Čo je to slnečná energia?
Je to žiarenie zo Slnka schopné produkovať teplo, spôsobovať chemické reakcie alebo vyrábať elektrinu.
Celkové množstvo slnečnej energie na Zemi značne presahuje súčasné energetické požiadavky sveta. Ak je slnečná energia využitá, má potenciál uspokojiť všetky budúce energetické potreby.
Obsah článku (Navigácia)
Očakáva sa, že v 21. storočí sa slnečná energia sa ako obnoviteľný zdroj energie stane čoraz atraktívnejšou voľbou. Dôvodov je veľa. Najdôležitejšie sú tie, že je nevyčerpateľným zdrojom a neznečisťuje prostredie (na rozdiel od obmedzených zdrojov fosílnych palív, ropy a zemného plynu).
Slnko je mimoriadne silný zdroj energie. Slnečné svetlo je zďaleka najväčší zdroj energie prijímaný Zemou. Avšak intenzita žiarenia na zemskom povrchu je v skutočnosti dosť nízka. Je to hlavne kvôli:
- obrovskému radiálnemu šíreniu žiarenia zo vzdialeného Slnka.
- Pomerne malá dodatočná strata je spôsobená zemskou atmosférou a mrakmi, ktoré absorbujú alebo rozptyľujú až 54 % prichádzajúceho slnečného svetla.
Slnečné svetlo, ktoré dopadne na zem, pozostáva z takmer 50 % viditeľného svetla. 45 % tvorí infračervené žiarenie. Zvyšok tvoria menšie množstvá ultrafialového a iných foriem elektromagnetického žiarenia.
Slnečná energia a jej využitie
Slnečná energia má obrovský potenciál. Zem každý deň prijíma približne 200 000-násobok celkovej dennej kapacity výroby elektrickej energie na svete vo forme slnečnej energie. Bohužiaľ, hoci solárna energia samotná je zadarmo, vysoké náklady na jej zber, premenu a skladovanie stále obmedzujú jej využívanie.
Slnečné žiarenie sa môže premieňať buď na tepelnú energiu (teplo) alebo na elektrickú energiu. Tepelná energia sa zo Slnka získava ľahšie.
Termálna energia
Medzi najbežnejšie zariadenia používané na zachytávanie slnečnej energie a jej premenu na tepelnú energiu patria ploché kolektory. Pretože intenzita slnečného žiarenia na zemskom povrchu je nízka, musia mať tieto kolektory veľkú plochu. Napríklad v slnečných častiach miernych oblastí sveta musí mať kolektor plochu povrchu asi 40 m², aby získal dostatok energie na uspokojenie energetických potrieb 1 človeka.
Ploché kolektory
Najpoužívanejšie kolektory s plochými doskami sa skladajú z čiernej kovovej dosky pokrytej jednou alebo dvoma sklenenými tabuľami. Tieto tabule sú zahrievané slnečným žiarením, ktoré na ne dopadá. Toto teplo sa potom prenáša do vzduchu alebo vody, nazývanej nosné tekutiny, ktoré tečú zadnou časťou platne.
Teplo sa môže použiť priamo alebo sa môže preniesť na iné médium na uskladnenie. Ploché kolektory sa bežne používajú ako solárne ohrievače vody a na vykurovanie domov. Uskladnenie tepla na použitie v noci alebo počas zamračených dní sa zvyčajne uskutočňuje pomocou izolovaných nádrží na uchovávanie vody zohriatej počas slnečných období. Takýto systém môže zásobovať domácnosť horúcou vodou odvádzanou zo zásobníka. Poprípade ak zohriata voda preteká trubicami v podlahách a stropoch, môže zabezpečiť vykurovanie miestností. Ploché kolektory obvykle prenášajú teplonosné tekutiny s teplotami v rozsahu od 66 do 93 °C. Účinnosť takýchto kolektorov (t.j. podiel prijatej energie, ktorú prevádzajú na využiteľnú energiu) je v rozsahu od 20 do 80 %, v závislosti od konštrukcie kolektora.
Solárne nádrže
Ďalší spôsob premeny tepelnej energie sú solárne nádrže. Solárne nádrže sú určené na zhromažďovanie a ukladanie slnečnej energie. Teplo získavané z takýchto nádrží umožňuje výrobu potravín, textilu, chemikálií a iných priemyselných výrobkov. Môžu sa tiež použiť na vykurovanie skleníkov, bazénov a budov pre hospodárske zvieratá. Solárne nádrže sa niekedy používajú na výrobu elektriny pomocou motora s organickým Rankinovým cyklom. Takto vyrobená elektrina je relatívne účinný a ekonomický prostriedok premeny slnečnej energie, ktorý je obzvlášť užitočný v odľahlých lokalitách. Inštalácia a údržba solárnych nádrží je pomerne nákladná a vo všeobecnosti je obmedzená iba na využitie v teplých vidieckych oblastiach.
