Fotovoltaika - Terminologie

Článek je zaměřen na terminologii z oblasti fotovoltaického využívání sluneční energie, která je nyní velmi perspektivním obnovitelným zdrojem energie.

Navazuje na předchozí terminologická témata: Bezdrátový přenos energie, E-mobilita a baterie Li-ion atp. Text vychází z právních předpisů EU a ČR, dokumentů technické komise IEC/TC 82, webů českých škol a dále z článků české a anglické wikipedie.

• Fotovoltaický článek, FV článek (photovoltaic cell, PV cell) – velkoplošná polovodičová dioda, která při dopadajícím světelném záření generuje díky fotovoltaickému jevu elektrický proud.
• Fotovoltaický panel/modul (PV panel, PV module, solar panel) – konstrukčně samostatná sestava propojených FV článků.
• Fotovoltaická elektrárna, FVE (PV power stations, solar power station) – sestava FV panelů a dalších komponent, která může být zapojena do distribuční sítě a dodávat do ní elektřinu. V Česku byl k 1. 1. 2023 počet FVE s instalovaným výkonem nad 5 MW 21 956.

Další související termíny

• Agrofotovoltaika (agrophotovoltaics, agrivoltaics) představuje solární panely umístěné nad pozemky, které jsou zemědělsky využívány (viz obr. 3). Jde o kombinaci solární výroby elektřiny se zemědělskou produkcí. Další výhody jsou snížení spotřeby vody, obnova biotopů, místní ekonomický rozvoj atp.
• Elektrizační soustava – soustava zásobování elektrickou energií; zahrnuje výrobu, přenos, rozvod a spotřebu elektrické energie.
• Fotovoltaika s koncentrací záření (concentrator photovoltaics) – FV technologie, která generuje elektřinu ze slunečního záření. Na rozdíl od konvenčních FV systémů používá čočky a zakřivená zrcadla pro fokusaci slunečního záření na malé, velmi účinné vícepřechodové solární články. Takové systémy jsou často doplněny o podsystémy sledování pohybu slunce (solar trackers), případně jsou pro další zvýšení účinnosti doplněny o podsystémy chlazení.
• Heliostat je podsestava, která zajišťuje sledování polohy slunce, např. pro solární elektrárny.
• Kilowatt-peak, kWp – jednotka špičkového výkonu fotovoltaické elektrárny. Jedná se o výkon fotovoltaické elektrárny při standardních testovacích podmínkách (Standard Test Conditions, STC).
• Nepřipojeno k distribuční síti (Off-the-grid / off-grid) – obvykle značí FVE, resp. její komponentu nepřipojenou k elektrické distribuční síti.
• Solární invertor/měnič (solar inverter) – důležitá komponenta FVE, která převádí stejnosměrný proud FV panelů na střídavý proud pro rozvodnou síť, viz obr. 2.
• Solární tepelná elektrárna (solar thermal power system) využívá sluneční záření soustředěné (concentrated) do absorberu, kde se přemění na teplo a teplonosná kapalina se zahřeje na vysokou teplotu. V tepelném výměníku se teplo předá vodě, která se přemění na páru pohánějící parní turbínu. Ta roztáčí generátor elektrického proudu. Tento typ je zastaralý a postupně se nahrazuje FV verzí.

Obr. 1 Fotovoltaická elektrárna (FVE) s invertorem a transformátorem [WikiComm]

Klasifikace souvisejících termínů

Aplikace fotovoltaiky (PV applications):

• zdroje pro malá elektronická zařízení (small and medium-sized applications);
• fotovoltaika na střeše domu nepřipojená k rozvodné síti (off-grid rooftop PV system);
• solární panely na družicích a kosmických lodích;
• automobily na solární pohon (solar-powered cars);
• ostrovní FV systém (off-grid PV system) – galvanicky oddělený od distribuční sítě;
• hybridní FV elektrárna (hybrid PV power station) – ostrovní systém doplněný o akumulátory. Takový systém lze přepnout na odběr ze sítě.

Fotoelektrický jev (photoelectric effect) – částice (particles) dopadají na materiál a vyvolají emisi jiných částic. Jsou popsány tři varianty fotoelektrického jevu:

• vnější – fotony dopadají na látku a elektrony se uvolňují do okolí látky (generování fotoelektronů);
• vnitřní – fotony dopadají na látku a elektrony látku neopouští (generování vodivostních elektronů);
• inverzní – elektrony dopadají na látku a vyvolávají vyzařování fotonů.

Fotovoltaická elektrárna sestává např. z následujících komponent:

• fotovoltaické panely (PV panels);
• invertor DC/AC (inverter DC/AC);
• propojovací vodiče (cabling);
• ochranné prvky (protective components).

Fotovoltaický modul podle umístění:

• pozemní FV modul (terrestrial PV modul) – upevněn na střeše domu, na střeše skleníku atp.;
• plovoucí FV modul (floating PV module) – „plave“ na zavodňovacím kanálu atp.;
• satelitní FV modul (satellite PV module) – upevněn na umělém satelitu atp.

Generace technologií fotovoltaických článků:

• krystalický křemík;
• tenké vrstvy;
• organické polovodiče.

Režim provozování solární elektrárny:

• ostrovní režim – bez připojení k distribuční síti;
• režim připojení – s připojením k distribuční síti;
• bez možnosti dodávat přebytky do distribuční sítě;
• s možností dodávat přebytky do distribuční sítě.

Solární elektrárna (solar power station) převádí energii slunečního záření na elektrickou energii:

• nepřímo, využitím fokusovaného záření a principu tepelné elektrárny;
• přímo, využitím fotovoltaického jevu.

Solární kolektory s koncentrací/fokusací záření (concentrator solar collectors) slouží k zachycení a přeměně slunečního záření na jiné formy energie, např.:

• fotovoltaické (concentrator photovoltaics) pro výrobu elektřiny;
• tepelné (thermal concentrator) pro ohřev vody.

Solární sledovač (solar tracker) je podsestava FV systému, která udržuje zaměření systému ke slunci. Používají se:

• dvouosé sledovače (dual-axis tracker);
• jednoosé sledovače (single-axis tracker).

Obr. 2 Fotovoltaický invertor (inverter) převádí stejnosměrný proud FV panelů na střídavý proud dle rozvodné sítě [WikiComm]

Související legislativa EU

• Směrnice (EU) 2018/2011, o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů (on the promotion of the use of energy from renewable sources).
• Nařízení Rady (EU) 2022/2577, kterým se stanoví rámec pro urychlení zavádění energie z obnovitelných zdrojů (to accelerate the deployment of renewable energy).

Související legislativa ČR (v aktuálním znění)

• Zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů, „Energetický zákon“ (Energy Act).
  • Energetická licence (energy licence) – licence pro podnikání v energetických odvětvích, tj. na výrobu elektřiny, výrobu tepelné energie, rozvod tepelné energie.
  • Energetický regulační úřad, ERÚ (Energy Regulatory Office) – uděluje licence a řeší spory vyplývající ze smlouvy o poskytování služeb, jejichž předmětem je dodávka elektřiny, plynu, tepelné energie nebo jejich distribuce.
• Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu, „Stavební zákon“ (on town and country planning and building code, „Building Act“).
  • Stavební povolení (building permit) – nezbytné pro instalaci FVE dle podmínek stanovených v aktuálním znění stavebního zákona, např. při zásahu do nosné konstrukce budovy, špičkový výkon FVE nad 50 kWp.
• Zákon 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů, stanovuje např. základní rámec využívání obnovitelných zdrojů, kombinované výroby elektřiny a tepla.

Související technická komise, IEC/TC 82,

Solární fotovoltaické energetické systémy (Solar photovoltaic energy systems), připravila soubory dokumentů, např:

• ČSN EN IEC 60904, Fotovoltaické součástky (Photovoltaic devices)
• ČSN EN IEC 61215, Fotovoltaické moduly pro pozemní použití (Terrestrial photovoltaic (PV) modules)
• ČSN EN IEC 61724, Výkonnost fotovoltaického systému (Photovoltaic system performance)
• ČSN CLC/TS 61836, Solární fotovoltaické energetické systémy – Termíny, definice a značky
• ČSN 33 2000-7-712, Elektrické instalace nízkého napětí. Část 7−712: Zařízení jednoúčelová a ve zvláštních objektech – Fotovoltaické (PV) systémy

Studium související problematiky

• ČVUT v Praze, FEL, Katedra elektrotechnologie, skupina fotovoltaiky:
  • Výzkum a vývoj: FV články a systémy
  • Akreditovaná Laboratoř diagnostiky FV systémů
  • Centrum pokročilé fotovoltaiky
• VUT v Brně, FEKT, Ústav elektrotechnologie:
  • Výzkum a vývoj: Fotovoltaické články a moduly
  • Laboratoř fotovoltaická
  • Laboratoř obnovitelných zdrojů
• ZČU v Plzni, FEL, Business Innovation Centre
  • Vývoj mobilního zdroje energie na principu koncentrovaných fotovoltaických panelů (Smart High Efficient Alternative Solar Energy Source)
• Technická univerzita Ostrava, Centrum energetických a environmentálních technologií (Centre for Energy and Environmental Technologies)
• Technická fakulta České zemědělské univerzity v Praze má na střeše fotovoltaický systém. Na katedře fyziky nyní pracují na vývoji fotovoltaických panelů nové generace, které slibují prodlouženou životnost.

Obr. 3 Agrovoltaické systémy, příklady umístění solárních panelů [WikiComm]

Literatura: