Fotovoltický článok

Čo je fotovoltický článok

Fotovoltický článok (hovorí sa aj fotovoltaický alebo solárny článok) je najmenšia časť solárneho panela, ktorá vyrába elektrinu. Je to tenká doštička z polovodiča. Polovodič je materiál, ktorý vedie elektrický prúd len za určitých podmienok, napríklad keď naň dopadne svetlo.

Najčastejším materiálom je kremík. Podľa príručky Slovenskej inovačnej a energetickej agentúry (SIEA) Ako vybrať fotovoltický systém tvorí kremík asi štvrtinu zemskej kôry a pre fotovoltiku sa čistí až na úroveň 99,999 %.

Pri pohľade na panel sú články tie tmavé štvorčeky alebo obdĺžniky, ktoré pretínajú tenké strieborné prúžky. Tie prúžky sú vodiče, ktoré z článku odvádzajú prúd.

Či sa správne píše fotovoltický alebo fotovoltaický, vysvetľujeme v článku fotovoltika alebo fotovoltaika. V texte používame tvar „fotovoltický“, oba sa však bežne používajú.

Ako fotovoltický článok mení svetlo na elektrinu

Svetlo si môžete predstaviť ako prúd drobných čiastočiek energie, ktoré sa volajú fotóny. Keď fotón dopadne na polovodič v článku, odovzdá svoju energiu elektrónu a uvoľní ho. Tomu sa hovorí fotovoltický jav.

Článok je vyrobený tak, že má dve rozdielne upravené vrstvy. Na ich rozhraní vzniká vnútorné elektrické pole, ktoré uvoľnené elektróny posúva jedným smerom. Na článku tak vzniká napätie. Keď k nemu pripojíte obvod, potečie ním jednosmerný prúd. Takto mechanizmus opisuje aj americké ministerstvo energetiky (DOE).

Podstatné veci pre prax:

• Článok potrebuje svetlo, nie teplo. Podľa SIEA vyrába aj za zamračeného dňa, ale výrazne menej. Teplo mu naopak škodí: keď sa článok zohreje, jeho účinnosť klesá.
• Článok nemá pohyblivé časti. Nič sa v ňom neotáča ani nespotrebúva, preto panely vydržia dlho.
• Vyrába jednosmerný prúd (DC). Dom aj sieť používajú striedavý prúd (AC). Premenu robí menič, nazývaný aj striedač.

Samotný jav objavil podľa SIEA v roku 1839 fyzik Edmond Becquerel.

Ako potom elektrina putuje z panelov cez menič do domu, batérie a siete, vysvetľujeme v článku ako funguje fotovoltika.

Článok, panel, reťazec a pole: aký je rozdiel

Samotný článok má podľa SIEA veľmi malé využitie, pretože jeho napätie a výkon nestačia pre väčšinu spotrebičov. Preto sa články skladajú do väčších celkov. Postupnosť vyzerá takto:

Fotovoltický článok

Základná jednotka, ktorá mení svetlo na prúd.

Fotovoltický panel (modul)

Pospájané články zaliate medzi krycie sklo a zadný kryt, v hliníkovom ráme. Na prednej strane býva antireflexná vrstva, ktorá znižuje odrážanie svetla. Panel články spája a chráni pred počasím.

Reťazec (string)

Niekoľko panelov zapojených za sebou, teda sériovo. Ich napätia sa sčítajú. Reťazec sa pripája na jeden vstup meniča.

Pole (array)

Všetky panely na streche alebo na zemi spolu, často rozdelené do viacerých reťazcov.

Fotovoltický systém

Pole plus montážna konštrukcia, menič, kabeláž, ochrany a pripojenie. Prípadne aj batéria.

Reťazce navrhuje projektant podľa limitov meniča. Menič má jeden alebo viac vstupov MPPT (sledovač bodu maximálneho výkonu), ktorý neustále hľadá, pri akom napätí panely dajú najviac. Každý vstup má limity napätia a prúdu. Napríklad hybridné meniče Solinteg MHT-10K-25 a GoodWe GW10KN-ET majú po dva vstupy MPPT a ich technické listy uvádzajú najviac 15 A, resp. 16 A na vstup. Napätie panelov navyše v mraze stúpa, preto sa reťazce počítajú aj na najnižšie teploty.

Zapojenie reťazcov je v článku zapojenie fotovoltiky. Výber meniča rozoberáme v článku meniče pre fotovoltiku.

Druhy fotovoltických článkov: monokryštalické, polykryštalické, tenkovrstvové

SIEA rozdeľuje panely na trhu do troch základných druhov podľa toho, ako sa vyrábajú ich články:

• Monokryštalické. Vyrábajú sa ťahaním z jedného kusu (kryštálu) kremíka. Podľa SIEA sú najúčinnejšie a lepšie znášajú vysoké teploty a slabé svetlo. Na rodinných domoch sú najrozšírenejšie.
• Polykryštalické. Odlievajú sa z väčšieho počtu menších kryštálov kremíka. Sú menej účinné, ale ich výroba je jednoduchšia a vzniká pri nej menej odpadu. Stretnete ich skôr pri menších paneloch, napríklad v súpravách na chatu; panel Victron 175 W, ktorý sme videli v jednej takej súprave, je polykryštalický.
• Tenkovrstvové. Mikroskopická vrstva polovodiča sa nanáša na podklad. Podľa DOE môže byť podkladom sklo, plast alebo kov. Majú najnižšiu účinnosť a SIEA ich spomína najmä ako architektonické prvky na fasádach.

Tieto čísla sú z roku 2023 a technológia sa odvtedy posunula. Novšie technické listy monokryštalických panelov uvádzajú aj viac. Napríklad panel LONGi LR7-60HVH-535M má podľa výrobcu účinnosť 23,7 %.

Half-cut, TOPCon, HJT, BC a ďalšie skratky v názvoch panelov

Panely na domy majú dnes väčšinou monokryštalické kremíkové články. Výrobcovia ich však stavajú rôzne a odlišujú sa skratkami. Tu je, čo znamenajú tie najčastejšie:

• Half-cut / half-cell (polovičné články). Článok je rozrezaný na polovice. Podľa SIEA táto technológia priniesla vyššiu účinnosť, lepšie správanie v teple a menší vplyv tienenia.
• N-type / P-type. Označujú, ako je upravený kremík, z ktorého je článok vyrobený. Napríklad v jednej slovenskej ponuke na ohrev vody boli panely Canadian Solar 450 W označené ako N-type.
• PERC, TOPCon, HJT. Názvy rôznych spôsobov stavby kremíkového článku, najmä jeho vrstiev a kontaktov.
• BC (back contact), napríklad HPBC. Vodivé kontakty sú umiestnené na zadnej strane článku. Takéto články má napríklad spomínaný panel LONGi.
• Bifaciálne (obojstranné). Panel prijíma svetlo aj zozadu. Podľa IEA PVPS závisí prínos zadnej strany od odrazivosti povrchu pod panelom, výšky, rozostupov a rovnomernosti svetla. Na paneloch tesne nad šikmou strechou preto nemožno počítať s pevným percentom navyše.

Netvrdíme, že niektorá z týchto technológií je pre dom vždy lepšia. Nemáme nezávislé porovnanie, ktoré by to pre slovenské strechy ukázalo. Skratka v názve sama osebe nič nezaručuje. Rozhodujú čísla v technickom liste konkrétneho modelu.

Podrobnejšie porovnanie druhov panelov nájdete v článku druhy solárnych panelov.

Účinnosť článku, panela a skutočná výroba

Účinnosť hovorí, akú časť dopadajúceho svetla článok alebo panel premení na elektrinu. Pozor, tri rôzne čísla sa ľahko zamieňajú:

1. Účinnosť článku. Platí pre samotný článok, často v laboratóriu. Reklamy ju niekedy uvádzajú, ale na streche máte panel, nie holý článok. Rekordy laboratórnych článkov nie sú výkon panela na dome.
2. Účinnosť panela. Uvádza ju technický list a zahŕňa celý panel vrátane medzier medzi článkami a rámu. Účinnosť článku a panela sa líšia, preto ich neporovnávajte medzi sebou.
3. Skutočná výroba systému. Závisí od počasia, orientácie, sklonu, tienenia, teploty, meniča a strát v kabeloch.

