Úvod

Přeměna sluneční energie v energii elektrickou ve fotovoltaických slunečních článcích bude, dle mého názoru, v 21. století nejrychleji rostoucí oblastí výroby čisté energie. Podobný názor byl prezentován například v americkém časopise Science [1] v čísle věnovaném energii a především obnovitelným zdrojům energie.

Jaké jsou hlavní argumenty pro podporu fotovoltaické přeměny sluneční energie , proč je fotovoltaika "in" (především fotovoltaické články a solární design jako nová forma architektury) a jaderná energie "out" na západ od našich hranic, jaké jsou hlavní problémy, které brzdí rozvoj fotovoltaiky, jak funguje fotovoltaický článek, co se v oblasti slunečních článků dělá v České republice a jak vypadá situace ve světě. To vše bude tématem tohoto přehledu.

Odpovědi na nejčastější otázky (proč, jak, kdy?)

1. Proč je fotovoltaická přeměna sluneční energie jednou z nejdůležitějších technologií pro 21. století ?

• výroba elektrické energie ve slunečních článcích patří mezi obnovitelné zdroje energie , je to ekologicky čistá energie
• pokrytí přibližně 1% plochy pouští slunečními články s 15% účinností vyrobí více elektrické energie než všechny současné elektrárny světa
• energie vložená do výroby slunečních článků se vrátí za několik let , u tenkovrstvých i dříve než za 1 rok, "palivo je zdarma" a předpokládaná životnost vyšší než 30 let
• výroba elektřiny ve slunečních článcích je bezpečná a spolehlivá, "žádné pohyblivé součástky", v případě křemíkových článků žádný nebezpečný odpad
• na výrobu elektrické energie ve slunečních článcích je nutno pohlížet z globálního, celosvětového hlediska. Místní klimatické podmínky (průměrná doba slunečního svitu) jsou rozdílné: např. výpočty pro USA ukazují, že pokrytí 7% státu Nevada slunečními články vyrobí více energie než je současná veškerá spotřeba elektrické energie v USA. Pro představu, tato plocha je asi 1/4 plochy pokryté v USA dálnicemi a silnicemi. Pro akumulaci energie je navrhován vodík. Spalování vodíku a kyslíku na vodu a její zpětný rozklad elektrickým proudem pak představuje čistý obnovitelný energetický systém [1]. Ve Švýcarsku je situace klimaticky méně příznivá, výpočty ukazují že je třeba pokrýt asi 1,5% plochy Švýcarska k výrobě elektrické energie ve výši současné spotřeby. To je opět o něco menší plocha než zabírají silnice a cesty nebo zhruba 1/2 plochy zastavěné budovami. Jelikož téměř 1/2 energie vyrábí Švýcarsko ve vodních a přečerpávajících vodních elektrárnách, které lze rychle regulovat, pak se významná část energie nechá nahradit energií z fotovoltaických článků (s výkonem závisejícím na okamžitém osvětlení) i bez jakéhokoliv dalšího "uskladnění" elektrické energie. Proto i za současných technologických možností zde může fotovoltaika představovat významný zdroj čisté energie [2].

2. Jak dosáhnout stavu, aby fotovoltaická přeměna sluneční energie měla významnou roli ve světové energetice?

• Nutnou podmínkou je hromadná výroba levných a dostatečně účinných slunečních článků, z široce dostupných materiálů. Účinnost slunečních článků vyráběných v laboratořích se již přibližuje teoretickým hranicím (např. pro křemík bylo dosaženo účinnosti 24% , pro složené články GaInP/GaAs/Ge pak účinnosti 32% a tato účinnost dále roste s koncentrací slunečního záření např. zrcadly či Fresnelovými čočkami), tyto články jsou však příliš drahé. Typická účinnost průmyslově vyráběných článků je 7 až 16% (amorfní křemík resp. křemík monokrystalický). Podaří-li se snížit jejich cenu čtyřikrát či pětkrát (od doby prvého významného použití křemíkových slunečních článků na družicích poklesla jejich cena již dvěstěkrát), pak budou zcela konkurenceschopné i po ekonomické stránce. Pokles současné ceny slunečních článků na zhruba 1/2 lze dosáhnout výstavbou velkých automatizovaných továren, za použití současné prověřené technologie. Další pokles ceny pak přijde z inovací, existujících zatím pouze ve výzkumných laboratořích.
• V delším časovém horizontu je třeba řešit i otázky akumulace elektrické energie (například formou výroby vodíku) a celosvětové distribuce elektřiny jen s malými ztrátami (například pomocí supravodičů). Nové objevy jsou pravděpodobné a žádoucí.

