K tomu, aby solární panely podávaly optimální výkon, musí být jejich povrch co nejčistší. Je však více než jasné, že prostředí, v němž jsou panely umístěny, obvykle způsobí, že se jejich povrch dříve či později pokryje prachem, pyly a dalšími drobnými nečistotami. Pokud se jedná jen o jednotky panelů, je čištění snadné, stačí trochu vody, čisticí prostředek a mop, a za malou chvíli je hotovo. Jde-li však o elektrárnu čítající desítky či stovky panelů, je již věc podstatně složitější. V takovém případě lze použít vodní vysokotlaké čištění, což však již může být poměrně náročné na vodní zdroj. Američtí vědci nyní přišli s čisticí metodou, která vodu vůbec nevyžaduje, panely totiž čistí statická elektřina. Tento způsob by podle expertů měl být velmi efektivní a především ekologičtější.

Obvykle se údržba povrchu solárních panelů provádí vodou, přičemž mytí musí být velmi šetrné, aby nedošlo k poškrábání povrchů, které by mohlo mít negativní vliv na jejich výkon. Toto čištění je nezbytné pro zajištění maximálního příjmu slunečních paprsků články, proto by se mělo provádět pravidelně, alespoň dvakrát ročně – samozřejmě i s ohledem na míru děšťových či sněhových srážek, které mohou s čištěním do jisté míry pomoci. Používání vody ve velkém množství k provádění této údržby však představuje problém, zejména v pouštních či polopouštních oblastech. Tam se také nacházejí v současnosti největší fotovoltaické elektrárny – v Indii, Číně, Spojených arabských emirátech či USA – a právě tam se do budoucna počítá s jejich největší expanzí. Platí to ale v podstatě zcela obecně, protože spotřeba vody při čištění je v každém případě značná. Vědci odhadují, že množství vody , které se na celém světě ročně spotřebuje k čištění fotovoltaiky, by jako pitná voda vystačilo na rok dvěma milionům lidí.

Velké ztráty

Čištění panelů bez vody a současně i bez poškození jejich povrchu poškrábáním je tedy již delší čas poměrně naléhavým úkolem. V nedávné době se však tohoto úkolu chopil tým amerických vědců z Massachusetts Institute of Technology (MIT) a podařilo se jim vyvinout metodu, která se jeví být slibnou. Vědci nejprve zkoumali, jakým způsobem znečištění snižuje účinnost panelů. Zjistili, že nahromadění pěti miligramů prachu na centimetr čtvereční způsobuje padesátiprocentní ztrátu produkce panelů, takže jejich kvalitní očista je opravdu potřeba. Dokonce i pouhé jednoprocentní snížení výkonu 150megawattové solární elektrárny by mohlo mít za následek roční ztrátu až 200 000 amerických dolarů. Celosvětově by pak snížení výkonu solárních elektráren o tři až čtyři procenta znamenalo ztrátu mezi 3,3 a 5,5 miliardy amerických dolarů.

Vědci z MIT šli na věc přes elektrostatickou elektřinu. Pokusy vyvinout způsoby řešení na bázi elektrostatického nábojeV minulosti se objevily . Jejich podstatou byla vrstva nazývaná elektrodynamické síto. To však může propouštět vlhkost a způsobit tak selhání systému. V prostředí, jaké panuje například na Marsu, může toto řešení posloužit dobře, ale na Zemi, dokonce i na poušti, se mohou vyskytnout vážné problémy.Tým MIT využívá elektrostatiky poněkud jinak než jeho předchůdci. Čisticí systém tvoří elektroda, kterou může být zcela jednoduchá kovová tyč, která se posouvá přes panel a vytváří elektrické pole, které prachovým částicím dodává elektrický náboj. Vědci pak nastavili velikost napětí právě tak, aby elektrostatická síla působící v tomto poli na prachové částice byla větší než gravitační a adhezní síly a dokázala je tak „odlepit“ od povrchu solárního panelu.

Experimenty se speciálně připravenými laboratorními vzorky prachu obsahujícími zrnka různých velikostí prokázaly, že proces na testovacím zařízení funguje velmi efektivně. Ukázalo se, že vlhkost vzduchu způsobila, že se částice pokryly tenkou vrstvou vody, což se ukázalo být klíčovým faktorem. „Prováděli jsme experimenty při různých vlhkostech – od 5 do 95 procent – a zjistili jsme, že pokud je vlhkost okolního prostředí vyšší než 30 procent, můžete z povrchu panelů odstranit téměř všechny částice,“ říká Sreedath Panat, který se na vývoji čisticího zařízení podílel. Podle Panata navíc nový čisticí mechanismus na rozdíl od některých předchozích pokusů funguje i při velmi vysoké vlhkosti, například až 95 procent, a bez časového omezení.

Vědci předpokládají, že provoz zařízení bude v běžné praxi fungovat automaticky, případně jej bude možné i ovládat na dálku, tak aby jeho nasazení v rozsahu standardních solárních elektráren bylo co nejefektivnější.

Znepokojující vodní stopa

Výsledky tohoto výzkumu byly zveřejněny v časopise Science Advance a podle odborníků by mohly ročně po celém světě ušetřit miliony litrů vody. Než však bude moci být tato slibná inovace používána ve velkém měřítku, bude muset být ještě lépe „odladěna“, upozorňují vědci z MIT.

„Vodní stopa solárního průmyslu je dnes ohromná,“ upozorňuje Kripa Varanasi, jeden z členů výzkumného týmu MIT. A tato stopa se podle něj bude nadále zvětšovat, protože solární instalace budou v příštích letech celosvětově velmi rychle expandovat. „Solární průmysl proto musí postupovat velmi obezřetně a s rozmyslem, aby se to, co nabízí, opravdu mohlo označovat jako udržitelné řešení,“ uzavírá Kripa Varanasi.

V Česku v loňském roce opět meziročně přibylo fotovoltaických řešení na střechách hal a v průmyslových areálech, zájem o energii ze slunce potvrzují i firmy na Slovensku. V souvislosti s výrazným růstem cen energií v loňském roce se potvrzuje, že alternativní zdroj energie může být pro podniky zdrojem významných úspor. Posilování tohoto trendu v následujících letech nahrává i modernizace distribučních soustav. Zvýšením jejich kapacity a zaváděním inteligentního řízení bude možné do sítě zapojovat více menších výrobců elektrické energie, než je tomu v současnosti.

Zájem firem o energii ze slunce potvrzují aktuální data Solární asociace. Podle nich v roce 2021 v Česku na střechách firem a komerčních objektů přibylo téměř 400 fotovoltaických instalací s celkovým výkonem 19,2 MWh. Ve srovnání s rokem 2020 se sice jednalo o sedmdesátiprocentní pokles v počtu instalací, Solární asociace jej ovšem vysvětluje složitou administrativou a zdlouhavou realizací projektů.

„Firmy se začínají o fotovoltaiku ke snížení nákladů provozu zajímat čím dál více. Fotovoltaika má výhodu, že si investor může spočítat předem, kolik ho bude elektřina z ní stát. Dá se tedy říct, že je třeba pro finanční ředitele velice výhodným nástrojem, jak naplánovat výdaje. V kombinaci s akumulací energie může kromě toho zabránit mikrovýpadkům a dalším nepříjemným jevům,“ popisuje výkonný ředitel Solární asociace Jan Krčmář. V důsledku skokového nárůstu cen elektřiny tak podle něj zažíváme boom střešních instalací.

Nárůst hlásí i Slovensko

Podobně jako v Česku se o fotovoltaická řešení zajímají i firmy na sousedním Slovensku. „Naši členové mají zájem o zavádění fotovoltaiky v rámci svých areálů, a to hlavně formou instalací na střechách průmyslových hal. Vícero našich členů už fotovoltaiku instalovanou má. Současné ceny elektřiny jen potvrdily správnost rozhodnutí z minulosti,“ uvádí Tibor Gregor, výkonný ředitel sdružení Klub 500, který sdružuje slovenské podniky s více než pěti sty zaměstnanci.

Výraznější zapojení výroby energie z obnovitelných zdrojů v rámci firemních areálů by měly v dalších letech podpořit národní plány obnovy, které se jak v Česku, tak i na Slovensku soustředí právě i na podporu fotovoltaiky. K vyšší penetraci OZE pak přispěje také modernizace samotných distribučních soustav.

„Modernizace distribučních soustav na takzvané Smart Grids je pro větší zapojení decentralizovaných zdrojů energie – mezi něž se fotovoltaická řešení v rámci podniků řadí – nezbytná. Česko a Slovensko sice historicky mají ve srovnání s mnoha jinými evropskými zeměmi poměrně robustní síť a provozovatelé soustav se na větší decentralizaci v posledních letech připravovali, i tak před námi stále stojí výzva zajištění stabilní a bezpečné distribuční sítě i do budoucnosti,“ vysvětluje Miroslav Kopt, vedoucí útvaru Strategických projektů EG.D.

Modernizované distribuční soustavy budou mít v prvé řadě větší kapacitu, díky níž budou schopny pojmout velké množství menších producentů elektrické energie. Vedle navýšení kapacity budou stěžejní roli hrát moderní technologie. Půjde především o modernizaci dispečerských řídicích a automatizačních systémů, které umožní komunikaci prvků v síti v reálném čase, jejich monitoring, ovládání a aktivní řízení spotřeby energie v rámci celé soustavy. Díky tomu bude možné nejen připojovat nové zdroje, ale i další nové sektory a technologie, kam patří například energetická společenství či elektromobilita.

Úspory mohou být značné

Nejčastějším důvodem pro pořízení fotovoltaického řešení jsou pro firmy úspory na provozních nákladech. Ty se mohou podle velikosti řešení pohybovat i v desítkách procent. Příkladem je brněnská společnost TopGis, která se specializuje na letecké snímkování a mapové aplikace pro města a obce. Firma sídlí v moderní budově Inovačního centra Svatopetrská a má na střeše a jižní fasádě celkem 257 fotovoltaických panelů osazených na ploše 425 m2. Celkové předpokládané množství energie, kterou fotovoltaika na domě za rok vyrobí, je 76 MWh.

„Elektrickou energii vyrobenou ze slunce spotřebuje na svůj provoz budova, přičemž během slunečních dnů dokonce fotovoltaika na budově o celkové podlahové ploše 6 500 metrů čtverečních vyrobí více energie, než sama spotřebuje. Přebytečnou energii pak využijí další budovy v areálu nebo nabíječky pro elektroauta,“ popisuje technický správce areálu Vlastimil Rieger. Celková roční úspora na energiích dosahuje 25 procent. V budově jsou přitom 24 hodin denně v provozu tepelná čerpadla a servery, které TopGis potřebuje pro uchování obrovského množství mapových dat a jejich publikaci stovkám klientů po celé České republice.

Energii ze slunce vyrábí i slovenská společnost Duslo, která působí v chemickém průmyslu. Současné řešení, které podnik využívá, je koncipované jako ostrovní systém s instalovaným výkonem 0,985 MWh. Všechna vyrobená energie je v současnosti vykupována, firma již ale zvažuje další solární řešení. „Provoz fotovoltaické elektrárny pro nás představuje významné zkušenosti z pohledu zvažované realizace nové FVE, která by byla připojená už do naší místní distribuční sítě,“ říká Marek Kurňava, ředitel Úseku energetiky společnosti Duslo. Nové fotovoltaické řešení by podle něj mělo několikanásobně vyšší výkon. Jeho výstavba je součástí projektu, jehož cílem je výroba zeleného vodíku elektrolýzou s využitím elektrické energie z obnovitelných zdrojů.

Čínské kapacity na produkci solárních panelů by podle nových údajů mohly dosáhnout 500 gigawattů. Mohly by tak v ideálním případě ročně vyrobit panely s maximálním výkonem 250 temelínských elektráren. Pro samotné výrobce to však není dobrá zpráva.

Podle nových údajů analytické společnosti Asia Europe Clean Energy (Solar) Advisory (AECEA), o kterých informoval server pv-magazine, může čínské odvětví na výrobu fotovoltaických článků do konce letošního roku (2022) extrémně rychle růst.

Podle odhadů by mohlo dosáhnout výrobní kapacity 550 GW, co se týče výroby samotných solárních článků (tedy jen „jader“ článků), a 500 GW v oblasti fotovoltaických modulů (tedy celých panelů).

Pro srovnání, tolik panelů by v českých podmínkách vyrobilo zhruba tisíckrát více elektřiny, tedy zhruba 500 terawatthodin (TWh). Za celý rok 2019, tedy předtím, než do spotřeby energií promluvila koronavirová pandemie, všichni odběratelé v Česku spotřebovali zhruba 61 TWh elektrické energie.

Pokud se tak stane, bude to zásadní skok. V roce 2021 čínští výrobci díky rozšířování kapacity výroby dosáhli odhadované celkové výrobní kapacity kolem 340 GW. Nových linek však v poslední době v Číně údajně přibývá neuvěřitelným tempem. „Pro ilustraci, jen ve čtvrtém čtvrtletí (míněno čtvrté čtvrtletí roku 2021, pozn. red.) bylo uvedeno více než 80 GW nových výrobních kapacit na výrobu křemíkových destiček (tzv. waferů), a to převážně novými hráči v této oblasti,“ uvedla poradenská společnost pro pv-magazine.

Stejná firma se také domnívá, že v blízké budoucnosti nebude po těchto dodatečných kapacitách dostatečná poptávka. Upozorňuje naprosto správně, že v uplynulé dekádě bylo téměř vždy pravidlem, že nabídka v této oblasti převažovala nad poptávkou. Výrobci měli téměř vždy nějaké volné a nedostatečně využívané kapacity. Situace se v tomto ohledu zřejmě nezmění a podnikání v této oblasti bude i nadále nervydrásající zkušeností. Hlavně tedy mimo Čínu, ale do značné míry i v této zemi.

Čínský rychlý růst

Analytická společnost AECEA (což v podstatě znamená dlouholetý znalec čínského trhu s fotovoltaikou Frank Haugwitz) také pro stejný specializovaný časopis o fotovoltaice připomněla, jaký za sebou má Čína „solární“ rok.

V zemi bylo údajně připojeno do sítě přibližně 53 GW nových fotovoltaických systémů. „Pokud si uvědomíme, že rok 2021 byl posledním rokem, kdy bude možné využívat dotace centrální vlády, není těžké pochopit, proč výkon instalovaných rezidenčních fotovoltaických systémů meziročně vzrostl o 113 % (21,59 GW),“ uvedla AECEA. V zemi se vůbec dařilo budování menších (distribuovaných) solárních systémů. Jejich celkový výkon byl o něco málo vyšší než výkon velkých solárních parků uvedených do provozu v roce 2021.

Velké solární parky jsou ovšem nejjednodušší a nejlevnější možností při stavbě „solárů“, a tak není divu, že celkově v Číně převažuje. Celková kapacita fotovoltaických výroben v zemi dosáhla podle AECEA na konci prosince 306 GW. Zhruba třetina, cca 107,5 GW, připadá na vrub menším provozovnám, zbytek větším solárním instalacím.

„Celkově se očekává, že z vyšších sazeb za elektřinu (i v Číně se energie zdražují a změna to byla často dramatická, pozn. red.) budou mít největší prospěch fotovoltaické systémy pro domácnosti a podniky,“ vysvětlila dále AECEA.

Zda bude znamenat stejný přínos i pro velké projekty, tedy velké solární parky, zatím není zcela jasné. A to zejména kvůli jiné změně předpisů: poplatky za užívání půdy k výrobě energie se v některých provinciích výrazně zvýšily. V některých případech to bylo řádově až o stovky procent. Což samozřejmě z velké části eliminuje potenciální zisky z vyšších sazeb za elektřinu.

Při pohledu do budoucna poradenská společnost uvedla, že rok 2022 vykazuje zajímavé známky růstu. V posledních týdnech bylo údajně vyhlášeno nebývalé množství výběrových řízení na nákup fotovoltaických panelů.

Panely na elektřinu

Solární panel je tvořen solárními (fotovoltaickými) články, které mohou být tvořeny polovodičovými nebo organickými prvky, jež elektromagnetickou energii světla mění v energii elektrickou. Přímou přeměnou světla na elektrickou energii se dnes zabývá samostatná specializace. Fotoelektrický jev vysvětluje vznik volných elektrických nosičů dopadem záření.

Solární články jsou tvořeny polovodičovými plátky tenčími než jeden milimetr. Na spodní straně je plošná průchozí elektroda. Horní elektroda má plošné uspořádání do tvaru dlouhých prstů zasahujících do plochy. Tak může na plochu svítit světlo. Povrch solárního článku je chráněn skleněnou vrstvou, sloužící jako antireflexní plocha. Tak je zabezpečeno, aby do polovodiče vniklo co nejvíce světla. Antireflexní vrstvy se většinou tvoří napařením oxidu titanu. Tím článek získává svůj tmavomodrý vzhled.

Jako polovodičový materiál se používá převážně křemík. Jiné polovodičové materiály, např. arsenid gallitý, sulfid kademnatý, tellurid kademnatý, selenidy mědi a india nebo sulfidy gallia, se zatím nasazují spíše ojediněle, obvykle v nějakých specializovaných a okrajových aplikacích.

Nejlepší dostupné křemíkové solární panely mohou přeměnit na elektrickou energii v reálných podmínkách dnes maximálně 23 % energie dopadajícího záření. Teoretická maximální účinnost pro jeden přechod je 34 % (tzv. Shockleyův–Queisserův limit). Účinnost je v současnosti běžně mezi 18 a 23 %, při započtení vlivu zeměpisné šířky a celoročních teplot v ČR pak do 10 %. Při teplotě nad 25 °C klesá účinnost asi o 0,4 % na každý stupeň Celsia.

Aktualizace (24.1.2022) Do článku jsme pro srovnání doplnili informace o spotřebě elektřiny v ČR.

Společnost ČEZ zahájila ve středočeských Štěchovicích testovací provoz plovoucí fotovoltaické elektrárny. V rámci pilotního projektu se na těchto solárních panelech o celkovém výkonu 22 kWp, umístěných v horní nádrži tamní přečerpávací elektrárny, mají ověřit možnosti jejich případného nasazení v budoucích velkých solárních parcích. Do roku 2030 chce ČEZ přispět k transformaci české energetiky do bezemisní podoby vybudováním obnovitelných zdrojů o výkonu až 6 GW.

Během testů chtějí energetici v reálném prostředí zjistit, jak se budou chovat nosné plováky a solární panely v kombinaci s každodenním provozem přečerpávací elektrárny. Letos v létě by se pilotní instalace měla rozšířit do podoby regulérní elektrárny využívající energii ze slunečního záření o výkonu 100 kWp. Celkově by podle ČEZu mohla horní nádrž pojmout solární panely o výkonu až 2,5 MW.

Velká očekávání

„Skládačka“ ze čtyř řad monokrystalických fotovoltaických panelů vznikla díky spolupráci firem ČEZ Obnovitelné zdroje, PRODECO a vodních elektráren ČEZ. Takzvané stříšky s orientací východ-západ drží nad hladinou horní nádrže více než třicet vzduchem plněných plováků o nosnosti přes 6 tun. Proti rozmarům počasí a neustálému pohybu hladiny nádrže, kterou určuje provoz přečerpávací elektrárny, je celá konstrukce fixována pojezdovými ližinami připevněnými na stěny nádrže.

„Fotovoltaika má díky neustále se zvyšující efektivitě solárních panelů obrovský potenciál a my nechceme podcenit žádnou z oblastí jejího využití. Velká očekávání jsou od umístění fotovoltaik na vhodných vodních plochách, ale teprve realita ukáže, co si můžeme dovolit v českých podmínkách. Pokud nás pilotní instalace ve Štěchovicích přesvědčí, v létě bychom chtěli zpětinásobit její výkon a začít ho standardně dodávat do sítě. Pro případ, že by s plovoucími solárními zdroji počítaly další výzvy Modernizačního fondu, chceme být připraveni nejen teoreticky, ale především prakticky,“ říká Jan Kalina, člen představenstva a ředitel divize obnovitelná a klasická energetika ČEZ.

ČEZ vyrábí elektřinu ze slunce nepřetržitě již 25 let. První elektrárnu využívající energii slunečního záření postavil roku 1998 na hřebenech Jeseníků, na vrcholu Mravenečník poblíž horní nádrže přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně. Dosahovala výkonu 10 kW. V roce 2017 byla přímo u horní nádrže postavena nová fotovoltaická elektrárna o celkovém výkonu 8,7 kWp. Její roční produkce se za ideálních podmínek pohybuje okolo 8 000 kilowatthodin. Napojena je na vlastní spotřebu objektu a částečně pokrývá i spotřebu technologií elektrárny umístěné v podzemí.

„Největší výkon dosáhne elektrárna od května do srpna, to vyrobí denně v průměru 32 kWh elektřiny, ale i v podzimních a zimních měsících je výroba slušná, od listopadu máme denní průměr 9 kWh. Výrobu zásadně ovlivňují změny počasí, které jsou na horní nádrži extrémní, za sněhové vánice či mlhy je výroba elektřiny samozřejmě mnohem nižší, ale i při těchto podmínkách elektrárna vyrábí,“ říká šéf vodní přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně Vítězslav Chmelař.

Symbol budoucnosti

První z řady nových velkých projektů bezemisních zdrojů Skupiny ČEZ, kterými společnost hodlá přispívat k plnění klimatických cílů a závazků České republiky, je fotovoltaická elektrárna ve vnějším areálu jaderné elektrárny Dukovany. Stojí na speciálně upravených střechách nových parkovacích stání, jde tedy o tzv. carport. Díky svému výkonu 820 kWp vyrobí zhruba 850 MW elektřiny ročně, což pokryje spotřebu téměř tří stovek domácností. Elektrárna nezabírá žádnou ornou půdu a díky oboustranným panelům zužitkuje i sluneční světlo odrážející se od zaparkovaných vozů.

„Nová střešní solární elektrárna na parkovišti v Dukovanech je současně symbolem budoucnosti české energetiky – vedle sebe tu budou vyrábět bezemisní elektřinu jaderný a solární zdroj. Kromě toho, že posilujeme výrobu z obnovitelných zdrojů energie, zlepšujeme zároveň dopravní situaci a parkovací kapacity v Dukovanech. Elektrárna organicky pokryje střešní plochu, která by jinak zůstala nevyužita,“ vysvětlil význam projektu předseda představenstva a generální ředitel ČEZ Daniel Beneš.

Aktuálně provozuje ČEZ fotovoltaické elektrárny ve 12 lokalitách v České republice a jedno zařízení tohoto typu v Bulharsku. V ČR jejich celkový výkon činí 126 MW. V závislosti na přírodních podmínkách vyrobí tyto zdroje ročně elektřinu pro zhruba 40 000 českých domácností.

Skupina ČEZ připravuje do roku 2030 nové obnovitelné zdroje s hlavním podílem fotovoltaických elektráren o celkovém výkonu až 6 000 MW. Vzniknou na brownfieldech, na pozemcích bývalých dolů, na znehodnocených průmyslových plochách a na půdách nízkých bonit.

O nutnosti reformovat zemědělství se hovoří v podstatě dnes a denně. Aktuálně například v kontextu plánu nové české vlády zvýšit podporu malým a středním zemědělcům na úkor těch velkých. Jedním z nadějných modernizačních směrů se v poslední době zdá být tzv. agrivoltaika (nebo také agrovoltaika či agrofotovoltaika), která umožňuje, jak se říká, trefit dvě mouchy jednou ranou. Agrivoltaika spočívá v tom, že na stejném zemědělském pozemku vedle sebe koexistuje fotovoltaické zařízení a zemědělské plodiny, které se spolu dělí o sluneční světlo.

Metoda to není zcela nová, vymysleli ji již na počátku 80. let minulého století Adolf Goetzberger a Armin Zastrow, speciální název pro ni – „agrivoltaika“ – se však objevil až o 30 let později – v roce 2011. Metoda skýtá zemědělcům mnohé výhody. Vedle toho, že výrobou solární elektřiny zvýší profitabilitu své zemědělské půdy, díky stínicímu efektu panelů také mohou snížit spotřebu vody a v důsledku tak přispět i k regeneraci biotopů. Ve společenském kontextu může tento trend vést i ke zlepšení u nás poněkud pošramoceného obrazu solární energetiky.

Nutno však dodat, že zatím bylo provedeno poměrně málo výzkumů v reálných podmínkách, které by umožnily adekvátně vědecky posoudit vliv solárních panelů například na růst travin a obecně rostlin v bezprostředním okolí. Toto byl hlavní důvod, proč se předloni v létě spojily francouzské společnosti INRAE (Národní institut pro výzkum zemědělství, výživy a životního prostředí), Photosol (společnost zabývající se vývojem, instalacemi a provozováním fotovoltaických elektráren) a JP Energie Environnement (JPee – firma vyvíjející a provozující větrné a solární farmy po celé Francii), aby tento problém zevrubně prostudovaly. S výsledky svého dosavadního výzkumu nedávno seznámily veřejnost.

K výzkumným účelům byly vybrány dvě lokality, na kterých se začaly provádět experimenty zaměřené na vliv solárních modulů na pastviny. První z nich se nachází v obci Braize v departmentu Allier v nadmořské výšce zhruba 300 metrů, druhá je katastru obce Marmanhac ležící v departmentu Cantal v nadmořské výšce kolem 900 metrů. Různé klimatické podmínky tak umožňují získat výsledky reprezentativní pro různá prostředí.

Obě lokality jsou svou strukturou velmi podobné – zahrnují ovčí farmu a rozlehlé pastviny. Vědci v těchto lokalitách rozmístili ve vzduchu i na zemi teplotní a vlhkostní sondy, senzory slunečního záření a také malou meteorologickou stanici, která měří dešťové srážky a rychlost a směr větru. Pozorování se provádějí pod panely, v uličkách mezi nimi a v kontrolních oblastech ležících mimo přímý vliv fotovoltaických modulů. Výzkumníci na základě dat získaných v těchto měřicích bodech průběžně analyzovali vlhkost půdy, vzrůst traviny a kvalitu píce.

Kde je tráva zelenější

Výsledky měření provedených během léta roku 2020 ukázaly, že v průměru byla na obou měřených místech vlhkost půdy pod panely o 28 % vyšší než v uličkách vystavených plnému slunečnímu svitu. Co se týče teploty půdy, ta byla ve stínu panelů o 4 až 6 °C nižší, takže byla méně ohrožena vysycháním.

„Během léta 2020 jsme si rovněž povšimli, že růst trávy byl pod panely o 125 až 200 procent vyšší než tam, kde je tráva vystavena plnému slunci,“ popisuje Catherine Picon-Cochard, ředitelka výzkumu ekosystému travních porostů v INRAE. „Index vegetace je tam také vyšší, což znamená, že tráva zůstává déle zelená,“ dodává.

„Během prvního roku výzkumu jsme pozorovali lepší kumulativní produkci biomasy s hladším rozložením zdrojů krmiv v průběhu celého roku. Zatímco tedy změna klimatu pozměňuje kalendář produkce krmiv, tato zvýšená letní produktivita může být pro chovatele přínosem,“ uvádí se ve společné zprávě společností Photosol, JPee a INRAE.

Dosavadní výsledky studie tedy hovoří ve prospěch rozvoje agrivoltaiky. A podpora přichází i od francouzského senátu. Ten v nedávné době přijal usnesení vyzývající vládu, aby usnadnila rozmísťování těchto technologií po celé zemi. „Tato praxe by mohla být odpovědí na výzvy v oblasti zemědělství a udržitelného rozvoje naší země, jako jsou potravinová soběstačnost, podpora biodiverzity nebo výroba obnovitelné energie,“ uvedl senátor z departmentu Doubs Jean-François Longeot.

I francouzská ministryně pro ekologickou transformaci Barbara Pompili se k této záležitosti vyjádřila kladně: „Pro mě je to skutečně hodnotná technologie, která přispívá jak k rozvoji obnovitelných energií, tak k přizpůsobení zemědělství změně klimatu.“

Milionové zisky

Francie však není jedinou zemí, která vědecky zkoumá účinky agrivoltaiky. Již v roce 2016 zavedl americký stát Minnesota zákon na podporu rozvoje divoké vegetace ve fotovoltaických parcích, která má přispět k lepšímu množení opylujícího hmyzu. Kolem tamních solárních elektráren bylo vytvořeno více než 930 hektarů biotopů tohoto typu. O dva roky později přijal podobné předpisy i stát Illinois. Vědci z Argonne National Laboratory poté studovali dopady těchto opatření. Zaměřili se na solární elektrárny s výkonem větším než 1 MW. Studie zahrnovala 2 888 fotovoltaických parků na celkové ploše přibližně 12 000 km2.

Jejich práce prokázala, že uvedená opatření významně přispěla k zastavení kolapsu hmyzích populací v okolí fotovoltaických elektráren a výrazně zvýšila produktivitu okolních polí. Vědci také odhadli, že pokud by všechny fotovoltaické farmy zahrnuté do studie byly osázeny travinami a divokými květinami, představovalo by to například pro sousedící zemědělce pěstující sóju zisk až 1,75 milionu dolarů, v případě pěstování mandlí dokonce až 4 miliony dolarů.

K podobným výsledkům dospělo i několik evropských výzkumných projektů. Patří k nim například projekt SolarEcoPlus nizozemské nezávislé vědecké instituce TNO, jehož členové v současné době studují vliv solárních farem na kvalitu půdy a biodiverzitu. „Dobře navržené a provozované fotovoltaické parky mohou mít příznivý vliv na biologickou rozmanitost,“ říká Wim Sinke, koordinátor tohoto projektu. „Pokud je porovnáme s intenzivními zemědělskými monokulturami, mohou dosahovat lepších výsledků, a to jak z hlediska zvyšování rozmanitosti vegetace, tak i ve vytváření vhodných stanovišť pro ptáky a hmyz,“ dodává.

Současně však Wim Sinke také varuje, že solární parky vybudované výhradně za účelem maximalizace energetického výnosu mohou způsobit nedostatek světla pro rostliny a nerovnoměrnou distribuci vody na zemi. Tato situace pak může vést k chudnutí vegetace nebo i k vymizení některých druhů. Může rovněž dojít k dlouhodobému snížení kvality půdy.

Výzkum SolarEcoPlus se tedy bude v nejbližším období zaměřovat především na to, aby se našla taková vzdálenost mezi jednotlivými řadami solárních panelů, která bude tím nejlepším kompromisem mezi efektivitou výroby elektřiny a podporou biologické rozmanitosti. V souvislosti s tím se také v dohledné době budou testovat tři typy oboustranných panelů, z nichž některé budou instalovány vertikálně. Budou také studovány sledovače (zařízení udržující solární panely po celý den v poloze kolmé ke slunečnímu záření), jejichž vyšší energetická účinnost by v budoucnu mohla kompenzovat ztráty způsobené větší vzdáleností mezi řadami solárních panelů.

Neutěšený právní stav

Solidní potenciál k využití půdy jak pro zemědělskou, tak i pro energetickou výrobu má podle Svazu moderní energetiky i Česká republika, i když na pilotní instalace se zatím stále čeká. Přední zemědělské svazy proto společně s Aliancí pro energetickou soběstačnost již apelovaly na novou vládu, aby odstranila právní bariéry a umožnila symbiózu společného využívání české zemědělské půdy a energetické soběstačnosti českých zemědělců.

„Primární úlohou zemědělců je vyrábět potraviny a agrivoltaika jim může pomoci tuto úlohu plnit v tom, že jim umožní zemědělské pozemky využít jak pro výrobu potravin, tak pro udržitelnou produkci elektrické energie. Současně agrivoltaika může přispět ke snížení závislosti zemědělských podnikatelů na volatilních tržních cenách elektrické energie. Agrivoltaiku vnímáme i jako jednu z cest, jak připravit naše členy na další aktuální výzvy, které přicházejí se změnou klimatu. Extrémní projevy počasí, jako jsou kroupy nebo jarní mrazíky, představují pro hospodáře v otevřené krajině existenční hrozbu, se kterou může agrivoltaika pomoci. Stát by proto neměl hospodářům v krajině bránit přijímat ochranná opatření, která se jinde ve světě ujala,“ řekl prezident Agrární komory ČR Jan Doležal.

Aktuální právní stav je však podle sdružení chaotický. Stát sice počítá s podporou i pro agrivoltaiku formou investičních dotací z Modernizačního fondu. Současně však nelze projekty agrivoltaiky realizovat kvůli chybějícímu vymezení v zákoně. Agrivoltaika je totiž z definice spjata se zemědělskou činností na zemědělském půdním fondu. Podle zákona musí zájemce nejdřív požádat o vynětí půdy ze zemědělského fondu, aby mohl provést instalaci, stejně jako v případě obyčejné pozemní fotovoltaiky. Reálně tak nemají zemědělci důvod o agrivoltaice uvažovat, neboť by přišli o svůj hlavní zdroj obživy.

„Aliance pro energetickou soběstačnost bývalou vládu opakovaně vyzývala, aby zákon opravila. Také české zemědělství je třeba připravit na dopady klimatické změny, a právě zkušenosti s agrivoltaikou ze zahraničí ukazují, že částečné zastínění chrání plodiny před letními horky nebo přívalovými dešti. Navíc nedává smysl, když stát sice nabízí dotační podporu pro vznik takových projektů, ale současně má zákony, které to neumožňují. Věříme, že nová vláda bude debatě o nastavení parametrů pro rozvoj agrivoltaiky otevřená,“ uvedl Martin Abel, analytik Aliance pro energetickou soběstačnost a koordinátor projektu Klub agrivoltaiky, který má za cíl umožnit sdílení zkušeností mezi zemědělci a experty na solární energetiku.

Pražská společnost Amper Meteo vyvinula systém, který dokáže na základě družicových dat zpřesnit vývoj oblačnosti a lépe tak předpovědět, jaký bude výkon solárních elektráren. Na projektu s názvem Vývoj metod energetického nowcastingu se podíleli rovněž vědci z Ústavu výzkumu globální změny Akademie věd ČR.

Díky využití pokročilých statistických metod a neuronových sítí umí tento systém spočítat s velkou přesností na několik hodin dopředu, kam se posune oblačnost, a i o jaký druh oblačnosti půjde. Celkově systém identifikuje třináct typů oblaků a podle toho, jaký se bude v daném místě objevovat, umožňuje spočítat, kolik slunečního záření pronikne až k fotovoltaickým elektrárnám. V kombinaci s výpočty z numerických předpovědí vzniká na nejbližší hodiny komplexní obrázek, případně doplněný odhady na základě jednotlivých samostatných metod. Díky tomu lze velmi dobře odhadnout, kolik články vyrobí energie. Tento nástroj by mohl být obzvláště užitečný například při přechodu fronty, protože upřesňuje, kdy projde daným místem, což numerické předpovědní modely s takovou přesností neumějí.

„Když se například zatáhne obloha, výroba solárních elektráren rychle klesá. Na trhu tak může nastat nečekaný nedostatek proudu. Distributoři pak musí na poslední chvíli shánět elektřinu jinde a často za mnohem vyšší ceny. Když je naopak sluneční aktivita nečekaně vysoká, je energie tolik, že je někdy i potřeba platit těm, kdo si ji odeberou. Dobrá předpověď počasí dokáže tato rizika výrazně umenšit. Špatným odhadem může producent přijít třeba o půl milionu za několik hodin,“ upozorňuje Milan Šálek ze společnosti Amper Meteo.

Systém je užitečný hlavně v prvních hodinách předpovědi, zatímco pro dlouhodobější předstih přebírají otěže předpovědi z numerických modelů. Umožňují tak energetickým společnostem v Česku i dalších evropských zemích efektivněji nakládat s vyrobenou elektřinou. Lze předpokládat, že se využití systému bude dále šířit s ohledem na rostoucí počet bateriových systémů v elektrických sítích. I pro jejich optimální využívání je potřeba co nejlépe znát „solární počasí“, a tedy optimální čas nabíjení a posléze využívání v bateriích uložené energie.

Specializované předpovědi ale mohou dobře využít i klasické teplárny a elektrárny. Podle teploty a slunečního svitu totiž mohou odhadovat i spotřebu energie na vytápění a chlazení. „Český hydrometeorologický ústav takto specializované služby pro energetiku aktivně nenabízí, soustředí se hlavně na obecnější předpovědi a varovnou službu před nebezpečnými jevy,“ dodává Milan Šálek.

V České republice je zájem o domácí fotovoltaická řešení a menší závislost na dodávkách elektřiny od velkých distribučních společností stále větší. Potvrzuje to i Dotační program Nová zelená úsporám, který meziročně zaznamenal o 70 procent více žádostí. S větším podílem aktivních malých spotřebitelů počítají i distributoři, kteří již začali s modernizací rozvodných soustav na tzv. smart grids. Díky nim by se měly majitelům domácích fotovoltaik otevřít další možnosti jejich využití.

Za sedm let trvání programu Nová zelená úsporám již lidé podali více než 23 000 žádostí o dotaci na fotovoltaické systémy. Vyplaceno již bylo 16 000 z nich, přičemž celkově se jednalo o dvě miliardy korun. Průměrná výše dotace na pořízení jednoho řešení je 122 000 korun. Pro srovnání: celkově bylo v rámci programu přijato přes 90 000 žádostí, 75 000 jich již bylo schváleno a přes 56 000 i vyplaceno, přičemž celková dosud vyplacená částka se blíží 11 miliardám Kč. Aktuálně je ve fondu alokováno 39 miliard Kč s tím, že výraznou měrou se na ní podílí Národní plán obnovy, a to 19 miliardami Kč. Od roku 2026 se počítá s tím, že každoročně do fondu poputují zhruba čtyři miliardy Kč z výnosů dražeb emisních povolenek, případně z Modernizačního fondu.

„Zájem o dotace kontinuálně roste, přesto byl tento rok skutečně přelomový, jelikož meziroční nárůst v počtu přijatých žádostí byl více než sedmdesátiprocentní. Příjem žádostí v nové etapě programu Nová zelená úsporám odstartoval teprve před měsícem a přijato je již na 2 700 žádostí, z toho přibližně třicet procent se týká fotovoltaických systémů. Čísla tedy naznačují, že kontinuální růst zájmu v této oblasti bude i nadále pokračovat,“ říká mluvčí Státního fondu životního prostředí ČR Lucie Früblingová.

Zájem o domácí fotovoltaiky potvrzují data Solární asociace, podle nichž vzniklo v Česku za prvních šest měsíců letošního roku celkem 3 859 nových projektů využívajících fotovoltaiku s celkovým kombinovaným výkonem 25,2 MW. Drtivá většina těchto projektů měla výkon menší než 10 kilowattů a jednalo se především o řešení instalovaná na střechy rodinných domů.

Smart grids jdou naproti

Vzrůstající množství drobných výrobců energie si uvědomují i provozovatelé distribučních soustav. „Je to důležitý faktor, který bude v dalších letech stále posilovat a v rámci distribučních soustav je třeba s ním počítat. Nastupující trend inteligentních sítí – smart grids – tomu jde v mnoha ohledech naproti. Díky jejich modernizaci a výrazně větší kapacitě bude v následujících letech možné připojovat do soustav daleko větší množství obnovitelných zdrojů energie. Zapojení dalších chytrých prvků pak umožní jejich efektivní řízení a zajistí stabilitu celé sítě, takže ji neohrozí případné výkyvy ve výrobě,“ popisuje Miroslav Kopt, vedoucí útvaru strategických projektů společnosti EG.D.

Vedle rostoucího zájmu o domácí fotovoltaická řešení se postupně zvyšuje také jejich instalovaný výkon. Podle Solární asociace překonal instalovaný výkon v tomto segmentu za první dvě čtvrtletí letošního roku celkový součet za roky 2016–2018 a blížil se i celkovému součtu za rok 2020. Zvyšuje se také podíl domácích solárních projektů kombinovaných s bateriovými úložišti. Ten meziročně vzrostl z 55 procent na 68 procent, v Praze dokonce na 80 procent.

„Nejčastější typ fotovoltaické elektrárny, o který žadatelé v předchozím programu žádali, byl systém s akumulací přebytků elektrické energie do baterií s nejvyšším využitelným ziskem více než čtyři tisíce kilowatthodin ročně. V novém programu předpokládáme opětovný zájem o systémy s akumulací elektrické energie do baterií s vyššími instalovanými výkony. Žadatelé mohou žádat dotace na systémy s instalovaným výkonem až do deseti kilowatt-peaků u rodinných domů a až do sta kilowatt-peaků u bytových domů,“ uvádí Lucie Früblingová.

Jak najít vhodnou střechu

Vzhledem k rostoucím cenám energií a přístupnosti dotačních programů nemusejí zájemci o domácí fotovoltaiku zpravidla vůbec řešit návratnost této investice. Ta se například u řešení bez bateriového úložiště, které je určené k okamžité spotřebě a akumulaci přebytků do ohřevu vody, pohybuje při sedmdesátiprocentním využití vyrobené energie kolem sedmi let. U efektivnějšího nakládání s elektřinou je pak doba ještě kratší.

Otázkou, kterou si tak řada domácností pokládá, je zejména ta, zda je jejich střecha pro instalaci solárních panelů vhodná. Obecně přitom platí, že solární panely lze namontovat na jakýkoliv typ střechy včetně té ploché. „V našich podmínkách představuje optimální místo pro solární elektrárny šikmá střecha se sklonem okolo 35 stupňů, která je v ideálním případě orientována na jih. Zcela přesně pak lze využitelnost střechy spočítat pomocí analýzy oslunění z leteckých snímků. Majitelé nemovitostí tak přesně zjistí, která část střechy je pro instalaci panelů nejvhodnější a kolik kilowatthodin elektrické energie na metr čtvereční na ní lze ročně vyrobit,“ vysvětluje Drahomíra Zedníčková, výkonná ředitelka společnosti TopGis, jež se na letecké snímkování a jeho analytiku specializuje a je například tvůrcem nejdetailnější ortofotomapy České republiky.

Zmíněnou metodu pro ověření vhodnosti střech pro instalaci fotovoltaiky využívá i řada českých měst. Analýzu oslunění konkrétních budov ve svých majetcích si nechaly zpracovat například radnice v Kladně či Kuřimi. Brno si pak nechalo z leteckých snímků připravit méně detailní mapu celého města, na níž jsou u jednotlivých budov barevně rozlišeny plochy podle toho, kolik světla na ně v průběhu dne dopadá. Majitelé konkrétních domů si tak v případě zájmu o instalaci solárních panelů mohou na jejich základě nechat výnosy dopočítat.

„Taková mapa pouze říká, zda je střecha pro fotovoltaiku vůbec vhodná. Na zjištění konkrétní očekávané výroby elektrické energie je potřeba provést ještě detailní zaměření a výpočet pro konkrétní plochy. I detailní zaměření a pasport střechy s přesností na centimetry lze provést z leteckých snímků, bez nutnosti střechu navštívit,“ doplňuje Drahomíra Zedníčková s tím, že TopGis tato data umí získat ze svých vlastních leteckých snímků, které pokrývají území celé České republiky.

Pražský magistrát hodlá začít instalovat na bytové domy města fotovoltaické panely. V rámci pilotního projektu nejprve otestuje koncept tzv. komunitní energetiky na dvou bytových domech na Černém Mostě. Výkon každé z obou fotovoltaických elektráren by měl být zhruba 10 kW. Celý projekt je součástí klimatického plánu hlavního města zaměřeného na snižování uhlíkové stopy. Ten mimo jiné obsahuje závazek do roku 2030 pokrývat polovinu svých energetických potřeb z obnovitelných zdrojů energie.

„Jde o pilotní projekt naší pražské sluneční elektrárny. Elektřina takto vyrobená bude rovnou poskytnuta obyvatelům těchto domů, to znamená, že koncoví spotřebitelé ušetří na distribučních poplatcích, které se normálně platí energetickým společnostem,“ upozornil náměstek primátora a radní pro oblast životního prostředí Petr Hlubuček na významný benefit, který spotřebitelům fotovoltaika přinese.

Významnou roli v tomto pilotním projektu bude hrát nová příspěvková organizace Pražské společenství obnovitelné energie (PSOE), která kromě odborného dozoru nad realizací projektu bude zodpovědná i za následný provoz. PSOE bude disponovat licencí na výrobu a prodej elektrické energie a pro dané bytové domy tak bude fungovat jako dodavatel. „Byl bych rád, kdyby začala fungovat už od 1. října,“ uvedl k zahájení činnosti PSOE Petr Hlubuček. Zkušební provoz fotovoltaických elektráren by měl začít do konce letošního roku a její instalace by měla vyjít na 1,9 až 3,5 milionu korun.

Společenství bude otevřeno malým a středním podnikům i samotným obyvatelům domů. Město chce například umožnit Pražanům kupovat si menší podíly v elektrárnách instalovaných na městských budovách. Na výrobě energie se tak budou moci podílet i ti, kteří nemohou instalovat fotovoltaiky na svých vlastních střechách.

