Navigace
Zpět na: Home / Časopis

Fotovoltaika v Japonsku a nová energetická strategie pro 21 století.

   V současných diskusích se stále více naráží na problém 3E Trilema. Toto umělé slovo značí, že k hospodářskému rozvoji (E:ekonomie) na bázi současného kapitalismu je zapotřebí vysoká spotřeba energie (E:energie). přitom ale dochází ke svět zamořujícím emisím, které vedou k ekologickým problémům (E: Environment). Na druhé straně je hospodářský rozvoj bržděn, když se politika soustřeďuje na omezování emisí.
   Z analýzy světových trendů spotřeby energie vyplývá, že potřeba na hlavu je přímo proporční k příjmu na hlavu nebo k hrubému domácímu produktu. V současné době dosáhlo lidstvo 6.1 miliardy osob, a z toho je jasné, že nárůst spotřeby energie je mnohonásobně vyšší než růst počtu obyvatel. K tomu přistupuje faktor podpory modernizace. Nárůst spotřeby energie se zdá být nevyhnutelný i když jsou vyvíjeny technologie úspor energie. Úspory v technologicky rozvinutých zemích jsou eliminovány nárůstem spotřeby v zemích, které se prudce rozvíjejí jako v Číně a Indii.
   S ohledem na kontinuální vzrůst masové spotřeby omezených zdrojů fosilních paliv a s přibývajícími problémy na druhé straně se japonská agentura pro průmyslovou vědu a technologii rozhodla založit nový program pro čisté energie, pozůstávající ze tří částí: a) výzkum nových obnovitelných energií, b) nejlepší využití stávajících fosilních zdrojů, c) mezinárodní spolupráce v sektoru energie WENET, který se zabývá výrobou vodíku z fotovoltaiky a rozvodu této energie.Klíčové faktory průmyslové fotovoltaiky

   Přímá přeměna slunečního záření na elektrický proud pomocí fotovoltaiky má několik předností, využívá nevyčerpatelný a všude přítomný zdroj, který poskytuje o pět řádů vyšší potenciál než činí současná spotřeba a odnímáním tepla v hustých aglomeracích snižuje termické znečištění a zlepšuje obyvatelnost.
   Po roce 1993, kdy byl spuštěn podpůrný program došlo k rychlému nárůstu výroby solárních modulů v Japonsku. Na počátku byla velikou nevýhodou vysoká cena, která činila v roce 1974 30 USD/Wp za posledních 15 let výzkumu a vstupu do masové produkce klesla cena téměř o řád a dosáhla dnešní hodnoty těsně pod 4 USD/Wp.
   FV roce 1994 byla v Japonsku odstartována nová iniciativa pod názvem "Zásady podpory a vývoje nových energií" a s ní byla spojena administrativní opatření jako snížení příslušných daní a státní subvence. Strategiemi se nezabývají jenom oblastní úřady a ministerstva, ale současně i lokální úrovně a soukromé podniky. Etabloval se projekt instalace fotovoltaických modulů o celkovém výkonu 400 MWp do konce roku 2000 a 5 GWp do konce roku 2010. Podpora pozůstává ze snížení daní pro investice v obnovitelných zdrojích, státní podpoře 50% pro fotovoltaické systémy a z 33% podpory pro stavbu solárních domů. Počet domů v fotovoltaikou se ročně zdvojnásobuje a následkem této praxe je snížení ceny 3 kW solárních systémů pro soukromé domy a očekává se další snížení s masovou produkcí.

Zlepšení účinnosti solárních článků

   Zlepšování účinnosti fotovoltaických článků je v přímé souvislosti s jejich cenou. Tak bylo dosaženo například snížení odrazivosti antireflexní vrstvou a specielní technologií opracování povrchu a byly použity vícevrstvé přechody z materiálů se širokým energetickým pásem, které umožňují účinné pohlcení světelné energie. Na základě těchto technologií bylo dosaženo při hromadné výrobě z monokrystalického křemíku účinnosti 17-18 %; polykrystalický křemík a články z litého křemíku dnes dosahují hodnot 14-16 %. V oblasti amorfního křemíku bylo dosaženo nejvyššího pokroku u amorfního karbidu křemíku (a-SiC) protože u tohoto materiálu je možno řídit velikost energetického pásu nejenom n-p dotováním, ale i obsahem uhlíku. Výrazného zlepšení bylo dosaženo u vícevrstvých článků a -SiC/a -Si. Tady se otevřela cesta pro další amorfní materiály jako křemík - germanium (a -SiGe), mikrokrystalický křemík (µc- Si), a - SiN apod. Účinnosti článků se zlepšují den ze dne. U hromadně vyráběného a -Si je účinnost pouze 8-9 % ale u laboratorně získaných vzorků vícevrstvých článků a -SiC/a -Si 13.4 % , u a -Si/a -SiGe vrstvených článků 14.3 %, u a -Si/Si- polykrystalického 2 terminálně vrstveného článku 15.04 % a 4 terminálně vrstveného a -Si/Si- polykrystalického 21.0%.
   V současné době se řeší největší slabina amorfního křemíkového materiálu - variace výkonu s intenzitou světla. Se zvětšující se šíří i -vrstvy roste i tato závislost. To souvisí v objemovou rekombinací světlem tvořených nosičů, a proto byly pro řešení tohoto problému navrženy tzv. tandemové články. Podle Takakury jsou nejvýhodnější dvojvrstvé tandemové sluneční články - nejlepší kombinace vrstvených materiálů s amorfním křemíkem by s ohledem na dostupnost a cenu byla vrstva z polykřemíku, touto konstrukcí bylo dosaženo účinnosti 15.04 %, napětí naprázdo 1.478 V a další pozitivní parametry. Kombinací polykrystalického křemíku s amorfní vrstvou byl zkonstruován tzv. Honeymoon článek, který brzy vzbudil zájem. V rámci této technologie byly dále vyvinuty články typu a- nebo µc Si(SiC)/ poly Si články s heteropřechodem, přičemž významné přínosy jsou zejména:
1) velmi jednoduchá výroba
2) nízké náklady
3) lehce dosažitelná účinnost 17 %
Na podobném principu dosáhla firma Sanyo účinnosti 21% (tzv. HIT struktura). Výroba polykrystalických tenkých vrstev s heteropřechodem se zdá do budoucna být nejúspěšnější technologií tohoto odvětví.

Nové úkoly v přínosech k životnímu prostředí

   Fotovoltaika je nejčistší metodou výroby elektrické energie. Fotovoltaická přeměna se proto může stát obecnou formou výroby elektrické energie s největším rozšířením na trh. Fotovoltaické zdroje jsou úspěšně aplikovatelné při likvidaci škod na životním prostředí a proti postupu pouští byl v Japonsko - Mongolské kooperaci zřízen projekt Gobi. Éra fotovoltaiky bude dosažena dříve než se očekávalo, zcela srovnatelně jako v případě levného uhlí a ropy, které se masově rozšířily mezi lety 1950 a 1975. Stejné podmínky mohou v brzku nastat pro fotovoltaické systémy.

© eurosolar.cz 2017