Výkon a účinnosť panela sa merajú pri štandardných skúšobných podmienkach (STC): žiarenie 1 000 W/m² a teplota článku 25 °C. Príklad: panel LONGi LR7-60HVH-535M má rozmery 1 990 × 1 134 mm, teda asi 2,26 m². Pri STC naň dopadá približne 2 257 W svetla a výrobca uvádza výkon 535 Wp, čo je 23,7 %. Väčší model tej istej rady (560 Wp) má podľa stránky výrobcu 24,8 % (overené 22. 10. 2026).

Na streche sú podmienky takmer vždy iné:

• Teplo. Teplotný koeficient výkonu hovorí, o koľko výkon klesá s každým stupňom nad 25 °C. Pri spomínanom paneli je to −0,26 %/°C. Ak má článok 45 °C, je to asi o 5,2 % menej ako pri STC.
• Oblačnosť. Podľa SIEA vyrobí panel za zatiahnutej oblohy len 5 až 10 % maximálnej produkcie.
• Starnutie. SIEA uvádza, že účinnosť panelov po 20 rokoch klesne približne na 80–85 % pôvodného výkonu. Predpokladaná životnosť samotného panela je podľa nej viac ako 30 rokov. Viac v článku životnosť solárnych panelov.

Ako čítať účinnosť v technickom liste, rozoberáme v článku účinnosť solárnych panelov.

Čo znamená typ článku pri výbere panelov na dom

Pre bežnú strechu rodinného domu je otázka „aký článok?“ menej dôležitá, než sa zdá z reklám. Podľa SIEA sa v domácnostiach používajú najmä kryštalické panely a najrozšírenejšie sú monokryštalické. Rozdiely medzi nimi zistíte z technického listu, nie z názvu technológie.

Pri porovnávaní panelov sledujte:

• Účinnosť panela, ak máte malú alebo členitú strechu. Vyššia účinnosť znamená viac kWp na rovnakej ploche. Ak máte miesta dosť, rozhoduje skôr cena celého systému za kWp.
• Teplotný koeficient, ktorý ukazuje, koľko panel stráca v lete. Čím bližšie k nule, tým lepšie.
• Tienenie strechy. Polovičné články podľa SIEA znižujú vplyv tienenia, ale tieň vždy znižuje výrobu. Pri zatienenej streche je podstatnejší celý návrh zapojenia.
• Záruky na produkt a na výkon a kto ich na Slovensku vybavuje.
• Súlad s meničom. Napätie a prúd panelov musia sedieť na vstupy meniča. Pri obojstranných paneloch aj s prúdom zo zadnej strany.

Kde sa typ článku naozaj prejaví:

• Fasády a stavebné prvky. Tu sa používajú aj tenkovrstvové riešenia, s výrazne nižšou účinnosťou.
• Malé ostrovné súpravy. Tu nájdete aj polykryštalické panely s nízkym napätím, napríklad 12 V. Viac v článku ostrovná fotovoltika.

Na čo sa nespoliehať: typ článku sám osebe nerozhoduje o tom, či sa vám fotovoltika vráti. Rozhoduje vaša spotreba, koľko vyrobenej elektriny sami využijete, cena celého systému a strecha. Náklady na celý systém nájdete v článku cena fotovoltiky.

Skryté praskliny článkov sa dajú odhaliť elektroluminiscenčným snímkom. Je to snímka, na ktorej poškodené časti článku vyzerajú tmavšie. Takúto skúšku robilo laboratórium aj v spotrebiteľskom teste panelov zverejnenom na Slovensku v roku 2022.

Ako čítať celý technický list panela a porovnať panely v cenovej ponuke, nájdete v článku solárne panely.

Časté otázky o fotovoltických článkoch