Fotovoltaika – nejlepší dostupná technologie

Určit, která z celé řady technologií fotovoltaiky je nejlepší, je poměrně obtížné. Snad pro každou lze nalézt kriterium, v němž bude nejlepší.

Nejlepší poměr účinnost/cena mají panely z multikrystalického křemíku, to je jedním z důvodů, proč jsou v současnosti na trhu nejrozšířenější, nejlepší panely dosahují účinnosti přes 14 %, běžné opět zhruba o dvě procenta méně, je nutno rozlišovat účinnost panelů a účinnost článků, která je vždy vyšší (až 17 %)

Nejlevnější jsou tenkovrstvé fotovoltaické panely, jejichž výrobní náklady se v současnosti dostaly pod magickou hranici 1 USD/Wp, jejich účinnost je však obvykle pod 10 %

Nejpomalejší degradace je u panelů vyrobených z monokrystalických článků, výrobci garantují pokles výkonu o 0,8 % ročně, v praxi je pokles asi poloviční, účinnost některých tenkovrstvých technologií rychle klesá v prvním roce životnosti, tzv. stabilizovaná účinnost (zhruba po roce provozu) klesá obdobně jako u krystalických panelů

Nejdelší životnost dosud nemohla být určena, nejstarší větší systémy jsou pouze 25 let staré, očekává se, že životnost bude přes 40 let, u oboustranně zasklených panelů ještě delší, ukázalo se, že zrychlené zkoušky neodpovídají realitě, proto si na konečné výsledky budeme muset několik desítek let počkat

Nejnižší teplotní koeficient výkonu vykazují panely z amorfního křemíku (-0,3 %/K), proto jsou vhodné pro přímé zabudování do stavebních konstrukcí (BIPV), krystalický křemík má teplotní koeficient výkonu kolem -0,5 %/K

Nejlepší energetická návratnost je u tenkovrstvých panelů, u nichž se v současnosti v podmínkách České republiky pohybuje kolem 2 let nebo méně, větší náročnost tenkovrstvých panelů na nosné konstrukce a další prvky způsobuje, že ve výsledku je rozdíl mezi tenkovrstvými a krystalickými panely malý

Nejlepší poměr vložené a získané energie (ERoEI) odpovídá poměru životnosti a energetické návratnosti, při garantované životnosti 25 let je ERoEI = 8 (pro celý systém), při očekávané životnosti monokrystalických panelů však může být 15 i více a vytrvale se zlepšuje

Nejestetičtější – toto kriterium je na rozdíl od ostatních neměřitelné, v této kategorii soutěží různě barevné panely, které mohou být v případě polymerových článků navíc vysoce průhledné

Nejúčinnější komerčně dostupné panely jsou z monokrystalického křemíku, účinnost nejlepších se blíží 20 %, jsou však asi o 30 % dražší než konkurence, která se s účinností pohybuje o dva až tři procentní body níže, z diskuse o účinnosti musíme vynechat koncentrátorové systémy, protože jejich výrobci je výslovně pro podmínky České republiky nedoporučují

Rekordní články a komerčně dostupné panely

Nejlepší experimentální články vyrobené speciálními technologiemi v laboratořích mohou dosahovat účinnosti až o 50 % vyšší než články vyráběné cenově dostupnými postupy v průmyslové výrobě. Přehled dosavadního vývoje účinnosti rekordních experimentálních článků je uveden v následujícím grafu.

Účinnost špičkových experimentálních článků – historie a cíle výzkumu pro rok 2015
Obrázek: Účinnost špičkových experimentálních článků – historie a cíle výzkumu pro rok 2015

Účinnost komerčně dostupných panelů je vždy nižší než účinnost rekordních článků. Rozdíl je způsoben několika důvody. Především je nutno články pro praktické použití hermeticky zapouzdřit, čímž se účinnost sníží asi o desetinu. Další snížení je způsobeno skutečností, že některé laboratorní technické postupy vůbec nelze v hromadné výrobě článků použít. Některé jiné technologické kroky je nutno v praxi zjednodušit nebo urychlit. Obecně se komerční výroba spíše zaměřuje na minimalizaci nákladů, přesněji na optimalizaci poměru náklady/účinnost.

Z níže uvedené tabulky je vidět, že účinnost nejlepších dostupných panelů je o 20 až 40 % nižší než účinnost rekordních článků v dané kategorii. V tabulce jsou uvedeny technologie dostupné na světových trzích pro použití v klimatických oblastech blízkých podmínkám České republiky. Nejsou zde proto uvedeny koncentrátorové systémy, jež neumí využívat v našich podmínkách převažující difúzní záření.

Porovnání účinnosti rekordních článků s nejúčinnějšími panely na trhu
Tabulka: Porovnání účinnosti rekordních článků s nejúčinnějšími panely na trhu

Jaká je tedy nejlepší dostupná technologie?

Tato otázka je obvykle řešena v rámci analýzy životního cyklu. Fotovoltaika je však velmi inovativní obor, v němž dosud chybí znalost o skutečné životnosti jednotlivých typů panelů. Většina technologií je na trhu méně než 20 let, mnohé i méně než 10 let. Životnost panelů je obvykle garantována na 25 let, v praxi je však očekávána vyšší, může být i více než dvojnásobná. Na druhou stranu se může ukázat, že některé technologie degradují rychleji než jiné

Pro označení nejlepší dostupné technologie se používá anglická zkratka BAT (Best Available Technique). Evropská komise (přesněji European Protection Agency) v zájmu ochrany životního prostředí, snižování energetické náročnosti a emisí CO2 vyhledává nejlepší dostupné technologie v materiálově a energeticky náročných odvětvích. Aktuální přehled vyhodnocených BAT je na stránkách European Commission Joint Research Centre, Institute of Prospective Technological Studies (http://eippcb.jrc.es/reference/), který přehled BAT zpracovává do BREF (BAT REFerence documment) a průběžně aktualizuje.

V oboru energetiky jsou k dispozici pouze dva BREF:

  1. Energy Efficiency (http://eippcb.jrc.es/reference/ene.html), který se věnuje straně spotřeby a
  2. Large Combustion Plants (http://eippcb.jrc.es/reference/lcp.html), který, jak z názvu vyplývá, se zabývá pouze velkými spalovacími zdroji

Pro žádné jiné zdroje energie nejsou prozatím BAT na evropské úrovni vyhodnoceny. Výzkum se z pochopitelných důvodů nejdříve zaměřuje na největší znečišťovatele s největšími dopady – velké elektrárny a výtopny spalující fosilní paliva.

Vydáno: 27. 3. 2010

Ing. Bronislav Bechník, Ph.D.
Czech RE Agency, o. p. s. propaguje úspory, obnovitelné zdroje energie a trvalou udržitelnost

vytisknout nahoru

České fotovoltaické průmyslové asociace

EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION