Napsal Milan Smrž z www.eurosolar.cz Český sluneční informační server
Na zemi dopadá 15.-18.000 více energie, než spotřebovává současná civilizace. Předpokládaná doba existence Slunce v jeho současné podobě je 5 miliard let. Mezi sluneční energie počítáme všechny přírodní procesy, jejichž hnací silou je sluneční svit.
Důsledným využíváním kombinace všech dostupných metod sluneční energetiky lze zabránit dlouhodobým změnám ekosféry a s nimi spojenému hospodářskému, sociálnímu a politickému chaosu, který bude při vyčerpání fosilně atomových zdrojů prakticky nevyhnutelný.
Umožňuje přímou přeměnu slunečního záření na elektrickou energii. Výkon elektrických panelů se uvádí ve Wp , což je označení maximálního okamžitého výkonu. S ohledem na to, že v ČR dopadá průměrně na metr čtverečný celkem 1000 kWh/rok, lze pomocí fotovoltaiky při běžné dnešní účinnosti 15% získat 150 kWh za rok z jednoho metru. Teoreticky potřebná plocha na pokrytí celé naší domácí spotřeby tedy činí něco málo přes 300 km2 - má tedy plochu velké Prahy. Při počtu 3.000 000 střech, by pak průměrně postačovalo na každé 100 metrů čtverečných solárních panelů.
Energetická návratnost (Energy Pay Back Time) fotovoltaických panelů je podle typu 20 - 50%, což znamená, že zařízení vyrobí za pětinu až polovinu své životnosti tolik elektrické energie, kolik bylo zapotřebí k jeho vlastní výrobě.
Existuje několik desítek výrobců světových výrobců a jeden český. Toto odvětví dnes patří mezi jedno z neprogresivněji se rozvíjejících (meziroční nárůst k roku 2000 byl 38%). Laboratorní vzorky polovodičových fotovoltaických panelů dnes dosáhly relativní účinnosti 24.6 % a u vývojových panelů na bázi oxidu titanu a organických barviv bylo dosaženo účinnosti 33%.
Životnost současných fotovoltaických panelů je 30, poskytovaná garance 10 let. Na výrobu základního typu současných fotočlánků je zapotřebí křemík, jehož je v zemské litosféře nepřeberné množství. Většina použitého křemíku ze starých fotovoltaických panelů je recyklovatelná při snížených energetických nákladech.
Pomocí jednoduchého zařízení - solárního kolektoru -je možno získávat bez další dodávky paliv z fosilně atomových zdrojů teplou vodu. Na světovém trhu existují tisíce výrobků nejrůznějších typů a materiálového provedení, od plastových a skládacích až po celoměděné nebo kolektory ve formě montážních kompletů sloužících místo střešní krytiny.
Získané teplo lze použít přímo nebo přes výměník jako otopnou nebo teplou užitkovou vodu, případně jej sezónně uskladnit ve velkých podzemích zásobnících přes zimu. Při běžné instalaci na střeše bez větší dlouhodobé akumulace umožňují solární kolektory získat ze slunečního svitu až 75% celoroční spotřeby teplé užitkové vody a až 45% roční spotřeby tepla pro otop. Zvětšením plochy kolektorů a akumulací tepla lze tento podíl zvýšit až na 100%.
Toto zařízení je v principu vysokovýkonovým solárním kolektorem, který vyrábí v trubkách ležících v ohniscích velikých parabolických zrcadlech páru, a ta se pak v parní turbíně přeměňuje na mechanickou práci. Elektrárny tohoto typu lze stavět v místech s vysokou intenzitou a dlouhou dobou slunečního osvitu. Veliké elektrárny tohoto typu existují v USA v Mohavské poušti a mají jednotlivý výkon v desítkách MW, v elektrárně s větším výkonem než 80 MW produkují proud levněji než v atomové elektrárně.
V České republice není příhodná intenzita pro větší zařízení tohoto typy, lze je ale stavět v jižních aridních oblastech Evropské unie nebo v severní Africe. Na těchto investicích se mohou podílet země s nižší intenzitou svitu.
Výstavba sluneční domů a celých slunečních aglomerací je nejdůležitějším úkolem současné rekonstrukce společnosti do solární podoby. Současný podíl energie potřebný pro domácnosti činí ve střední Evropě 40% z celkové spotřeby a je již prokázáno, že i méně příznivých klimatických podmínkách lze s úspěchem stavět a provozovat domy, které vyrobí více energie než spotřebovávají. Jedním z nich je například dům Solar Plus architekta Rolfa Dische ve Freiburgu. Města mohou v budoucnu sloužit jako elektrárny.
Autarkní nebo-li nulemisní domy - jak se tyto stavby, díky tomu, že produkují netto nulové emise, také nazývají - jsou vybudovány jako dokonale izolované, s rekuperací tepla z odpadního vzduchu, akumulací tepla do podzemních zásobníků, s využitím skleněných fasád s optimálními transparentními, transportními a izolačními vlastnostmi, jižní orientací dlouhých stěn domů, vnitřním slunečním osvětlením pomocí světlovodů a speciálních optických systémů, zakrytím severních stran domů, využívání biomasy, bioplynu, biopaliv a množstvím dalších kreativních prvků. Výstavba těchto domů nemusí být nutně dražší než výstavba domů využívajících fosilně atomovou energii a hlavním přínosem bude jejich úsporný provoz, zejména s výhledem jistoty neustále se zvyšujících cen konvenčních nesolárních energií.
Takovéto domy již existují v oblastech, které nejsou na první pohled nijak klimaticky optimální - Dánsko, severní Skotsko. Do podoby energoautarkní stavby byla v poslední době rekonstruována budova dnešního Bundestagu v Berlíně.
Vodík vznikající elektrolýzou vody proudem získaným ze sluneční energie je ideální možností jak skladovat energii. Je testován jako alternativní palivo do automobilů a letadel, kde má možnost nahradit stávající fosilní paliva. Na konverzi se používají palivové články - zařízení, která přímo z vodíku poskytují na elektrodách elektrický proud.
Při nízkoteplotní oxidaci nezatěžuje vodík životní prostředí žádnými škodlivými zplodinami a je plynem, který má na kilogram nejvyšší spalné teplo. Lze jej skladovat a transportovat - a proto je předurčen jako způsob konzervace sluneční energie.
Obecně lze využívat nízkopotenciální i vysokopotenciální teplou vodu ze zemských vrtů. Na světě je využíváno zemské teplo na výrobu elektrické energie o výkonu 8.000 MW - zejména v Japonsku. Využívání zemské energie není klasickou sluneční energií, protože - striktně vzato - se nejedná o sluneční obnovitelný zdroj. Nízkopotenciální teplo z mělkých vrtů nebo ze země se využívá ve spojení s dalšími technologiemi (tepelné čerpadlo).
Tepelné čerpadlo pracuje jako lednička - pomocí dodané elektrické energie odebírá teplo chladnějšímu zásobníku (tekoucí nebo podzemní vodě, či vzduchu) a předává je teplejšímu (otopnému mediu). Pro sluneční energetiku má smysl pouze tehdy, je-li napájeno obnovitelným zdrojem elektrické energie. Umožní hospodárněji využít nízkopotenciální teplo pro vytápění při vyšší teplotě - což znamená úsporu nákladů, materiálů a zařízení. Nejběžněji lze získat asi 3 krát více tepla, než se systému dodá ve formě elektrické energie.
Pakliže je tepelné čerpadlo provozováno elektrickým proudem z fosilně atomového systému, je sice výhodnější než elektrický přímotop, ale z hlediska dlouhodobé stability civilizace žádnou výhodu nepřináší.
Jednou z téměř před očima se rozvíjejících technologií sluneční energie je energie větru. Větrné elektrárny jsou konstruovány do velikosti cca 2 MW a nejvíce je jich situováno v místech se stabilním prouděním - na místech některých horských průsmyků, zejména však na mořském pobřeží. Velmi výhodnou variantou jejich umístění je lokalizace v šelfech mělkých moří, kde pracují spolehlivě a neomezují žádné další využívání prostoru.
U nás je potenciál větru omezen na několik oblastí, nicméně i tak představuje celkový potenciál 10 - 20% celkové současné energetické spotřeby. Racionální využívání větru je zejména závislé na technických inovacích větrných elektráren a na jejich hromadné výrobě. Do budoucna lze počítat s rozvojem větrné energetiky především v přímořských regionech a s inovovanými a ekonomičtěji pracujícími typy větrných elektráren.
Vodní síla je jedním z nejstarších způsobů využívání sluneční energie. Doložená jsou první vodní kola z doby 3.500 př.n.l. Z celkové světové výroby elektrické energie je 18% kryto z vodní energie. Ekologicky únosnou míru představují pouze malé vodní elektrárny do výkonu 10 MW.
V České republice představuje celkový potenciál malé vodní síly asi 1.8 TWh ročně, což reprezentuje asi 4% při současné spotřebě, zatím nebyly opraveny a opětovně do provozu uvedeny tisíce malých vodních elektráren, které v Čechách a na Moravě byly v provozu před druhou světovou válkou. Vodní síla patří mezi jednu z nejspolehlivějších a nejstarších.
Velké vodní elektrárny nejsou bez vlivu na životní prostředí a představují určitou ekologickou zátěž, také proto, že jejich výstavba je ekonomická právě na řekách s velikým průtokem. Je ovšem zřejmé, že jejich nepříznivý lokální vliv je rozhodně menším zlem než globální působení emisí skleníkových plynů a celková kontaminace celých regionů.
Neustálé vlny na všech mořích světa jsou jedním z největších potenciálů sluneční obnovitelné energie. Jejich využívání je zatím ve fázi výzkumu a pilotních projektů, lze ale počítat s tím, že využitelnost poroste. Existuje několik typů zařízení - jedno je stabilně spojeno s dnem nebo pobřežím a využívá příboj, další jsou ukotvena na hlubší vodě a volně se pohybují na vlnách.
Ocean Thermal Energy Conversion je metoda využívající rozdílnou teplotu povrchové a hlubinné vrstvy mořské vody a pomocí uzavřeného oběhu nízkovroucího médi nebo otevřeného okruhu vody, či jejich kombinace může vyrábět jak elektrický proud, tak čistou vodu. U Havajských ostrovů je instalováno experimentální zařízení, které pracuje mezi teplotami 30°C na povrchu a 7°C v hloubce 58 metrů a má výkon 35 kW.
Z globálního hlediska představuje systém OTEC značný potenciál, i když nelze vyloučit s větším nasazení určité lokální problémy při teplotním promíchávání dvou v podstatně nemísitelných vrstev mořské vody.
Energie přílivu je vlastně energií Měsíce a nikoliv Slunce, ač se také jedná o obnovitelnou energii. Většinou se využívají na místech s vysokých přílivem - nad 10 metrů, tak, že se přehradí vhodně položený záliv. Využívání energie přílivu nemusí být za všech okolností bez problémů, známé jsou obtíže se zanášením zařízení a se zasolováním půdy a proto nelze tento způsob získávání energie považovat za bezproblémový obnovitelný zdroj.
Pouhým objemem 20% celkového ročního přírůstku biomasy by bylo možno teoreticky pokrýt celosvětovou spotřebu energie.
Biomasu lze využívat mnohými technologiemi, z nichž některé provázejí člověka již miliony let - např. spalování dřeva, až po technologie zcela moderní - výroba elektrické energie v palivových článcích z metanu získaného v bioplynových generátorech. Mezi těmito krajními polohami existuje veliké množství technologií, které umožňují získávat teplo, elektrickou energii a vyrábět z obnovitelné biomasy nejrůznější tuhá, kapalná a plynná paliva.
Hlavní výhodou těchto paliv je možnost jejich skladování a následného využití v klimaticky nevýhodných obdobích. Progresivním způsobem je využívání dřevěné odpadní štěpky nebo obilné slámy pro kogeneraci tepla a elektrické energie v blokových elektrárnách o výkonu cca do deseti MW - tato praxe je běžná například v Dánsku.
Celkový příjem sluneční energie Zemí je za rok 751*1015 kWh, což představuje polovinu miliardtiny celkového výkonu Slunce, z čehož je :
50 % reflektováno zpět mraky
15 % reflektováno zpět povrchem
5,3 % absorbováno půdou
1,7 % ve spotřebováno mořskou florou
0.2 % zemskou vegetací
ze zbytku se největší část spotřebuje na výpar vody
Střední sluneční konstanta je podle posledních měření ve vesmíru 1353 W/m2 , což reprezentuje 3. ledna (v perihéliu) 1398 W/m2 a 3. července (v apohéliu) 1308 W/m2 fluktuace způsobná eliptičností dráhy je tedy 3,3 %.
| oblast | % | celková energie |
| ultrafialové světlo | 7,82 | 105,8 W/m2 |
| viditelné světlo | 47,33 | 640,4 W/m2 |
| infračervené záření | 44,85 | 606,8 W/m |
Napsal Milan Smrž z www.eurosolar.cz Český sluneční informační server
Kočí Jindřich | 30.07 13:27