Zvyšování kvality výuky technických oborů

Transkript

1 Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 31 Fotovoltaický článek Bc. Radim Miksa

2 Obsah ÚVOD - ANOTACE FOTOVOLTAICKÝ ČLÁNEK POPIS FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PRINCIP SOLÁRNÍHO ČLÁNKU KONTROLNÍ OTÁZKY DOPORUČENÁ LITERATURA POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE SEZNAM OBRÁZKŮ... 6

3 Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem fotovoltaického článku. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1

4 1 Fotovoltaický článek 1.1 Popis fotovoltaického článku Fotovoltaický článek je velkoplošná polovodičová součástka schopná přeměňovat světlo na elektrickou energii. Tento princip byl vytvořen v šedesátých letech minulého století pro potřeby kosmonautiky (zásobování družic a vesmírných lodí elektrickou energii). Sluneční baterie slouží jako zdroj elektrické energie a jsou součástí všech umělých družic. Obrázek 1 - monokrystalický fotovoltaický panel Provoz solárních článků je zcela nehlučný, nevyžaduje žádnou obsluhu a jen nepatrnou údržbu. Provozní náklady jsou prakticky nulové. Při provozu nevznikají žádné zplodiny. Životnost fotovoltaického článku je asi 20 let. Během prvních dvou až čtyř let provozu získá solární článek tolik energie, kolik bylo potřeba na jeho výrobu. Účinnost fotovoltaických článků v závislosti na typu materiálu: 4-8% použití amorfního křemíku 10-14% použití polykrystalického křemíku 13-17% použití monokrystalického křemíku pro běžné nasazení 34% nejkvalitnější monokrystalické články pro kosmické účely Obrázek 2 - příklad využití solárního článku 2

5 1.2 Princip solárního článku Solární článek je velká plošná dioda (součástka z Si tvořená vrstvou P-N). Principem jeho funkce je fotovoltaický jev. Je to jev, při němž jsou elektrony uvolňovány (emitovány, vyzařovány) z látky (nejčastěji z kovu) v důsledku absorpce elektromagnetického záření (světla) látkou. Emitované elektrony jsou pak označovány jako fotoelektrony a jejich uvolňování se označuje jako fotoelektrická emise. V oblasti přechodu mezi vrstvami je umožněno světlu, aby do této oblasti pronikalo. Při průchodu světla fotony (částice světelného záření) polarizují přechodovou vrstvu a dochází k pohybu elektronů a děr. Ty se drží u stěn součástky a tím se vytváří napětí mezi potenciály. Napětí takového článku je řádově půl voltu, proto se pro praktické použití řadí několik článků do série. Platí, že čím více světla (více fotonů), tím větší proud a větší napětí. Proud však roste lineárně, avšak napět logaritmicky. Solární články produkují stejnosměrné napětí. Obrázek 3 - princip výroby elektřiny pomocí fotovoltaického článků V dnešní době se poměrně často používají sluneční baterie ve spotřební elektronice, zejména u kapesních kalkulátorů, budíků, rádií, hraček apod. Všude tam, kde není příliš vysoká spotřeba, může pár čtverečních centimetrů fotovoltaických článků nahradit jednu nebo dvě tužkové baterie. Oblíbené jsou různé cestovní dobíječky mobilů nebo tužkových akumulátorů, které jsou vhodné zejména na delších výpravách do odlehlých míst. Fotovoltaické články mohou být naneseny i na pružnou podložku. Fotovoltaika je taky zajímavý způsob jak snížit množství problematického odpadu, který jinak představují alkalické tužkové i jiné baterie. 1.3 Kontrolní otázky 1. Na jakém principu funguje fotovoltaický článek? 2. Popište využití fotovoltaického článku. 3. Jaký prvek je základem pro výrobu fotovoltaického článku? 4. V kterém oboru se poprvé začal solární článek používat? 5. Jaké jsou výhody a nevýhody solárního článku oproti klasickým zdrojům? 3

6 2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, s. ISBN TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, s. ISBN MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, s. ISBN BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, ISBN KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, s. ISBN

7 3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, s. ISBN TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, s. ISBN KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, s. ISBN

8 4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - MONOKRYSTALICKÝ FOTOVOLTAICKÝ PANEL... 2 OBRÁZEK 2 - PŘÍKLAD VYUŽITÍ SOLÁRNÍHO ČLÁNKU... 2 OBRÁZEK 3 - PRINCIP VÝROBY ELEKTŘINY POMOCÍ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKŮ