Potenciál energie Slunce

Naprostá většina energie, která se na Zemi nachází a využívá, vlastně pochází ze Slunce, respektive je energií sluneční (sluneční záření = solární radiace). Sluneční energie vzniká jadernými přeměnami v nitru Slunce, souvisejícími se zásobami vodíku na Slunci (vodík se při jádrové syntéze přeměňuje na hélium), jejichž vyčerpání je odhadováno v miliardách let. Energie Slunce je tedy řazena mezi obnovitelné zdroje. Je neustále vyzařována do prostoru okolního vesmíru včetně Země.

"Slunce (centrální hvězda našeho planetárního systému) má průměr 1.392.000km a na povrchu teplotu 5.700 K až 6.000 K. Každou sekundu se 4.000 tun sluneční hmoty přemění na energii a ta je vyzářena právě do okolního vesmíru. Na samotnou Zemi pak dopadne cca 45 miliardtin z této vyzářené energie."

Veškerá sluneční energie dopadající na Zemi se beze zbytku přeměňuje na jiné formy (zákon zachování energie): energie fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn – fosilní paliva vznikla z rostlinné nebo živočišné biomasy), energie větru (větrné proudění vyvolané odlišnou intenzitou ohřevu jednotlivých částí planety), energie biomasy (přeměna na energii chemických vazeb při fotosyntéze), vodní energie (sluneční enrgie je hybnou silou koloběhu vody), teplo (nejčastěji projev ztrát při energetických přeměnách), elektromagnetické záření Slunce a sluneční vítr (proud elementárních částic a jader helia ze Slunce).

Na vnějším okraji atmosféry je průměrná intenzita slunečního záření 1.360 W/m² (hovoříme o takzvané solární konstantě), k Zemi se pak za jasného počasí dostane v průměru cca 1.000 W/m².

Potenciál energie Slunce lze aktivně využít dvěma způsoby. Jedním je ohřev vody s pomocí solárně termického panelu (kolektoru). Skládá se z absorbéru v podobě desky nebo trubice (ideálně černé kvůli pohlcování tepla) a dalších částí. Přeměňuje sluneční záření na tepelnou energii. Dělí se na bazénové, ploché a vakuové. Druhý způsob je výroba elektřiny pomocí fotovoltaického panelu.

Co jsou solárně termické panely?

Mohou mít podobu plochy z plastu či speciální gumy. Jsou černé barvy aby se maximalizovalo pohlcování (absorbování) tepla ze slunečního záření. Říká se jim solární absorbery a využívají se především v letní sezóně. Tehdy je sluneční svit dostatečný na to, aby například majitel zahradního bazénu levně ohřál vodu protékající trubičkami solárně termické soustavy. Pohyb této vody či jiné teplonosné kapaliny je zajišťován čerpadlem. O míře účinnosti přenosu získaného tepla do teplonosné kapaliny rozhoduje kvalita opláštění.

Co je fotovoltaický článek?

Fotovoltaický článek je někdy nesprávně zaměňován s fotočlánkem, který ale nemůže dodávat (vytvářet) elektrický proud. Tato velkoplošná polovodičová součástka přeměňuje světlo na elektrickou energii díky využití fotovoltaického jevu. Absorbuje záření a v důsledku toto uvolňuje (emituje) elektrony. Jedná se o jeden ze způsobů zužitkování elekromagnetického záření Slunce. Toto záření je projevem sluneční energie na naší planetě podobně jako teplo, světlo a další jevy. Sluneční světlo je výsledkem termonukleárních reakcí na Slunci.

Co je fotovoltaický panel?

Fotovoltaické články spojené kovovými pásky tvoří solární fotovoltaický panel. Jednotkou jeho výkonu je Wp (watt peak). Tento maximální špičkový výkon podává panel za ideálních, přesně definovaných podmínek. Je to jasná bezoblačná obloha, ideální úhel dopadu světla a a optimální natočení azřízení vůči poloze Slunce na obloze.

Fotovoltaické elektrárny a legislativa od 1.1.2011

V roce 2011 budou státem podporovány malé fotovoltaické elektrárny. Ty umístěné na střechách či fasádách s výkonem 30 kWp a méně mají šanci na takzvaný zelený bonus a garantovanou výkupní cenu elektřiny. Jde tedy o dva různé způsoby finanční podpory. Podmínkou je však zprovoznění po datu 1.3. 2011. Licenci na výrobu eletřiny vystavuje Energetický regulační úřad na základě revize.
Fotovoltaické elektrárny vybudované na půdním fondu státem podporovány nebudou, stejně tak elektrárny vyrábějící jen pro vlastní spotřebu.

Dříve zavedené daňové prázdniny (osvobození od daně z příjmu na 5 po sobě jdoucích let) pro podnikání využívající obnovitelné zdroje byly zrušeny. Výkupní cena elektřiny je však závislá na datu zprovoznění fotovoltaické elektrárny.

Účinnost současných fotovoltaických panelů

Z energie fotonů dopadajícího světla je teoreticky možné přeměnit s pomocí fotovoltaického článku na elektrickou energii maximálně 50%. V praxi je to však u běžných panelů prozatím kolem 15%. Na vývoji účinnějších zařízení se pracuje ve výzkumných laboratořích.

Účinnost solárně termických kolektorů

Pohybuje se kolem 35%, je tedy mnohem vyšší než u fotovoltaických panelů. Rozhodně se vyplatí využívat je např. v rodinných domech jako jeden ze zdrojů tepla. Nejmodernější výkonné kolektory mohou domácnosti ušetřit až 80% nákladů spojených s ohřevem vody.

Způsoby instalace fotovoltaických a solárně termických panelů

Solární panely či pásy umístěné na budovách se podle zákona nepovažují za samostatné stavby. Tento fakt je důležitý při výpočtu daní.

Montážní systémy pro fotovoltaické panely na šikmé střechy se většinou skládají z hliníkových profilů a speciálních kotvících háků. Do určité míry se liší podle typu střechy. Sklon panelů se nastaví na úhel 35^o. Tento parametr totiž ovlivní účinnost zařízení významněji než to, zda je střecha orientována právě na jih.

Řada firem samozřejmě provádí dodávku panelů i s montáží na klíč. Jako první musí dodavatel přímo na místě vyhodnotit, zda je nosnost vaší střechy dostačující.

Do nepříznivých (horských) podmínek je nutné, aby komponenty byly vyrobeny z odolnějších materiálů.

Dále existuje systém plně zabudovaný do střechy, nahrazuje tedy svou plochou střešní krytinu. Obsahuje krycí rámy a tvarovky. Díky velmi plochému provedení působí samozřejmě estetičtěji než výše uvedené řešení. Může pokrývat celou plochu střechy nebo jen tu část, u které se to vhledem ke směru sklonu vyplatí. Samozřejmě záleží i na potřebném počtu panelů pro potřeby ohřevu vody konkrétní domácnosti.

Pro montáž na plochou střechu je třeba složitější nosná konstrukce. Montáž se prodraží avšak panely lze nastavit do libovolného sklonu tak, aby jejich účinnost byla co nejvyšší.

Solárním systémem budoucnosti by se mohly stát tenké lehké fólie dodávané v rolích. Jde vlastně o tenkovrstvé panely. Počítá se s jejich instalací lepením na střešní konstrukce a fasády domů, nebo třeba i markýzy. Jejich pružnost, nízká hmotnost a snadná instalace mluví v jejich prospěch přesto, že v současnosti ještě nedosahují výkonu mono a polykrystalických panelů.

Z hlediska nosné konstrukce je nejnáročnější montáž na zem. Panely lze ale opět nastavit do optimálního úhlu tak jako u plochých střech. Dalším plusem je, že není třeba složité a nebezpečné práce ve výškách. Poměrně rychlá metoda bez nutnosti betonáže je závrtný systém, který lze v budoucnu snadno demontovat. Plocha pod panely zůstává volná a využitelná (např. pro pastvu).

Montáž střešních držáků pro solární tepelné (termické) panely se běžně provádí na již hotových střechách. Pokud jde o panely integrované přímo do krytiny, doporučuje se z hlediska nákladů montovat je už při pokládání krytiny. Jde o velkou investici, která by měla být plánována už před stavbou domu. Solárně termické panely jsou na trhu dostupné i jako stavebnicový systém. Ten může pokrývat část střechy nebo střechu celou.

Uchycení nosníků pro rovné střechy je odlišné, počet nosníků se určí po důkladném proměření a rozkreslení příslušné plochy. Ohřívat kolektory lze vodu pitnou, užitkovou i vodu pro centrální vytápění nebo vodu v bazénu.