Jak funguje fotovoltaika v zimě a v noci?
Ačkoliv se o fotovoltaiku a její možnosti zajímá čím dál více lidí, pořád jde o relativně novou technologii, kolem níž panuje mnoho mýtů. Leckdo proto neví, jestli fotovoltaické panely fungují i v zimě. Jestli fungují pouze za plného slunečního svitu. A jak je to s jejich funkčností v noci. Právě zodpovězení těchto klíčových otázek je velmi podstatné před tím, než se rozhodnete pořídit si svou ostrovní elektrárnu nebo třeba jen solární panely na chatu.
Nejprve si krátce odpovězme na výše uvedené dvě důležité otázky. A odpovědi zní:
- Ano, fotovoltaika funguje i v zimě
- Ne, fotovoltaika v noci nefunguje (alespoň ne tak docela)
Pro lepší pochopení této problematiky se nyní podrobně podíváme, proč tomu tak je a jestli lze tento stav nějak změnit. Pokud ještě nevíte, jaký je rozdíl mezi fotovoltaickým systémem a solárními panely, doporučujeme začít u toho tématu.
Jak fungují fotovoltaické panely?
Abychom mohli zodpovědět otázku, jestli a jak dobře funguje fotovoltaika v zimě či v podmračených dnech, je nutné nejprve znát způsob, jakým pracuje. Tedy jak dokáže ze sluneční energie vyrábět elektřinu.
Podstatou fungování fotovoltaických panelů je takzvaný fotoelektrický jev. Ve slunečním světle jsou obsaženy nepatrné částice nazývané fotony, které dopadají na zemský povrch a tedy i na fotovoltaické panely. Pokud se fotony setkají s vhodným materiálem, může jejich dopad způsobit, že se z tohoto materiálu uvolní částice nazývané elektrony a vzniká tak elektrický proud.
Jelikož jsou fotovoltaické panely vyráběné z křemíku, respektive z velkého množství polovodičových článků, které jsou na sebe navzájem napojené, jedná se o ideální materiál pro tento jev – po dopadu slunečního záření zde vzniká stejnosměrný proud, který se posouvá směrem ke střídači, jenž ho přeměňuje na proud střídavý. A ten už můžeme využívat v naší domácnosti.
Získejte individuální nabídku na míru od spolehlivé firmy.
ZDARMA
Získejte individuální nabídku na míru od spolehlivé firmy.
Co ovlivňuje výkonnost fotovoltaických panelů?
Aby mohly fotovoltaické panely fungovat naplno v zimě i v létě, za jasného dne i při větší oblačnosti, je nutné nainstalovat je ve správném sklonu a orientovat je na vhodnou světovou stranu. Obsáhlý text o tomto tématu si můžete přečíst zde. Podstatné je vědět zejména to, že fotovoltaické panely potřebují být instalovány nejlépe ve sklonu 35° až 45° a je třeba orientovat je na jih.
Tento sklon určili odborníci na fotovoltaiku jako ideální kompromis pro Českou republiku, a to proto, aby fotovoltaické panely mohly podávat co nejvyšší výkon v zimě i v létě.
Čím větší odchylky se při instalaci dopustíte, tím nižší bude výkonnost fotovoltaických panelů. Aby pokles výkonu nepřesáhl 10 %, je třeba zachovat sklon fotovoltaických panelů od 20° do 60° a nenatáčet je od jižního směru na východ či západ o více než 70°.
Výkon fotovoltaiky dále výrazně ovlivňuje denní doba, roční období i počasí. A různí se také podle toho, jaký typ fotovoltaického panelu si koupíte. Na trhu jsou totiž k dostání tři druhy:
- polykrystalické
- monokrystalické
- amorfní
Jejich vlastnosti, výkonnost i pořizovací cena se výrazně liší. Každý z nich je také vhodný pro jiného uživatele a jiný typ nemovitosti. Proto je vhodné zaměřit se na jejich rozdíly a pečlivě zvolit, který typ bude lepší právě pro vás.
Je důležité zmínit, že výkonnost fotovoltaických panelů je ovlivněna také tím, v jaké čistotě je udržujete. Proto doporučujeme náš článek o údržbě solárních panelů.
Počet hodin slunečního svitu je zásadní
V létě a v jasném dni pracují fotovoltaické panely na nejvyšší možný výkon. Ale totéž se děje i v zimě, i když výkonnost je v tu dobu ovlivněna horšími okolními podmínkami a nedostatkem slunečního svitu, takže množství vyrobeného elektrického proudu je logicky nižší. Maximální výkon přitom uvádí každý výrobce u daného panelu a měří se v jednotkách nazvaných Watt peak (Wp). Nejběžnější fotovoltaické panely mají udávanou výkonnost od 270 Wp do 460 Wp.
