V současné době se v odvětví fotovoltaiky používají tři hlavní solární technologie. Zdaleka nejrozšířenější z nich využívá nadbytečný materiál, tzv. křemík. Druhá, tenkovrstvá technologie, zahrnuje nanášení kombinace různých materiálů v ultratenkých vrstvách na substrát. Třetí, koncentrovaná fotovoltaika (CPV), soustřeďuje na články sluneční světlo až tisícinásobné intenzity.
Zpracování křemíku pro solární technologie
Křemíková technologie je založena na polovodičovém materiálu, křemíku, který lze vyrábět z prakticky nevyčerpatelného přírodního zdroje, křemene, který se nachází v žule, písku a pískovci. Solární panely vyrobené z článků (viz postranní panel) mají také tu velkou výhodu, že jsou použitelné jak ve velkých solárních farmách, tak v malých samostatných systémech. Průmysl se již dlouho zdokonaluje v křemíkových technologiích.
Není proto divu, že křemíková technologie dnes tvoří 90 % světového trhu.
Dvě varianty křemíkového procesu
První zahrnuje monokrystalické křemíkové destičky, které se krájí z bloku („ingotu“) velmi čistého monokrystalického křemíku. Ačkoli je tento průmyslový proces složitý a drahý, umožňuje získat články s 20% účinností (poměr elektrického výkonu článku k dopadající energii v podobě slunečního záření). Rekord v komerční výrobě z panelu o rozměrech 125 x 125 čtverečních milimetrů drží společnost SunPower s účinností 24,2 %. U tohoto řešení je elektrický obvod umístěn také na zadní straně článku, což zvyšuje jeho výkon. Takové panely, používané v letadle na solární pohon Solar Impulse, nemají drážkovaný povrch charakteristický pro jiné typy panelů.
Druhý postup zahrnuje polykrystalické křemíkové články. Polykrystalický křemík je méně čistý a levnější, ale má účinnost kolem 15 %. V tomto segmentu vedou čínské společnosti. Nižší cena článků podpořila jejich silný celosvětový růst, ale účinnost přeměny energie je samozřejmě rozhodujícím faktorem v konečné kalkulaci určující finanční životaschopnost fotovoltaických systémů.
Tenké filmy pro solární technologie
Při krájení plátků z křemíkových ingotů se ztrácí přibližně 30 % materiálu. Vědci vyvinuli přístup založený na tenkých vrstvách o tloušťce asi 2 mikrony nanesených na skleněný nebo pružný substrát. Stavy tenkých vrstev mohou využívat vlastnosti různých materiálů, které obsahují, zejména schopnost každého z nich využívat trochu jinou vlnovou délku světla.
Existují dva typy tenkých vrstev
První využívá telurid kadmia, který je levnější než křemík, ale není příliš rozšířený a může být škodlivý pro životní prostředí. Světovou jedničkou v této technologii je americká společnost First Solar.
Druhá využívá slitinu mědi, india a selenu (CIS), někdy s přídavkem galia (CIGS). Obě tyto techniky vedou k velmi dobré absorpci světla. Zásoby galia jsou však omezené a indium je již široce využíváno výrobci plochých obrazovek. Japonská společnost Solar Frontier se zabývá výrobou CIS.
Koncentrovaná fotovoltaika
Dalším způsobem, jak zvýšit výkon fotovoltaických článků – soustředit na ně sluneční světlo pomocí parabolického zrcadla nebo Fresnelovy čočky. Lze dosáhnout velmi vysoké koncentrace, až 1024násobku intenzity slunečního světla. Tato technika může potenciálně dosáhnout 30% účinnosti, ale její nastavení je komplikované. Zbytkové teplo musíte odvádět pryč, aby nedošlo k poškození článků. Za druhé, panely, v nichž jsou články umístěny, potřebují sledovací systém, aby zůstaly v optimální poloze vůči slunci, což vyžaduje složité a drahé mechanismy, které lze instalovat pouze ve velkých solárních farmách. V tomto odvětví je velmi aktivní německá společnost Soitech.
Od křemíku k panelu
Křemík se pro solární technologie získává zahříváním směsi křemene, uhlí a dřeva na velmi vysokou teplotu. Surový křemík musí být 99,999 % čistý, aby mohl být označen jako solární. Křemíkový ingot se krájí na tenké plátky pomocí karbidu křemíku nebo diamantových řezacích nožů.
Plátky se pak různě upravují. Aby se zlepšila jejich absorpce světla, ponoří se do leptacího roztoku, čímž získají častou modrou barvu. V peci se ošetřují fosforem nebo bórem, aby se polovodičový křemík „dopoval“.
Tím vznikají články nebo základní stavební kameny, které při působení fotonů světla vyrábějí elektřinu, a to prostřednictvím fotovoltaického efektu . Na povrchu je vytištěn elektrický obvod, který přenáší vzniklý proud. Většina článků se skládá ze čtvercových listů o tloušťce 160 až 200 mikronů a délce zhruba jedné dvanáctiny centimetru na každé straně.
Články se pak vzájemně propojí, zapouzdří mezi dva listy pryskyřice a zakryjí skleněnou a vzduchotěsnou fólií, čímž vzniknou panely. Výsledné panely (nebo moduly) se pak sestavují do fotovoltaických systémů, ať už se jedná o velké solární pole, nebo malé systémy.
Zdroje: planete-energies, Vapol
