Proč vsadit na soláry?

Sluneční reaktor

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. Proč ji tedy nechytat?

"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).

Bez Slunce by na Zemi nebyl život, stejně jako bez vody, kyslíku a dalších prvků a sloučenin. Bez Slunce by však na Zemi navíc nebyla ani energie. Slunce je vlastně ohromný jaderný reaktor, který ovlivňuje svou soustavu (sluneční soustavu). Ne náhodou bylo právě Slunce v dávnověku nazýváno Bohem, kterému jsme se přestali klanět až s nástupem novověku. S ohromnou spotřebou energie naší civilizací však poklony Slunci znova nabývají na intenzitě, i když se zrovna neklaníme „bohu,“ ale fyzice a chemii.

Elektromagnetické záření Slunce

Spektrum slunečního (elektromagnetického) záření dopadajícího na Zemi můžeme rozdělit na záření ultrafialové (o vlnové délce pod 400 nm), záření viditelné (45 až 60% dopadajícího záření, o vlnové délce 400 až 750 nm) a záření infračervené (o vlnové délce přes 750 nm). Směrem k Zemi dopadne ročně 5000 krát více sluneční energie, než je naše celková světová spotřeba. Příkon tohoto záření je cca 1.350 W/m² – hovoříme o solární konstantě, která však pro eliptický tvar oběhu Země kolem Slunce není konstantní (kolísání konstanty činí cca 3%).

Velká část slunečního záření mířícího k Zemi je přitom pohlcena atmosférou, na povrch Země tedy dopadne max. 1.000 W/m² v podobě záření přímého a difúzního (difúze – rozptyl přímého světla na oblacích a nečistotách v ovzduší i odrazem od terénu). Právě díky difúzi se nám obloha zdá být modrá – jde však o optický klam.

Sluneční záření v ČR

Pro sluneční záření je typická časová a geografická nerovnoměrnost. To platí nejen pro planetu Zemi, ale i tak malou oblast, jakou je ČR. I zde najdeme rozdíly mezi regiony. Průměrný počet hodin solárního svitu za jasné oblohy je v ČR od 1.400 do 1.700 za rok. Nejméně hodin svítí Slunce na severozápadě našeho území, počet hodin narůstá směrem jihovýchodním. Tomu pak odpovídá i orientace solárních panelů (ideálně na jihovýchod).

Důležitá je i míra znečištění atmosféry v dané lokalitě (zvyšuje se difúze). Při vysokém výskytu inverzí může pokles záření činit 5 až 10%. Při nadmořské výšce od 700 do 2000 m.n.m. Můžeme naopak počítat s 5% nárůstem slunečního záření. Na Zemi na našem území ročně cca 950 až 1.100 kWh sluneční energie.

Současné solární systémy

Tepelnými solárními panely můžeme ohřívat užitkovou vodu (TUV = Teplá Užitková Voda), přitápět dům nebo ohřívat vodu v bazénu. Solární energii můžeme využít k jednomu ze tří typů ohřevu vody, nebo kombinovaně ke všem zároveň. Přitom je možné využít právě i solární systémy pro výrobu elektřiny (fotovoltaické panely), určené ke spotřebě v místě výroby. Není-li zdroj připojen k rozvodné síti, ukládá se přebytečná elektřina do akumulátorů a my ji spotřebujeme později. Jinak je přebytečná elektřina dodávána do rozvodné sítě.

Sluneční kolektor pasivně zachytává sluneční záření a přeměňuje je v tepelnou energii. Tu předává teplonosné látce (nemrznoucí směs), která koluje v okruhu mezi kolektory a výměníkem v akumulační nádrži (třeba v bojleru). Od tohoto principu se samozřejmě zásadně liší výroba elektrické energie fotovoltaickými panely. Fotony (sluneční záření) dopadají na polovodičový materiál (ideálně křemík), který obsahuje P-N přechod. Svým dopadem uvolňují z krystalické mřížky polovodiče volné elektrony a zůstávají v něm „díry.“ Tok volných elektronů musí být usměrněn tak, aby prošly elektrickým obvodem a vydaly energii získanou z fotonů, ještě než budou opět přitaženy do volných děr.

Solární systémy dosahují ekologické výroby energie bez produkce jakýchkoli spalin a emise CO₂, jejich provoz je výjimečně hospodárný, spotřeba cizí energie minimální, snadno jimi získáme teplou vodu pro všechny oblasti použití nebo elektřinu téměř celoročně, provoz solárů je plně automatický a nevyžaduje údržbu, průběžně jsou navíc nabízené různé dotační tituly pro investování do solárů. Lze očekávat, že zastavený program Zelená úsporám, který podporoval ohřev vody a přitápění solárními panely, bude nahrazen jiným dotačním titulem. Zcela bez šance není ani rehabilitace tohoto programu, byť je to jen málo pravděpodobné. (Pozor: program Zelená úsporám nepodporoval fotovoltaiku.)

Do solárních systémů investují lidé, kteří uvažují ekologicky a hledí do budoucna.