Od malého zrnka piesku po zdroj energie, ktorý šetrí vaše peniaze aj životné prostredie. V tomto článku vám odhalíme, ako sa z tenkých kremíkových doštičiek stávajú panely, ktoré dokážu poháňať celé domácnosti. Objavte fascinujúci svet solárnych technológií.
Čo je to fotovoltika?
Fotovoltika je technológia, ktorá využíva silu slnka na priamu výrobu elektrickej energie. Kľúčovými zložkami tohto procesu sú fotovoltické články vyrobené z polovodičov, ako je kremík.
Keď slnečné svetlo dopadne na článok, uvoľní sa v ňom energia, ktorá spôsobí pohyb elektrónov. Tento pohyb elektrónov vytvára elektrický prúd.
Spojením viacerých článkov vzniká fotovoltický modul, známy aj ako panel.
Najdôležitejšie materiály
Jeden z najdôležitejších materiálov pri výrobe samotných panelov je teda kremík. Jeho zdrojom je oxid kremičitý, ktorý tvorí základ mnohých minerálov a hornín a zároveň je najrozšírenejšou zložkou pieskov (tvorí v priemere dve tretiny ich objemu). Vďaka tomu je výroba fotovoltiky z hľadiska surovín prakticky neobmedzená.
Panelov z kremíkových doštičiek nájdete na trhu niekoľko. Líšia sa tým, ako sú v nich použité kremíkové doštičky.
Monokryštalické – sú zložené z jedného kryštálu kremíka. Sú vysoko účinné, ale aj najdrahšie.
Polykryštalické – nájdeme v nich viacero menších kryštálov kremíka. Sú lacnejšie ako monokryštalické, ale zároveň aj menej výkonné.
Tenkovrstvové – vyrobené z tenkých vrstiev rôznych materiálov, ako je amorfný kremík, meď, indium alebo selén. Ich výhodou je, že sú flexibilné, ľahké a môžu byť použité na rôznych povrchoch. Nevýhodou je, že ich účinnosť je nižšia ako u článkov, ktoré sú zložené z kryštálov.
Okrem kremíka sa experimentuje aj s ďalšími materiálmi, ako sú perovskity, ktoré by mohli v budúcnosti priniesť ešte efektívnejšie a lacnejšie solárne články.
Zdroj: FreepikVýroba kremíkových panelov
Základným stavebným kameňom panelov sú kremíkové doštičky. Ich výroba začína tavením kremenných hornín, z ktorých sa získava čistý kremík. Roztavený materiál sa následne pomaly ochladzuje a formuje do veľkých valcovitých ingotov. Tieto ingoty, pripomínajúce obrovské valce, sa potom pomocou špeciálnych píl presne narežú na tenké doštičky. Práve doštičky, s hrúbkou niekoľkých desatín milimetra, predstavujú základný stavebný prvok fotovoltických článkov.
Doping, ale nie ten športový
Kremík, ktorý tvorí základ solárnych článkov, je sám o sebe polovodič, čo znamená, že má schopnosť viesť elektrický prúd, ale nie tak dobre ako kovy. Do kremíkových doštičiek sa pridávajú veľmi malé množstvá iných prvkov (dopantov), aby sme vytvorili oblasti s rôznymi elektrickými vlastnosťami – P-typ a N-typ. Práve toto PN spojenie je základom pre premenu svetla na elektrinu. Keď spojíme P-typovú a N-typovú vrstvu kremíka (vytvorenú dopingom), vznikne na ich rozhraní elektrické pole.
Od článkov k doštičkám
Na povrch doštičiek sa nanesie tenká vrstva antireflexného povlaku, ktorá znižuje odraz svetla. Tým sa zvyšuje množstvo svetla, ktoré je absorbované v kremíku a premenené na elektrinu.
Okrem tohoto povlaku sa na povrchy kremíkových doštičiek nanášajú aj veľmi tenké vrstvy kovov, zvyčajne striebra alebo hliníka. Tieto vrstvy sú extrémne tenké, aby čo najmenej zakrývali kremík, tým by totiž znížili množstvo zachyteného svetla. Vytvárajú na povrchu článku dve elektródy – pozitívnu a negatívnu. Tie zbierajú elektróny, ktoré sa uvoľnili v kremíku pôsobením svetla. Pohyb elektrónov od negatívnej elektródy (katódy) k pozitívnej elektróde vytvára elektrický prúd.
Zlučovanie článkov do modulov
Spojenie článkov, laminácia a rámovanie solárneho panelu predstavujú finálne fázy výroby, ktoré transformujú jednotlivé solárne články na funkčný a odolný panel, pripravený na inštaláciu.
Spojenie článkov je proces, pri ktorom sa jednotlivé solárne články spájajú do väčších celkov, čím vzniká modul alebo panel. Na toto spojenie sa využívajú špeciálne pájky alebo iné vodivé materiály, ktoré zabezpečujú bezpečný a efektívny prenos elektrického prúdu medzi jednotlivými článkami. Spôsob spojenia závisí od typu solárneho článku a požadovanej konfigurácie panelu.
Laminácia je ďalším dôležitým krokom, pri ktorom sa celý zložený panel zalieva do odolného plastu. Tento plastový obal chráni solárne články pred vonkajšími vplyvmi, ako sú vlhkosť, prach, UV žiarenie a mechanické poškodenie. Okrem ochrany tiež zabezpečuje pevnosť a odolnosť panelu.
Rámovanie je posledným krokom výroby. Hotový laminátový panel sa osadí do hliníkového rámu. Tento rám má niekoľko funkcií:
- Mechanická pevnosť – zabezpečuje tuhosť panelu a chráni ho pred deformáciami.
- Odvod tepla – pomáha odvádzať prebytočné teplo z panelu, čo zvyšuje jeho účinnosť a predlžuje životnosť.
- Ochrana elektrických kontaktov – chráni elektrické kontakty na zadnej strane panelu pred poškodením.
Článok vznikol v spolupráci so spoločnosťou Basta Digital.