Jakmile je fotovoltaický panel nainstalovaný, propojený s dalším příslušenstvím (střídač, optimalizéry, baterie a tak dále), začne vyrábět elektřinu. Podstatné je, že ji vyrábí, i když je zatažená obloha, i když prší, i když sněží. Ale čím horší je počasí, tím menšího výkonu dosahuje a tím méně elektřiny je schopen vyrobit. Jakýkoliv typ stínění tedy snižuje jeho efektivitu. A jelikož zimní měsíce jsou spíš zatažené než slunečné, je jasné, že v zimě vyrábí fotovoltaické panely výrazně méně elektrické energie než v létě.
Podstatné je, že fotovoltaické panely (na rozdíl od těch fototermických) nemusí mít pro své fungování plný sluneční svit. I když my Slunce přes mraky nevidíme, fotony z jeho paprsků na Zemi stále dopadají a elektřina se v panelech dál vytváří. Čím silněji a příměji Slunce na panel svítí, tím se jí tvoří více.
To, jak dobře bude fotovoltaická elektrárna fungovat ve vaší lokalitě, můžete dobře odhadnout podle mapy slunečního svitu. Čím více hodin ročně někde Slunce svítí, tím výkonnější jsou tam fotovoltaické panely. Z těchto dat plyne, že například:
- v Praze zvládnou vytvořit 998 kWh/kWp ročně
- v Brně je to 1049 kWh/kWp ročně
- v Olomouci 1018 kWh/kWp ročně
- v Karlových Varech 987 kWh/kWp ročně
- v Jihlavě 1026 kWh/kWp ročně
- v Hradci Králové 1013 kWh/kWp ročně
- ve Zlíně 1044 kWh/kWp
V zimě je vyšší výkon, ale méně elektřiny
Z výše uvedeného tedy plyne, že postavíte-li si ostrovní elektrárnu, budete zásobeni elektřinou po celý rok. Neexistuje roční období, kdy by se přestala vytvářet. Její nadbytky se navíc ukládají v akumulátorech a můžete je využívat, když je výkonnost fotovoltaických panelů zrovna nižší, případně v noci.
Ačkoliv jsme si už výše vysvětlili, že v zimě dokážou fotovoltaické panely vyrábět méně elektřiny než v létě, tak paradoxní je, že právě v zimě jsou mnohem výkonnější než v horkém létě. Je navíc prokázáno, že nejvýkonnější bývají na jaře.
Proč tomu tak je? Protože mají takzvaný záporný teplotní koeficient. To znamená, že čím vyšší je okolní teplota, tím vyšší mají tendenci přehřívat se a tím jejich výkonnost klesá. Při teplotách vzduchu nad 25 stupňů tak jejich výkon výrazně klesá s každým přibývajícím stupněm Celsia.
Vyšší výkon v zimním období ale kupodivu neznačí, že fotovoltaické panely vyrobí více elektřiny. V mnoha oblastech se kvůli nedostatku slunečního svitu dostávají na pouhých 10 % až 30 % své průměrné výrobní kapacity. Důvodem je, že v zimě je Slunce nízko a svítí méně hodin než v létě. Panely ve sklonu okolo 35° jsou tedy v tomto období zcela špatně natočené a Slunce na ně svítí skutečně jen chvíli. A sníh a námraza na to obvykle žádný větší vliv nemají – menší vrstva sněhu na panelech obvykle velmi rychle roztaje (případně je třeba ji odmést).
Tato nepříjemná situace trvá na většině našeho území zhruba od listopadu do konce ledna – od února se výkon panelů začíná zase zvyšovat a v dubnu už dosahuje maximálních hodnot.
Spotřebu energií musíte v zimě plánovat
Majitelé fotovoltaických elektráren už jistě zjistili, že právě v zimních měsících je výhodnější o spotřebě elektrické energie více přemýšlet. Zvlášť pokud nemají jiný zdroj než ten z fotovoltaických panelů. Například je lepší pouštět pračku, když zrovna svítí slunce. Nabíjet telefony a notebooky, opět když zrovna svítí slunce. Zkrátka je efektivní postupovat tak, abyste zbytečně neplýtvali energii z akumulátorů a raději využívali tu aktuálně vyráběnou. Při sérii několika zatažených dnů za sebou je pak tato strategie ještě důležitější.
A pokud zjistíte, že vám elektrická energie ani tak v zimě nedostačuje? Značí to, že potřebujete silnější elektrárnu, neboli znásobit její výkon. Nejjednodušší cestou je přikoupit další fotovoltaické panely a nainstalovat je k těm současným. Pokud ani to nestačí, je ideální najít si jiný, náhradní zdroj elektrické energie – velmi často je odborníky doporučováno například tepelné čerpadlo, případně si ponechte své stávající připojení k elektrické síti.
