Co ovlivňuje výnos fotovoltaické elektrárny?

Extrémní hodnoty slunečního záření nemusí nutně znamenat extrémní výnos fotovoltaické elektrárny.

Nejlepšími regiony pro provoz fotovoltaických elektráren jsou vnitrozemské oblasti s vysokou intenzitou slunečního záření a současně s nízkou teplotou. Potvrzují to výsledky vědeckovýzkumné práce vědců z ČZU.

Na obr. 1 horní mapka znázorňuje energii dopadajícího slunečního záření a dolní mapka znázorňuje elektrickou energii vyrobenou ve fotovoltaických panelech. Je vidět, že tropické oblasti s vysokou intenzitou slunečního záření (zejména v Africe) vykazují sice vysoký ale nikoliv nejvyšší výnos fotovoltaických elektráren. Nejvyšších výnosů bývá dosaženo v mnohem severnějších a chladnějších oblastech Tibetu a Mongolska, výbornou lokalitou jsou také náhorní plošiny v Chille. Rovněž je vidět, že i na pobřeží Antarktidy může být dosaženo podobných výnosů jako na Sahaře.

Důvody najdeme právě ve fyzikální teorii polovodičů. Volt-ampérová charakteristika  osvětleného polovodičového fotovoltaického článku totiž závisí na teplotě, jak je vidět na obr. 2. Při vyšší teplotě fotovoltaického článku je nižší napětí naprázdno, protože dochází k posunu Fermiho hladiny energie směrem ke středu zakázaného pásu energetických hladin v polovodiči. Snižuje se tak potenciálový rozdíl mezi těmito hladinami na straně P a N fotovoltaického článku, který je úměrný fotovoltaickému napětí. Současně při vyšší teplotě je vyšší proud nakrátko, protože se zmenšuje šířka zakázaného pásu energetických hladin a tak se zvyšuje generace párů elektron-díra. Maximální výkon, který může fotovoltaický článek dodat do elektrického obvodu je dán pracovním bodem na volt-ampérové charakteristice, při kterém má maximální plochu odbélník daný tímto bodem a osami. Tato plocha je úměrná dodávanému výkonu. Jak je patrné z obr. 2, při konstantní intenzitě záření je tato plocha menší při vyšší teplotě fotovoltaického článku. 

prof. Ing. Martin Libra, CSc.
doc. Ing. Vladislav Poulek, CSc.

Libra, M., Poulek, V., Kouřím, P.,  Temperature changes of I-V characteristics of photovoltaic cells as a consequence of the Fermi energy level shift. Research in Agricultural Engineering, 2017, 63, 1, pp. 10-15, ISSN 1212-9151