Trendy ve fotovoltaice

Za uplynulých pět desetiletí se vývoj fotovoltaických článků (první použitelný článek z krystalického křemíku se datuje od padesátých let minulého století) posunul obrovským směrem kupředu. Zdokonalovány jsou samotné články, které jsou odolnější, přizpůsobivější a výkonnější, i montážní systémy, umožňující svobodnější instalaci v podstatě kdekoli. Cílem výrobců je nabídnout spolehlivé technologie, které s sebou z hlediska zdrojů i výrobních procesů ponesou minimální zátěž pro životní prostředí. Tlak je bezesporu kladen i na ceny panelů, u kterých kromě efektu ze zavedení hromadné a sériové výroby (posun směrem dolů) samozřejmě hraje roli požadavek na vývoj nových, dokonalejších technologií. Dnes není problém zabudovat fotovoltaický článek přímo do střešní konstrukce místo střešní krytiny nebo do fasády objektu.

 V uplynulém období nastaly na trhu s fotovoltaikou významné změny – ať už z hlediska legislativních úprav nebo z pohledu konkurenceschopnosti. Tržní prostředí obecně otevírá příležitosti jen těm nejlepším, kteří mají co nabídnout. Výrobci fotovoltaických zařízení zůstávají u nabídky monokrystalických a polykrystalických modulů, založených na krystalickém křemíku, který je nejúčinnější. Posun však u těchto panelů přichází v jejich konstrukčním řešení a ve zvyšování účinnosti. Sortiment je významně rozšiřován o nové technologie, z nichž první příčku v současné době zastávají technologie tenkovrstvé. Tenkovrstvé moduly můžeme z hlediska jejich podstaty rozčlenit do tří základních skupin: vyráběné z mikromorfního, resp. amorfního křemíku, stále často po­užívaná je také technologie CdTe, která však obsahuje těžké kovy, a je proto neekologická, a do třetice se jedná o technologii typu CIGS/CIS.
 
Technologie mikromorfního křemíku
Amorfní, resp. mikromorfní moduly vznikají nanášením velmi tenké vrstvy křemíku na podkladový nosič. Díky tenkovrstvé technologii je spotřeba křemíku oproti konvenčním modulům výrazně snížena (při krystalické metodě se vrstva křemíku pohybuje kolem 100 μm, u amorfní technologie kolem 2 μm). Výroba je navíc méně závislá na doplňkových materiálech, nejčastěji na sklu a hliníku. Další výhodou tenkovrstvé technologie je nižší kolísavost výkonu panelů v závislosti na provozní teplotě – i při vysokém zahřátí vykazují moduly dobré výsledky. Životnost panelů je prodloužena a škodlivé emise spojené s výrobou jsou minimalizovány, tato technologie nezahrnuje použití těžko odbouratelných prvků. Moduly jsou lehčí, díky čemuž lze vytvářet i větší formáty. Možnosti se proto otevírají i v oblasti designu, povrch je čistý, homogenní, s možností úprav pomocí laseru. Tenkovrstvá technologie je v podstatě předurčená pro vertikální využití u oken, dveří, posuvných systémů, teplých i studených fasád i pro zasklení světlíků. Díky mikromorfní, resp. amorfní bázi totiž moduly využívají širší spektrum denního záření a efektivně slouží i za působení tzv. difuzního světla. Oproti „tradičním“ fotovoltaickým systémům založeným na krystalické bázi, které jsou netransparentní a vyžadují přímé sluneční záření z jihu ideálně pod doporučovaným sklonem 40°, nabízejí tenkovrstvé moduly výborné celoroční konzistentní výkony i za rozptýleného světla.

Nové možnosti pro architekturu
Od tenkovrstvých technologií se odvíjejí, jak již bylo stručně naznačeno, i zcela nové možnosti instalace fotovoltaických panelů v rámci opláštění budov. Homogenní povrch přírodní hnědavé nebo černé barvy (konvenční krystalické moduly jsou charakteristické typickým mřížkovým, resp. síťovitým vzorem namodralého odstínu), volitelné stupně transparentnosti, možnost potisku logem a různorodé tvary těchto modulů znamenají potenciál pro architekturu 21. století. Příkladem mohou být moduly ProSol TF firmy Schüco, které lze aplikovat v podstatě ve všech oblastech opláštění objektů, a to nejen v komerční sféře. Moduly nabízejí unikátní přirozený vzhled, homogenní strukturu, nejrůznější tvary a rozměry skel i různé stupně transparentnosti (pomocí laseru se ve vrstvě křemíku vytvářejí stupně průhlednosti od 0 do 20 %), což je důležité zejména při použití modulů jako okenních systémů, kdy propojují vnitřní a vnější prostředí.

E3 Tower – koncept kombinující řízení energie s jejím uchováváním od firmy Schüco

Příklad z praxe – fotovoltaika na fasádě v německém Neu-Ulmu Opláštění nové obchodně-administrativní budovy společnosti ESU – Electronic Solutions Ulm GmbH & Co. KG, zabývající se modelářstvím lodí, automobilů, železniční techniky a výrobou souvisejícího příslušenství a elektroniky, funkčně i designově dotvářejí právě fotovoltaické moduly Schüco ProSol TF, instalované v oblasti schodiště. Jednotný hladký povrch modulů vytváří příjemnou světelnou atmosféru a fasádě dodává na originálnosti. Díky vysokému stupni transparentnosti 20 % je na schodišti v průběhu dne zajištěn dostatek světla, naopak za parných slunných dní působí moduly jako stínicí prvek, a není proto třeba instalovat jinou stínicí techniku. Další nepostradatelnou a klíčovou rolí fotovoltaického systému je výroba solární energie, moduly jsou výkonné při působení difuzního světla i za vysokých provozních teplot. Čtyřiadvacet transparentních modulů o celkové rozloze 60 m2 s instalovaným výkonem 2,23 kWp vyrobí za rok přibližně 1 570 kWh, které lze případně odvádět do sítě. To firmě přináší roční úspory v podobě 355 litrů topného oleje a přibližně 835 kg CO2. Tři slepé moduly, na fasádě je lze rozpoznat podle orámování, pak slouží jako zařízení k odvodu kouře a tepla. Zvně jsou však dokonale integrovány do struktury fasády tak, aby nebyla narušena celistvost. Přestože moduly o ploše 60 m2 v oblasti schodiště zcela nepokryjí energetické potřeby administrativní budovy, jedná se o velký krok vpřed v oblasti trvalé udržitelnosti a architektury budoucnosti.

Fotovoltaika na fasádě i ve střešní konstrukci
Zkombinuje-li se tenkovrstvá technologie s důmyslnými montážními systémy, není problém fotovoltaickými panely nahradit jak fasádní prvky, tak například i střešní krytinu. Moduly lze integrovat přímo do střešní konstrukce. Kromě instalací do šikmých střešních konstrukcí jsou v nabídce i systémy pro efektivní využití prostoru plochých střech, nezávisle na dnes již překonané jednosměrné orientaci na jih, jak tomu je u krystalických modulů. Mezi ideální industriální prostory patří velké haly, logistická centra a další objekty, kam lze umístit střešní instalaci nebo předsazenou fasádu. Výjimku netvoří zemědělské objekty s živočišnou výrobou, firmy nabízejí panely certifikované na odolnost vůči korozi a působení amoniaku.

Energii vyrábět, uchovávat a využívat
Energií je důležité nejen šetřit a vyrábět ji, ale také efektivně využívat, ideálně s možností jejího uchování. Výrobci proto pracují na vývoji výkonných baterií, které by umožnily energii uchovat, a dokonce i rozpoznat, kdy je nejvýhodnější ji prodat do sítě, spotřebovat v daném objektu anebo uložit do baterií. Dochází k decentralizované výrobě energie, která je využívána tam, kde je to právě nejvýhodnější. Cílem je minimalizace transakčních ztrát, snižování nákladů a zvýšená ochrana životního prostředí. V kombinaci se solárně-termickými kolektory pro ohřev vody by se objekty stávaly energeticky více či méně soběstačnými. Na trh byl uveden nový koncept kombinující řízení energie s jejím uchováváním. Spolu s energetickou centrálou dokážou tyto jednotky zkombinovat všechny existující zdroje solární energie a tepla a zajistí, aby získaná energie byla použita všude tam, kde je to potřebné a možné, ideálně přímo v místě, kde byla vyrobena a uchovávána. Tepelná energie ze solárních kolektorů pak proudí do topné jednotky anebo slouží k přípravě teplé vody. Dodatečnou tepelnou energii pak v případě nedostatku dodává tepelné čerpadlo. K pohonu tepelného čerpadla slouží decentralizovaně vyprodukovaná energie. Sluneční energie získaná z fotovoltaických modulů nejprve proudí do řídicí jednotky, která vyhodnotí, jak bude nejlépe využita. Elektřina může být v případě nadbytku v zásobníku prodávána do sítě, v případě nejlepších cen naopak kupována.

Závěr
Jistě nebude trvat dlouho a dnešní koncepty a prototypy systémů pro efektivní nakládání s energií se promění v nabízené produkty. Ve vývojových centrech se začne pracovat s novými materiály a aktuální hi-tech technologie budou pomalu zastaralé. Vždyť jen v rámci dvouletých intervalů, od konání jednoho ročníku veletrhu k druhému, se vývoj posouvá nezadržitelným tempem kupředu. Je-li to v souladu s ochranou životního prostředí a trvalou udržitelností, nezbývá než se na chystané novinky těšit.

Ing. Petr Herynek
Foto: Schüco

Autor pracuje ve společnosti Schüco International KG.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.