Solární energie. Jedna z nejvýraznějších a nejviditelnějších komponent GreenDeal víry. Jedněmi opěvovaná, druhými zatracovaná. V našich zeměpisných šířkách je možné, díky této technologii, zhruba po 140 dní v roce provozovat vlastní zdroj elektrické energie pokrývající potřeby typické domácnosti. Na první pohled krása! Díky dotacím a historické legislativě, která dramaticky zvýhodnila tzv. solární barony má však tento zdroj u části Čechů určitou pachuť. Co tedy fotovoltaika vlastně je?
Technicky jde o přeměnu slunečního záření na elektřinu za pomocí fotoelektrického jevu díky foto diodám. Ty jsou na bázi polovodičů a jsou spojeny do fotovoltaických článků, které se dále propojují do ikonických fotovoltaických panelů, ať už tenkovrstvých, nebo krystalických. V krystalických technologiích převažuje křemík, a to monokrystalický nebo multikrystalický. Další materiály jsou používány pouze ve zvláštních případech.
Vývoj FV technologií samozřejmě stále pokračuje a hovoří se o fotovoltaice třetí generace, která ještě není striktně definována. Výzkum směřuje k překročení Shockley-Queisserovy hranice omezující účinnost FV přeměny různými způsoby, ať už je to za pomocí tandemových článků, nebo i jinými způsoby. Materiálem, slibujícím možná jednoho dne nahradit klasický křemík při výrobě panelů se ukazuje být perovskit (oxid vápenato-titaničitý), který byl ještě nedávno považován za příliš nestabilní pro komerční použití, nicméně jeho potenciální použití by mohlo výrazně zvýšit účinnost panelů. Jeho nasazení do běžné produkce se očekává v horizontu deseti let.
Věděli jste, že:
Samotný fotovoltaický jev byl objeven již v první polovině 19. století, konkrétně v roce 1839 francouzským fyzikem Alexandrem Edmondem Becquerelem. Až v roce 1905 se však povedlo Albertu Einsteinovi jev vysvětlit a získal za to následně v roce 1921 Nobelovu cenu za fyziku. Počátky praktického využití však byly velmi střídmé, až o více než 30 let později (v roce 1954) vyvinuli Gerald Pearson, Dryl Chapin a Calvin Fuller první článek s účinností přes čtyři procenta. Na konci padesátých let se technologie FV článků začala využívat premiérově v družicích.
Právě kombinace poptávky z leteckého oboru a kosmonautiky šedesátých a sedmdesátých let s nástupem politického tématu ochrany životního prostředí akcelerovala vývoj (do té doby příliš široce prakticky nepoužitelné) technologie tak, že došlo postupně k významnému zvýšení účinnosti a snížení produkční ceny článků/panelů. V současnosti se celosvětová produkční kapacita zvyšuje meziročně o desítky procent, k dynamice tohoto procesu, minimálně v našich končinách, přispívá aktuální počínající energetická krize a nic tak boomu výstavby FV kapacit nebrání.
Jeden z hlavních důvodů, proč FV technologie prožívá, výše zmíněný boom, je ekologický aspekt celé věci. Množství energie, které ve formě slunečního záření dopadá na povrch planety, je více než 6.000× vyšší, než lidstvo aktuálně zkonzumuje. Jde ročně o 89 petawatů a celé lidstvo aktuálně využije pouze necelou šestinu této energie. Solární energie má dále ze všech obnovitelných zdrojů nejvyšší hustotu výkonu a během provozování fotovoltaiky nevznikají žádné emise skleníkových plynů.
Zajímavým efektem je relativní bezúdržbovost a fakt, že pro samotnou výrobu elektřiny po instalaci již FV elektrárna nepotřebuje další průběžné finanční zdroje, vzhledem k tomu, že sluneční svit je (zatím) zadarmo. Dalším bonusový efektem je pak situace, kdy se vyrobená energie spotřebovává přímo v místě výroby, čímž se eliminují ztráty v přenosové síti.
Leč žádná výhoda není zcela zadarmo a s přednostmi solární energie přichází pochopitelně i její odvrácená tvář, jakési nevýhody, či nedokonalosti:
Jako první je třeba zmínit rozmary počasí. Sluneční osvit není konstantní, jak z hlediska střídání dne a noci, tak i díky ročním obdobím. Za špatného počasí, jako je mlha, déšť, nebo chumelení je velmi nepřekvapivě výkon fotovoltaiky dramaticky snížen. Znečištění, nebo zasněžení panelů samozřejmě výkon ještě dále snižuje. To klade vyšší nároky na dostatečné dimenzování přenosových sítí, proto je nutné instalovat systémy pro ukládání vyrobené energie a kombinovat s dalšími způsoby výroby elektrické energie. Potenciální kombinování s větrnými elektrárnami se může v budoucnu ukázat jako vysloveně smrtící kombinace s potenciálem obrovských black-outů.
Kritici širokého (hlavně tedy dotovaného) nasazení FV technologií často argumentují negativní ekologickou bilancí výroby. Velkou otázkou do budoucna také zůstává stávající (ne)možnost recyklace panelů. Již samotná výroba panelů je široce kritizována, například pro vysoké emise fluoridu sírového, který je jedním ze skleníkových plynů a jehož koncetrace v ovzduší se zvýšila za posledních 20 let dvojnásobně. Dalším „problémovým” skleníkovým plynem, který souvisí s výrobou křemíkových výrobků je fluorid dusitý.
Určit exaktně reálnou ekonomickou výhodnost fotovoltaických elektráren je mimořádně obtížné. Je sice pravdou, že od počátku komerčního nasazení této technologie spadla cena křemíkových FV článků (přepočtená na watt vyrobeného výkonu) z 76,67 dolarů v roce 1977 až na dnešní jednotky centů, nicméně vzhledem k masivní státní podpoře a díky deformaci obchodem s emisními povolenkami se nedá k stoprocentně vypovídajícím číslům nijak dobrat.
Věděli jste, že:
Solární panely je dnes možné instalovat jak vodorovně (obvykle na střechy), tak i svisle (na zdi). Ideálním sklonem střechy je něco mezi 20 ° a 45 °, přičemž ideální orientací střechy je směr k jihu.
Pokud to není možné, lze použít jak východní, tak i západní orientaci, nejhorší je v našich podmínkách severní směr. Východní, či západní orientace snižují roční výkon technologie maximálně o 20 %, u severní je to podstatně horší. Při rozdělení panelů na východní a západní směr dochází k rozložení výroby elektrického proudu do celého dne, což u domácností, kdy je spotřeba energie (oproti firmám) obvykle rozložena rovnoměrněji, může být příjemným efektem.
Nejčastějším typem FV elektrárny pro domácnosti na českém trhu je provedení založené na hybridních systémech s vysokonapěťovými bateriemi. V praxi jde o 22 panelů o velikosti 1 × 2 metry, které se na střechy rodinných domů instalují na rošty, které jdou umístit na většinu typů střech a střešních krytin. Cena takového kompletu, tedy sady panelů, kabeláže, střídače a baterií včetně montáže přijde zhruba na půl milionu. Výraznou roli při rozhodování o pořízení vlastní fotovoltaiky hraje dotační program Nová zelená úsporám, ze kterého lze jednorázově čerpat až 225 000 korun.
Ekonomická návratnost takovéto investice je obvykle podle spotřeby někde mezi 3 až 10 lety. Pokud není FV realizována jako tzv. „ostrovní systém”, tedy pokud je lokalita připojena k distribuční síti, pak majitel, kromě samotné úspory na platbách distributorům za elektřinu, může profitovat i z prodeje energie do sítě. Stávající legislativa umožňuje bez licence provozovat elektrárny s výkonem, který musí být menší než 10 kW, přičemž se do budoucna uvažuje o novele, která toto zvýší až na 40 kW. Úspora na vlastní spotřebě, spolu s prodejem elektřiny dál do sítě, může u typického rodinného domku, kde je roční odběr cca 6 MWh, činit výrazně přes 50.000 korun, přičemž ekonomická výhodnost takového řešení se pochopitelně s potenciálně zvyšujícími se cenami energií bude nadále zvyšovat.
Fotovoltaické elektrárny samozřejmě nejsou jen ty nejmenší, zmíněné v minulé části. Vzhledem masivním dotacím, o jejíchž negativních efektech se zmíníme na konci, je a hlavně byla výstavba velkých soustav solárních panelů také mimořádně zajímavým investičním počinem. Každý z nás přece zná širá pole „osázená” stovkami a tisíci panelů. Do tohoto byznysu se pustila řada firem, včetně ČEZu, který v rámci společnosti ČEZ obnovitelné zdroje, s.r.o. provozuje naši největší FV elektrárnu v Ralsku. Ta má rozlohu 29 hektarů a do sítě dodává impozantní výkon 55,8 MW a v době svého spuštění byla dvanáctou největší elektrárnou tohoto typu na světě.
Přestože má z našich velkých fotovoltaický elektráren suverénně nejvyšší kapacitu výroby, nejedná se o elektrárnu největší z hlediska plochy, a je tak až čtvrtou nejrozlehlejší. Největší, co do prostoru který zabírá, je FVE Vepřek nedaleko Mělníka s rozlohou 82,5 hektarů, který sestává z 26 bloků obsahujících 186 960 kusů monokrystalických panelů. Kromě deseti největších FV elektráren je většina ostatních realizována na prostoru do 10 hektarů.
Již vláda Vladimíra Špidly v roce 2005 prosadila zákon podporující výstavbu FV elektráren. Principem byla, mimo jiné, garance vysokých výkupních cen vzhledem k tehdejším ještě relativně vysokým pořizovacím nákladům. Od tohoto roku až do 2010 se strmě zvyšoval instalovaný výkon. Z 0,1 MgW roku 2005 až na 1377,5 v roce 2010. V reakci na tento fakt Fischerova vláda již v roce 2009 započala legislativní procese směřující k omezení podpory. K té došlo od 1. ledna 2011 a rok 2010 se tak stal naprosto rekordním, co do kolaudace nových provozů.
Věděli jste, že:
Ekonomická návratnost takovéto investice je obvykle podle spotřeby někde mezi 3 až 10 lety.
Alena Vitásková, bývalá předsedkyně ERÚ (Energetického regulačního úřadu) ještě ve své funkci zpochybnila stovky projektů, které podle ní čerpají neoprávněně vysoké dotace. Konkrétně uvedla, že „Situace kolem obnovitelných zdrojů a výše podpory se zcela vymkla a její náprava je zásadní pro další vývoj hospodářství v ČR.“ V roce 2010 došlo k enormnímu zvýšení počtu žádostí o nové licence a mnohdy se tak stalo, že byly chybně kolaudovány ještě nedokončené elektrárny před 31. 12. 2010, aby vlastníci dosáhli na vysokou státní podporu.
Tyto kauzy hluboce zarezonovaly veřejným prostorem a o tzv. „solárních baronech” (majitelích velkých FV elektráren) se začalo mluvit. Původním smyslem dotací a hlavně garantované ceny výkupu elektřiny byla kompenzace vysokých pořizovacích nákladů FV technologií tak, aby návratnost investice byla do 20 let, nicméně tyto ceny po roce 2008 začaly dramaticky klesat, aniž by to legislativa nějak zohlednila. Říká se dokonce, že podpora tohoto oboru bude daňové poplatníky v sumě stát bilion korun. To vše mělo a patrně ještě mít bude dohru v rámci policejních vyšetřování. V očích části populace díky tomu zůstává fotovoltaický byznys jakousi špinavou hrou velkých hráčů.
Přes zmíněné (spíše již historické) kontroverze zůstává fotovoltaika nadále mimořádně trendy tématem. Prodejci i realizační firmy hlásí rekordní čísla prodejů, neboť situaci nahrály dramatické změny na energetickém trhu. Představa nezávislosti na distributorech je pro mnoho majitelů rodinných domků dnes výrazně motivující. Firmy pak pořizují vlastní zdroje energie z podobných důvodů, někdy i jako včasnou přípravu na možné omezení dodávek plynu. Další motivací jsou potenciální splnění jejich korporátních ekologických standardů, kdy se jim tak daří omezovat emise CO2.
Tempo technologického pokroku nám dává důvod k optimismu. Lze očekávat, že v se v horizontu několika let dočkáme solárních článků s vyšší efektivitou a snížení pořizovací ceny a FV se rozšíří všude tam, kde instalace dává ekonomický a i environmentální smysl.