Na celém záměru se podílí rovněž společnost PREdistribuce, která obyvatelům domů, kteří budou mít zájem, namontuje inteligentní elektroměry. Obyvatelé zároveň uzavřou s dosavadním dodavatelem novou smlouvu o dodávce zbývající elektřiny, kterou už nepokryje místní výrobna. Pokud se celý projekt osvědčí, plánuje Praha další instalace komunitních fotovoltaických elektráren, a to nejen na majetku města, ale i v soukromě vlastněných objektech.

„Projekt na Černém Mostě je jednou z prvních vlaštovek, které realizujeme v rámci přeměny energetiky na městských objektech. V tomto případě jde o specifikum, že se nejedná o samostatnou budovu s jedním provozovatelem, který využívá zde vyrobený proud, jako jsou například školy. V tomto případě jde o bytový dům, kde budoucími odběrateli budou přímo jednotliví nájemci. Tím, že zde vyrobená energie bude mít přímo lokálního odběratele, dojde k úspoře v rámci nutnosti dostat vyrobenou elektřinu do centrální soustavy. Tímto směrem bychom chtěli jít i na velké části dalších městských objektů. Dostáváme Pražanům cenou konkurenceschopný a ekologicky čistý proud elektrické energie s velmi zajímavou provozní cenou,“ upřesnil radní hlavního města Prahy Jan Chabr.

Zapojme i veřejné budovy

Podle Aliance pro energetickou soběstačnost mohou střechy rodinných a bytových domů v Praze a okolí poskytnout dostatek fotovoltaického výkonu nejméně pro 120 000 domácností. Inspirací přitom mohou být přístupy některých měst v zahraničí. Například ve Vídni hodlají masivně rozšiřovat solární panely na celkem 120 000 m2. Podobnou cestou se u nás vydává i Brno, které plánuje instalovat solární panely na 120 městských budov a zajistit svým občanům levnou a obnovitelnou energii. „Provoz virtuální elektrárny bude mít na starosti městský podnik. Chystáme se do ní zapojit 120 000 m2 střech na 120 městských budovách, které pokryjeme solárními panely. K dispozici bude i společné úložiště energie. Brňané s vlastní fotovoltaikou, kteří se k virtuální elektrárně připojí, mohou ze systému dodávat a odebírat elektřinu, jak se jim to bude hodit,” shrnuje výhody budoucího městského systému náměstek primátorky města Brna Petr Hladík.

„Solární elektrárny jsou v současnosti nejdostupnějším zdrojem čisté energie. Na vhodné střechy obytných domů v hlavním městě a v okresech Praha-západ a Praha-východ lze instalovat 472 až 675 MW výkonu, který by dokázal zásobovat elektřinou 120 000 až 170 000 domácností s průměrnou spotřebou. Bilančně to pak vychází, že každá čtvrtá až pátá pražská domácnost může během roku spotřebovávat jen solární energii. Toto číslo by přitom mohlo být ještě vyšší, pokud by budovy využily také fasády nebo v oblastech dotčených památkovou ochranou solární střešní tašky,“ uvedl Jiří Beranovský ze společnosti EkoWATT, která analýzu pro Alianci pro energetickou soběstačnost vypracovala.

Jen rodinné a bytové domy mohou vyprodukovat přes 482 gigawatthodin elektrické energie – přitom se počítalo s omezeními, jako je orientace střechy, zastínění nebo neochota vlastníků bytových jednotek ke společné investici. Ohledně otatních typů budov, jako jsou kancelářské, průmyslové a veřejné budovy (např. budovy státních orgánů nebo škol) je třeba vzít v úvahu, že mnohé z nich čekají zásahy spojené s adaptací na změnu klimatu, ať už v podobě zateplení, výměny oken nebo zelených střech. To zvyšuje ještě potenciál pro energetickou soběstačnost.

„Instalování střešních solárů na obytných budovách má smysl a nás ve vedení města těší, že podobné analýzy vznikají. Smysluplný přechod k udržitelné výrobě energie se ale neobejde bez zapojení veřejných budov, kterých máme v hlavním městě nejvíc v republice. Tedy budov města a státních institucí, všech druhů škol, nemocnic, galerií atd. Příkladem může být ZŠ Kunratice, která získala svou vlastní elektrárnu na nevyužité střeše už v roce 2010 a od té doby vyrobí zhruba 55 000 kilowatthodin čisté elektřiny ročně,“ vysvětluje Vít Šimral, radní hlavního města Prahy pro oblast školství.

Komunální energetika v praxi

Koncept komunitní energetiky není nijak nový, má již svoji historii, jejíž kořeny sahají do Skandinávie a zemí západní Evropy. Pro příklady dobré praxe není potřeba chodit daleko, stačí překročit hranice a nahlédnout do Německa či Rakouska, případně o kousek dále, například do Belgie. Německo v roce 2018 poprvé vyprodukovalo více elektřiny z alternativních zdrojů energie než z uhlí. Zhruba polovina těchto zdrojů je přitom ve vlastnictví družstev, kterých je v zemi přes tisíc, nebo jednotlivých občanů. U nás z obnovitelných zdrojů pochází zhruba 14 % celkové energie, přičemž jen necelým 1 % se na tom podílí komunitní energetika.

Asi nejznámějším příkladem komunitní energetiky v ČR – i když nikoli fotovoltaické – je obec Kněžice ve Středočeském kraji. Tato obec je označována jako energeticky soběstačná a získala za to nejedno prestižní ocenění. Stěžejním bodem místní energetiky je bioplynová stanice a dva kotle na biomasu. Bioplynová stanice využívá bioodpad k výrobě tepla a elektřiny. Ročně takto vyrobí okolo 2600 MWh elektřiny, čímž pokryje spotřebu zhruba 90 % obce. V bioplynové stanici se míchají splašky z tamních septiků s kompostem, kejdou a dalšími tekutými zbytky ze zemědělství a potravinářského průmyslu.

Fotovoltaický efekt feroelektrických krystalů lze zvýšit až tisícinásobně, pokud jsou v krystalické mřížce pravidelně uspořádány tři různé materiály. Objevil to tým vědců z Univerzity Martina Luthera (MLU) v Halle-Wittenbergu, kterému se podařilo střídavě navrstvit krystalické vrstvy titaničitanu barnatého, titaničitanu strontnatého a titaničitanu vápenatého. Překvapivý objev, o němž němečtí vědci informovali v odborném časopise Science Advances, by v budoucnu mohl výrazně zvýšit účinnost solárních článků.

Většina současných solárních článků funguje na bázi křemíku, jejich účinnost je však poměrně omezená. Tento fakt přivedl vědce ke zkoumání nových materiálů, jako jsou feroelektrika, k nimž patří například titaničitan barnatý, směsný oxid baria a titanu.

„Feroelektrický znamená, že materiál odděluje kladné a záporné náboje,“ vysvětluje fyzik Akash Bhatnagar z Centra pro inovační kompetence SiLi-nano při MLU základní pojmy. „Oddělení náboje vede k asymetrické struktuře, která umožňuje vytvářet elektřinu ze světla,“ dále upřesňuje Bhatnagar. Na rozdíl od křemíku však nepotřebují feroelektrické krystaly k vytvoření fotovoltaického efektu takzvaný PN přechod, jinými slovy žádné pozitivně a negativně nabité vrstvy. Díky tomu je tak výroba solárních panelů mnohem snazší.

