 /kwh; invstiční pobídky v něktrých rgionch 78

80 B MAPY SLUNEČNÍHO SVITU V ČESKÉ RE- PUBLICE Obr. B.1: Roční průměrný uhrn slunčního zářní [15] Obr. B.2: Roční průměrná doba slunčního zářní [15] 79

81 Obr. B.3: Roční průměrný počt bzoblačných dní [15] 80

82 C ROČNÍ PRŮBĚHY VELIČIN SLUNEČNÍHO SVITU ZÍSKANÝCH Z PVGIS PRO DANÉ UMÍSTĚNÍ Obr. C.1: Průběh slunčního svitu v vybrané lokalitě běhm roku[14] Obr. C.2: Průběh úhlu idální sklonu panlu běhm roku[14] 81

83 Obr. C.3: Průběh Linkho atmosfrického zákalu běhm roku[14] Obr. C.4: Průběh poměru difúzního ku globálnímu zářní v vybraném místě běhm roku[14] 82

84 Obr. C.5: Průběh průměrné dnní a 24 hodinové tploty běhm roku[14] Obr. C.6: Průběh koficintu HDD běhm roku pro dané místo[14] 83

85 D ROČNÍ PRŮBĚHY VELIČIN ZÍSKANÝCH Z PVGIS PRO ZVOLENÝ FV PANEL Obr. D.1: Prdpokladána měsiční vyrobná lktrická nrgi[14] Obr. D.2: Přdpokládané průměrné osvětlní panlu[14] 84