alt=Solární fotovoltaický systém na střechách v Hong Kongu|náhled|Solární fotovoltaický systém na střechách v Hongkongu náhled|První tři jednotky koncentrované sluneční energie (CSP) španělské solární elektrárny Solnova v popředí a solární věže PS10 a PS20 v pozadí. náhled|Tato mapa sluneční energie poskytuje přehled o odhadovaném množství sluneční energie, která je k dispozici pro výrobu elektřiny a další energetické využití. Představuje průměrný denní/roční součet výroby elektřiny ze solární fotovoltaické elektrárny připojené k síti o výkonu 1 kW ve špičce za období od roku 1994/1999/2007 (v závislosti na zeměpisné oblasti) do roku 2015. Zdroj: Global Solar Atlas Solární elektřina je elektřina vyrobená přeměnou energie slunečního záření a to buď přímo pomocí fotovoltaiky, nebo nepřímo pomocí koncentrované sluneční energie. Fotovoltaické články přeměňují světlo na elektrický proud pomocí fotovoltaického jevu. Systémy koncentrované solární energie využívají čočky nebo zrcadla a systémy sledování slunečního záření k soustředění velké plochy slunečního světla do horkého bodu, často k pohonu parní turbíny.

Fotovoltaika se zpočátku používala výhradně jako zdroj elektřiny pro malé a střední aplikace, od kalkulačky napájené jedním solárním článkem až po vzdálené domy napájené střešním fotovoltaickým ostrovním systémem. Komerční koncentrované solární elektrárny byly poprvé vyvinuty v 80. letech 20. století. Od té doby, jak klesaly náklady na solární elektřinu, rostla kapacita a výroba solárních fotovoltaických systémů připojených k síti víceméně exponenciálně a zdvojnásobovala se přibližně každé tři roky. Nadále se budují miliony instalací a fotovoltaických elektráren gigawattového rozsahu, přičemž v roce 2021 byla polovina nové výrobní kapacity tvořena solárními elektrárnami.

V roce 2022 vyráběla solární energie 4,5 % světové elektřiny, zatímco v roce 2015, kdy byla podepsána Pařížská dohoda o omezení změny klimatu, to bylo 1 %. Spolu s větrnou energií na pevnině je ve většině zemí nejlevnější vyrovnanou cenou elektřiny pro nové instalace solární energie ve veřejném měřítku.

Téměř polovinu solární energie instalované v roce 2022 tvořily střešní elektrárny. Nízkouhlíková energie byla doporučena jako součást plánu na zmírňování změny klimatu. Mezinárodní energetická agentura v roce 2022 uvedla, že je třeba vyvinout větší úsilí pro integraci do sítě a zmírnění politických, regulačních a finančních problémů.

Potenciál Geografie ovlivňuje potenciál sluneční energie, protože na různých místech dopadá různé množství slunečního záření. Zejména oblasti, které se nacházejí blíže rovníku, mají s určitými odchylkami obecně vyšší množství slunečního záření. Použití fotovoltaických zařízení, která mohou sledovat polohu Slunce, však může výrazně zvýšit potenciál sluneční energie v oblastech, které jsou vzdálenější od rovníku. Časové rozdíly ovlivňují potenciál sluneční energie, protože v noci je na povrchu Země málo slunečního záření, které by mohly solární panely absorbovat. To omezuje množství energie, které mohou solární panely absorbovat za jeden den. Také oblačnost může ovlivnit potenciál solárních panelů, protože mraky blokují dopadající světlo ze Slunce a snižují množství světla dostupného pro solární články.

Kromě toho má na dostupnou solární energii velký vliv dostupnost půdy, protože solární panely lze postavit pouze na půdě, která je jinak nevyužitá a vhodná pro solární panely. Vhodným místem pro umístění solárních článků jsou střechy, lidé tímto způsobem mohou získávat energii přímo ze svých domů. Dalšími oblastmi vhodnými pro solární články jsou pozemky, které nejsou využívány pro podnikání, kde lze zřídit solární elektrárny.

Technologie Solární elektrárny využívají jednu ze dvou technologií:

Fotovoltaické systémy (FV) využívají solární panely na střechách nebo v solárních farmách umístěných na zemi, které přeměňují sluneční světlo přímo na elektrickou energii.

Koncentrovaná sluneční energie využívá zrcadla nebo čočky ke koncentraci slunečního světla na extrémní teplo, z něhož se nakonec vyrobí pára, která se pomocí turbíny přemění na elektřinu. náhled|Schéma domácího fotovoltaického systému připojeného k síti

Fotovoltaické články

Solární článek neboli fotovoltaický článek je zařízení, které přeměňuje světlo na elektrický proud pomocí fotovoltaického jevu. První solární článek sestrojil Charles Fritts v 80. letech 19. století. Mezi těmi, kdo si uvědomili význam tohoto objevu, byl i německý průmyslník Ernst Werner von Siemens. V roce 1931 vyvinul německý inženýr Bruno Lange fotočlánek, který místo oxidu měďnatého používal selenid stříbrný, avšak prototyp selenového článku přeměnil na elektřinu méně než 1 % dopadajícího světla. V návaznosti na práci Russella Ohla ve 40. letech 20. století vytvořili výzkumníci Gerald Pearson, Calvin Fuller a Daryl Chapin v roce 1954 křemíkový solární článek. Tyto první solární články stály 286 USD/watt a dosahovaly účinnosti 4,5–6 %. V roce 1957 vyvinul Mohamed M. Atalla v Bellových laboratořích proces pasivace povrchu křemíku tepelnou oxidací. Proces pasivace povrchu je od té doby pro účinnost solárních článků rozhodující.

Krystalický křemík Od roku 2022 tvoří více než 90 % trhu krystalický křemík. pole fotovoltaického systému neboli FV systém vyrábí stejnosměrný proud, který kolísá podle intenzity slunečního záření. Pro praktické využití je obvykle nutná konverze na střídavý proud, a to pomocí střídačů. V praxi je propojeno uvnitř panelů propojeno více solárních článků. Panely jsou propojeny do polí a poté připojeny ke střídači, který vyrábí energii o požadovaném napětí a v případě střídavého proudu o požadované frekvenci/fázi.

Mnoho rezidenčních fotovoltaických systémů je připojeno k síti, kdekoli je to možné, zejména ve vyspělých zemích s velkými trhy. U těchto fotovoltaických systémů připojených k síti je použití akumulace energie volitelné. V některých aplikacích, jako jsou satelity, majáky nebo sídla v rozvojových zemích, se často přidávají baterie nebo další generátory energie jako záloha. Takové autonomní energetické systémy umožňují provoz v noci a v jiných obdobích s omezeným slunečním svitem.

Tenkovrstvé články Tenkovrstvý solární článek je solární článek druhé generace, který se vyrábí nanesením jedné nebo více tenkých vrstev nebo tenkého filmu fotovoltaického materiálu na substrát, jako je sklo, plast nebo kov. Tenkovrstvé solární články se komerčně používají v několika technologiích, včetně teluridu kadmia (CdTe), diselenidu mědi a galia (CIGS) a amorfního tenkovrstvého křemíku (a-Si, TF-Si).

Perovskit Perovskitový solární článek je typ solárního článku, který obsahuje jako aktivní vrstvu sbírající světlo perovskitovou strukturu, nejčastěji hybridní organo-anorganický materiál na bázi halogenidů olova nebo cínu. Perovskitové materiály, jako jsou methylamoniové halogenidy olova a allorganické halogenidy cesia, jsou levné na výrobu a jednoduché na zpracování.

Účinnosti solárních článků v laboratorním měřítku využívajících tyto materiály se zvýšily z 3,8 % v roce 2009 na 25,7 % v roce 2021 u jednopřechodových architektur a u tandemových článků na bázi křemíku na 29,8 %, což překračuje maximální účinnost dosaženou u jednopřechodových křemíkových solárních článků. Perovskitové solární články jsou tak od roku 2016 nejrychleji se rozvíjející solární technologií díky potenciálu dosažení ještě vyšších účinností a velmi nízkým výrobním nákladům se perovskitové solární články staly komerčně atraktivními. Mezi hlavní problémy a předměty výzkumu patří jejich krátkodobá a dlouhodobá stabilita. náhled|Parabolický kolektor soustřeďuje sluneční světlo do trubky v ohnisku.

Koncentrovaná solární energie

Koncentrovaná solární energie (CSP), nazývaná také „koncentrovaná solární tepelná energie“, využívá čočky nebo zrcadla a sledovací systémy ke koncentraci slunečního světla a následně využívá vzniklé teplo k výrobě elektřiny z konvenčních parních turbín.

Existuje celá řada koncentračních technologií, mezi nejznámější patří parabolické koryto, kompaktní lineární Fresnelův reflektor, Stirlingova miska a solární věž. Ke sledování Slunce a soustředění světla se používají různé techniky. Ve všech těchto systémech je pracovní kapalina ohřívána koncentrovaným slunečním světlem a následně je využívána k výrobě elektřiny nebo k jejímu skladování. Možnost efektivního skladování tepelné energie umožňuje výrobu elektřiny přes noc, a doplňuje tak fotovoltaiku. Koncentrovaná solární energie vyrábí velmi malý podíl solární energie a v roce 2022 IEA uvedla, že by měla být lépe placena za její skladování.

Od roku 2021 jsou vyrovnané náklady na elektřinu z CSP více než dvakrát vyšší než náklady na fotovoltaiku. Jejich velmi vysoké teploty se mohou ukázat jako užitečné pro pomoc při dekarbonizaci průmyslových odvětví (prostřednictvím vodíku), která potřebují vyšší teplotu, než může poskytnout elektřina.

Hybridní systémy Hybridní systém kombinuje solární energii s ukládáním energie a/nebo s jednou či více dalšími formami výroby energie. Se solární energií se běžně kombinují vodní, větrné a bateriové zdroje. Kombinovaná výroba může umožnit, aby systém měnil výkon podle poptávky, nebo alespoň vyrovnával kolísání solárního výkonu. Na světě je velké množství vodních elektráren a přidání solárních panelů na stávající vodní plochy nebo do jejich okolí je obzvláště užitečné, protože vodní elektrárny jsou obvykle flexibilnější než větrné a v měřítku levnější než baterie a někdy lze využít stávající elektrické vedení. náhled|Vývoj podílu solární energie podle regionů

Vývoj a nasazení náhled|Podíl solární elektřiny na celkové výrobě podle zemí.

Počátky Raný vývoj solárních technologií lze zaznamenat již v 60. letech 19. století, kdy byl veden očekáváním, že uhlí se brzy stane nedostatkovým. Příkladem jsou pokusy Augustina Mouchota. Charles Fritts instaloval v roce 1884 na střeše New Yorku první střešní fotovoltaickou solární soustavu na světě s použitím selenových článků s účinností 1 %. Na počátku 20. století však vývoj solárních technologií stagnoval tváří v tvář rostoucí dostupnosti, hospodárnosti a užitečnosti uhlí a ropy. První družice se solárními panely byla vypuštěna v roce 1957.

V 70. letech 20. století se sluneční energie používala na družicích, ale náklady na solární energii byly považovány za nereálné pro běžné aplikace. V roce 1974 se odhadovalo, že pouze šest soukromých domů v celé Severní Americe je zcela vytápěno nebo chlazeno funkčními solárními systémy. Ropné embargo v roce 1973 a energetická krize v roce 1979 však způsobily reorganizaci energetické politiky na celém světě a přinesly obnovení pozornosti k rozvoji solárních technologií.

Strategie zavádění se zaměřily na pobídkové programy, jako byl Federální program využití fotovoltaiky v USA a program Sunshine v Japonsku. Další snahy zahrnovaly vznik výzkumných zařízení ve Spojených státech (SERI, nyní NREL), Japonsku (NEDO) a Německu (Fraunhofer ISE). V letech 1970–1983 rychle rostl počet instalací fotovoltaických systémů. Ve Spojených státech stanovil prezident Jimmy Carter cíl vyrábět do roku 2000 20 % energie v USA ze slunečního záření, ale jeho nástupce Ronald Reagan zrušil financování výzkumu obnovitelných zdrojů energie. Klesající ceny ropy na počátku 80. let 20. století zmírnily růst fotovoltaiky v letech 1984 až 1996.

Polovina 90. let až rok 2010