Čistý titaničitan barnatý však neabsorbuje mnoho slunečního světla, a proto vytváří poměrně nízký fotoproud. Nejnovější výzkum ukázal, že kombinace extrémně tenkých vrstev různých materiálů výrazně zvyšuje schopnost zachytávat sluneční energii. „Důležité je, že se feroelektrický materiál střídá s paraelektrickým materiálem. Ačkoli paraelektrický materiál nemá oddělené náboje, může se za určitých podmínek stát feroelektrickým, například při nízkých teplotách nebo když je jeho chemická struktura mírně upravena,“ vysvětluje Bhatnagar.

Bhatnagarův výzkumný tým zjistil, že fotovoltaický efekt je výrazně posílen, pokud se feroelektrická vrstva střídá nikoli pouze s jednou, ale se dvěma různými paraelektrickými vrstvami. Yeseul Yun, který je na MLU doktorandem a hlavním autorem studie, popisuje: „Titaničitan barnatý jsme vložili mezi titaničitan strontnatý a titaničitan vápenatý. Dosáhli jsme toho odpařením krystalů za pomoci vysoce výkonného laseru a jejich opětovným nanesením na nosné substráty. Výsledkem byl materiál skládající se z 500 vrstev o celkové tloušťce přibližně 200 nanometrů.“

Při provádění fotoelektrických měření byl nový materiál ozářen laserovým světlem. Výsledek těchto pokusů překvapil i samotné vědce: v porovnání s čistým titaničitanem barnatým podobné tloušťky byl proud až tisíckrát silnější, a to navzdory skutečnosti, že podíl titaničitanu barnatého jako hlavní fotoelektrické složky byl snížen téměř o dvě třetiny. „Interakce mezi vrstvami mřížky zřejmě vede k mnohem vyšší permitivitě. Jinými slovy: elektrony jsou schopny díky buzení světelnými fotony proudit mnohem snadněji,“ říká Akash Bhatnagar. Měření také ukázala, že tento efekt je velmi robustní: zůstal téměř konstantní po dobu šesti měsíců.

Vědci nyní plánují pokračovat ve výzkumu, aby zjistili, co přesně způsobuje takto mimořádný fotoelektrický efekt. Akash Bhatnagar je přesvědčen, že potenciál, který nový výzkum ukázal, bude možné využít v praktických aplikacích, především při konstrukci solárních panelů. „Struktura vrstev vykazuje ve všech teplotních rozsazích vyšší energetický zisk než čistá feroelektrika. Krystaly jsou také výrazně odolnější a nevyžadují žádné speciální balení,“ dodal.

Nejen čeští turisté v posledních letech objevují ve stále větších počtech do nedávna z pochopitelných důvodů opomíjenou Albánii. Pokud tam letos zamíříte i vy, můžete se ovšem podívat na jednu technickou zvláštnost, kterou ani v Česku, ani jinde ve střední Evropě neuvidíte.

Evropský výrobce obnovitelné energie Statkraft totiž ve spolupráci s norským dodavatelem Ocean Sun právě v Albánii zahájil komerční provoz své první plovoucí solární elektrárny.

Zařízení je umístěno na vodní nádrži Banja, kde společnost Statkraft provozuje svou vodní elektrárnu Banja o výkonu 72 MW. Po úspěšném dokončení první plovoucí solární jednotky a připojení k síti nyní elektrárna vyrábí obnovitelnou energii a dodává ji do albánské národní elektrické sítě.

První jednotka sestávající z 1 536 solárních panelů, které mají dohromady instalovaný výkon 0,5 MWp z plochy téměř 4 000 metrů čtverečních.

Součástí projektu je dalších 160 stejných panelů na souši, jejich výkon se bude s těmi plovoucími během provozu nadále porovnávat. Očekává se, že projekt bude v druhé polovině roku 2021 pokračovat druhou realizační fází, v jejímž rámci budou instalovány další tři plovoucí jednotky s celkovým dodatečným výkonem 1,5 MWp.

Projekt využívá patentovanou membránovou technologii společnosti Ocean Sun. Solární moduly jsou namontovány na hydroelastických membránách, které údajně nabízejí proti jiným řešením výhody v ceně i výkonu

Technologie je určena pouze pro relativně dobře chráněné a klidné vodní plochy, jako jsou jezera, fjordy ńebo vodní nádrže. Patentovaný systém se skládá z plovoucí platformy ve tvaru disku ukotvené ke dnu pomocí čtyř kotevních bodů a dvanácti lan.

Design je do značné míry inspirován norskými zkušenostmi s aquakulturou, tedy velkochovem ryb v moři. „Rozdíl oproti rybí farmě spočívá v tom, že pod kruhem nejsou žádné klece pro ryby, takže hmotnosti systému je soustředěna na hladině, kde jsou rozmístěny moduly,“ řekl před časem pro web PV-Magazine šéf firmy Sun Ocean Børge Bjørneklett.

Každá jednotka se skládá z plovoucího prstence potaženého tenkou membránou z polyetylenu s vysokou hustotou (HDPE). Přestože je membrána silná jen několik milimetrů, snadno unese jak váhu solárních panelů, tak váhu personálu provádějícího instalaci nebo údržbu.

Díky tomu, že membrána je tak tenká, mohou být panely podle společnosti mohou účinně chladit od vody z vodní plochy pod nimi. To by logicky mělo zvyšovat účinnost panelů především v parných dnech.

Šéf společnosti Ocean Sun neuvedl podrobnosti o chemickém složení použitého materiálu, který označil za umělý polymer. Uvedl, že membrána by mohla pojmout přibližně 600 kW výrobní kapacity fotovoltaického modulu, přičemž velikostní limit závisí na tom, že jedna membrána zabere celý 40stopý kontejner a větší membrány zatím nelze do zámoří přepravovat. „Když vyvíjíme projekty o velikosti megawattů, jsou rozděleny na dílčí jednotky o výkonu 600 kW, přičemž každou jednotku představuje jeden vztlakový kruh,“ řekl Bjørneklett.

Výhody nejen pro Albánii

Tyto a další výhody se zatím v podstatě jen ověřují. Sea Ocean má na svém kontě jen několik málo instalací. Albánská by mohla být v mnoha ohledech zlomová, protože bude na dosah dalším potenciálním evropským zákazníkům a bude již pracovat v komerčním režimu.

„S velkým potěšením zahajujeme komerční provoz nového vlajkového plovákového zařízení Ocean Sun v nádrži Banja společnosti Statkraft. Je to důkazem bezpečné, jednoduché a rychlé metodiky výstavby. Solární panely se nám podařilo instalovat rekordní rychlostí… Těšíme se na druhou etapu projektu a na to, že budeme moci prokázat vysoký výkon našeho řešení,“ prohlásil k zahájení provozu albánské instalace Bjørneklett.

Opakovaný důraz na rychlost výstavby není samozřejmě náhodný. Plovoucí elektrárny (alespoň na jiných než rekreačních vodních plochách) by měly mít velikou výhodu právě v tom, že nikomu nevadí. I když vhodných vodních ploch není k dispozici dost, rozhodně ne dost na to, aby pokryly evropskou spotřebu elektřiny, mělo by se na nich dát investovat relatvině snadno a rychle. Alespoň v to tedy investoři zatím nemají důvod nevěřit.

Podle společnosti Statkraft má Albánie jeden z nejvyšších podílů obnovitelné energie v jihovýchodní Evropě. Největší podíl na výrobě elektřiny v Albánii mají vodní elektrárny, které představují přibližně 95 % instalovaného výkonu. Kromě toho má Albánie jeden z nejvyšších počtů slunečních hodin v roce v Evropě a země tak má velký potenciál pro rozvoj solární energie, která se může poměrně vhodně doplňovat se stávajícími vodními elektrárnami.

Load More