V menšom meradle je možné využiť slnečnú energiu na varenie jedla v špeciálne navrhnutých solárnych peciach. Solárne pece zvyčajne sústreďujú slnečné svetlo z veľkej oblasti do centrálneho bodu, kde nádoba s čiernym povrchom premieňa slnečné svetlo na teplo. Pece sú zvyčajne prenosné a nevyžadujú žiadne ďalšie vstupy paliva.
Výroba elektriny
Slnečné žiarenie sa môže premieňať priamo na elektrickú energiu pomocou solárnych článkov (fotovoltických článkov). V takýchto bunkách sa generuje malé elektrické napätie, keď svetlo zasiahne spoj medzi kovom a polovodičom (napr. kremíkom) alebo spojenie medzi dvoma rôznymi polovodičmi. Energia generovaná jedným fotovoltickým článkom je obyčajne iba asi 2 watty. Spojením veľkého počtu jednotlivých článkov, (napríklad v solárnych paneloch), sa však môžu vyrábať stovky alebo dokonca tisíce kilowattov elektrickej energie v solárnej elektrárni alebo v domácnosti. Energetická účinnosť najmodernejších fotovoltických článkov je iba asi 15 až 20 %, a keďže intenzita slnečného žiarenia je nízka, sú potrebné veľké a nákladné zostavy takýchto článkov, aby sa dosiahlo iba menšie množstvo energie.
Malé fotovoltické články, ktoré spracúvajú slnečné alebo umelé svetlo, našli uplatnenie najmä v zariadeniach s nízkym príkonom (napríklad ako zdroje energie pre kalkulačky a hodinky). Väčšie jednotky sa používajú na dodávku energie pre vodné čerpadlá a komunikačné systémy vo vzdialených oblastiach a pre meteorologické a komunikačné satelity. Majitelia domov a firmy môžu na svoje strechy nainštalovať klasické kryštalické kremíkové panely a technológie využívajúce tenkovrstvové solárne články, aby nahradili alebo rozšírili konvenčné zásobovanie elektrinou.
Solárne elektrárne
Koncentračné solárne elektrárne využívajú koncentrujúce alebo zaostrovacie kolektory. Tie koncentrujú slnečné žiarenie prijímané zo širokej oblasti na malý čierny prijímač, čím sa výrazne zvyšuje intenzita svetla. Tak sa môžu vytvárať vysoké teploty. Zoskupenia starostlivo usporiadaných zrkadiel alebo šošoviek môžu sústrediť dostatok slnečného svetla na zahriatie cieľa na teploty 2000 °C alebo viac.
Toto teplo sa potom môže použiť na prevádzku bojlera, ktorý zase vyrába paru na poháňanie parnej turbíny, ktorá vyrába elektrinu takmer rovnakým spôsobom ako uhoľné a jadrové elektrárne. Na priamu výrobu pary môžu byť pohyblivé zrkadlá usporiadané tak, aby sústredili veľké množstvo slnečného žiarenia na začernené potrubia, cez ktoré cirkuluje voda a tým sa zahrieva.
Iné využitia
Slnečná energia sa v malom meradle používa na iné účely ako na tie opísané vyššie. V niektorých krajinách sa napríklad solárna energia používa na výrobu soli z morskej vody odparovaním. Podobne aj odsoľovacie jednotky poháňané slnečným žiarením premieňajú slanú vodu na pitnú vodu premenou slnečnej energie na teplo.
Solárna technológia sa uplatnila aj pri čistej a obnoviteľnej výrobe vodíka ako alternatívneho zdroja energie. Umelé listy sú zariadenia na báze kremíka, ktoré napodobňujú proces fotosyntézy a využívajú slnečnú energiu na rozštiepenie vody na vodík a kyslík. Nezanechávajú prakticky žiadne znečistenie. Na zlepšenie účinnosti a nákladovej efektívnosti týchto zariadení na priemyselné použitie je potrebná ďalší vývoj technológií.
Slnečná energia je nevyčerpateľný zdroj paliva, ktorý neznečisťuje naše životné prostredie. Slnečná energia je tiež univerzálna. Napríklad solárne články vyrábajú energiu pre odľahlejšie objekty, ako sú satelity na obežnej dráhe Zeme a chatky hlboko v horách.
Nevýhody
Slnečná energia nie je dostupná v noci bez uskladňovacieho zariadenia (batérie). Pri oblačnom počasí môže byť počas dňa nespoľahlivá. Solárne technológie sú tiež veľmi drahé a vyžadujú veľké plochy na zhromažďovanie slnečnej energie v dostatočnej miere.
Záver
Napriek nevýhodám sa spotreba solárnej energie za posledných 15 rokov zvýšila približne o 20 % ročne. Tento vzostup sa pripisuje rapídne klesajúcim cenám a zvýšeniu efektívnosti. Japonsko, Nemecko a USA sú lídrami na trhu so solárnymi článkami. Vďaka daňovým stimulom a účinnej spolupráci s energetickými spoločnosťami môže slnečná energia o 5 – 10 rokov zarábať sama na seba (a tým pádom by bola úplne zadarmo).
Zdroj: britannica.com, nationalgeographic.com