Výroba elektřiny v noci? Zatím ne
Nyní se dostáváme k dalšímu bodu našeho textu. I když už víme, že fotovoltaické panely vyrábějí elektrickou energii po celý rok a v každém počasí, tak střídání dne a noci je mnohem zapeklitější problém. Pro své fungování totiž nutně potřebují sluneční svit. A v noci Slunce nesvítí, protože naše strana Země je od něj po několik hodin zcela odvrácena. Což je pro solární panely a fotovoltaické panely doslova konec.
Prostým faktem tedy je, že fotovoltaické panely ani solární panely v noci nefungují. Rozhodně ne dnes a při použití současných technologií. Pokud tedy máte zcela vybité akumulátory a žádnou energii v zásobě, budete muset počkat do rána – nebo mít v záloze jiný zdroj energie.
Budoucnost věští provoz i v noci
Vědcům, fyzikům ani dalším odborníkům tento problém samozřejmě nedopřává klid, a tak se snaží přijít na způsob, jak by mohly fotovoltaické elektrárny fungovat (a tedy vyrábět elektřinu) i v noci. A první úspěšné pokusy už jsou tady – i když pro majitele běžných rodinných domů je tato technologie zatím nedostupná a pořád se ještě pracuje na jejím vývoji.
V Austrálii zachytávají infračervené záření
Úspěšným příkladem je studie australských vědců, kteří přišli na to, že by mohlo být možné využívat část energie, která během dne běžně dopadá na Zemi a posléze se (a to i během noci) odráží zpátky do atmosféry ve formě infračerveného záření. Vědci sestrojili takzvanou termoradiativní diodu, která je schopna toto záření zachytávat a na fotovoltaickém panelu díky němu vyrábět elektřinu.
Z jejich výzkumu plyne, že pokud by v budoucnu bylo toto zařízení běžnou součástí fotovoltaických elektráren, mohly by vyrábět elektřinu také během noci, i když v mnohem menším množství než přes den. I tak by to ale byl značný úspěch.
Američané vyvíjejí termoradiační fotovoltaiku
Podobné výzkumy provádějí i vědci z Katedry elektrotechniky a informatiky Kalifornské univerzity v USA. Podařilo se jim vyrobit fotovoltaický panel, který zvládá v noci vyrábět čtvrtinové množství elektřiny oproti dennímu výkonu běžného fotovoltaického panelu o ploše 1 m². Použili na něj technologii založenou na takzvaném radiačním chlazení, kdy je Země zdrojem tepla (podobně jako u práce australských výzkumníků) a noční nebe je naopak považováno za chladič. Zvláštností je, že princip fungování je zcela opačný než ve dne, ale i přesto se na fotovoltaických panelech vyrábí elektrická energie – sice jde opačným směrem než ve dne, ale díky dalšímu příslušenství ji lze využívat i tak.
Pro budoucnost fotovoltaických elektráren je tento vynález podstatný v tom, že by mohl fungovat i za dne a doplňovat běžné fotovoltaické panely v době, kdy poklesává jejich výkonnost.
Testy probíhají i na velkých fotovoltaických elektrárnách
Vědci zkoušejí i další metody, jak by se mohla elektrická energie z fotovoltaických panelů získávat i během noci. Testy probíhají například v Maroku, které má pro stavbu solárních elektráren velmi výhodné podmínky. I proto tam vznikají velké solární elektrárny přímo v poušti.
V jedné z nich experti zkoušejí používat termosolární panely (Concentrating Solar Power Plant), které mají podobu obřích dvanáctimetrových zrcadel, které se neustále natáčejí proti Slunci a získanou energii posílají do izolované obří nádrže se solným roztokem, kde teplota dosahuje bezmála 400 °C. Díky tomu tato elektrárna, která pracuje na principu parních turbín vyrábějících elektřinu, může fungovat i po setmění.
Často kladené otázky
Množství elektřiny, které může fotovoltaika (solární panely) vyrobit v zimě, bude záviset na několika faktorech, včetně umístění, velikosti a typu fotovoltaického systému a množství dostupného slunečního světla. Obecně platí, že fotovoltaika má tendenci produkovat v zimě méně elektřiny kvůli kratším dnům, nižším slunečním úhlům a většímu množství oblačnosti. Přesné množství vyrobené elektřiny však bude záviset na konkrétních okolnostech lokality a fotovoltaického systému.
Chcete-li zvýšit účinnost solárního panelu v zimě, pravidelně panely čistěte, naklánějte je směrem ke slunci, používejte antireflexní vrstvu, používejte systém tepelného sledování, aby se zabránilo hromadění sněhu a ledu, a zvažte použití vysoce účinných panelů.
Tip na další článek: Optimizéry pro fotovoltaické panely >>