3. Kdy bude fotovoltaická přeměna sluneční energie hrát významnou roli ve světové energetice ?

• Vše záleží jednak na financování výzkumu a vývoje fotovoltaiky, jednak na zahrnutí všech nákladů do ceny elektrické energie. Např. i skutečná cena likvidace jaderné elektrárny včetně "trvalého" uložení vyhořelého paliva byla dosud vždy vyšší než náklady na postavení elektrárny. Nebo zahrnutí škod způsobených spalováním uhlí - emisemi z komínů elektráren. Dále pak zahrnutí nákladů na rekultivaci uranových či uhelných dolů. To vše zatím u nás hradil nebo garantoval stát, tedy každý daňový poplatník, a ne spotřebitel energie podle své skutečné spotřeby.
• Za fotovoltaikou nestojí žádné finančně silné skupiny jako za energií z ropy, uhlí, zemního plynu či za jadernou energií. Naftové společnosti, které skoupily řadu výrobců fotovoltaických panelů, dávají na výzkum fotovoltaiky méně než jedno procento částky, kterou dávají na hledání nových nalezišť ropy.
• Pouze Japonsko má dlouhodobý státní plán podpory fotovoltaiky. V USA a Evropě tato podpora kolísá. Silná podpora je v Německu, po úspěchu programů 1000 a 10 000 slunečních střech , byl v roce 1999 zahájen program 100 000 slunečních střech , v USA president Clinton vyhlásil program milion slunečních střech .
• Nedávno přijala Evropská komise významné politické rozhodnutí: plán na zdvojnásobení výroby elektrické energie v Evropské unii z obnovitelných zdrojů do roku 2010 [3]. Fotovoltaická přeměna sluneční energie je jedním z obnovitelných energetických zdrojů, vedle energie vodní (zde již mnoho nevyužité energie v Evropě není), energie větru (ta se velmi rychle rozvíjí v Německu, Dánsku, Švédsku a Španělsku), spalování biomasy, atd. Tyto obnovitelné zdroje mají jeden společný původ, kterým je naše Slunce. Cíl Evropské unie do roku 2010 pro fotovoltaiku jsou 3 GW instalovaného výkonu , pro větrné elektrárny pak 40 GW.
• Z uvedeného vyplývá, že politická rozhodnutí ovlivňují rozhodujícím způsobem toto datum. Z letošních významných politických rozhodnutí uvádím především rozhodnutí německé vlády o podpoře fotovoltaiky (povinný výkup čisté fotovoltaické energie za ceny mnohonásobně převyšující ceny tržní, s tím, že se tento cenový rozdíl bude každoročně snižovat, a bezúročná půjčka na nákup fotovoltaického systému), a rozhodnutí o ukončení provozu všech atomových elektráren v časovém horizontu 20-30 let.
• I když výroba fotovoltaických článků exponenciálně roste, v roce 1999 dosáhl instalovaný celkový špičkový výkon hranice 1 GW [4], z hlediska celosvětového je to však velmi málo. Například způsob výroby (rok 1997) elektrické energie v USA je následující: 53% je vyráběno z uhlí, 18% je jaderná energie, 14% je vyráběno ze zemního plynu, 3% z ropy a 12% představují obnovitelné zdroje energie. Z těch pak 0,3% je energie sluneční, 0,8% energie větru, 3% energie geotermální, 13% spalování biomasy a 83% energie vodní [1].
• Z výše uvedeného vyplývá, že datum, odkdy bude přímá přeměna sluneční energie v elektrickou hrát významnou roli ve světové energetice (tj. její podíl dosáhne cca 10-30%), závisí na financování vědy a dosažení pokroku ve vědě a technologii a dále na politických rozhodnutích. Za současného tempa výroby slunečních článků (přírůstek 20-30% ročně) a politické situace ve vyspělých zemích světa, začínajících brát v úvahu princip trvale udržitelného růstu, na to bude zapotřebí 20 až 50 let .

             celý dokument: http://www.fzu.cz/texty/brana/fotovoltaika/slunecni_energie.php#uvod