Obnovitelné zdroje - Sluneční energie

Sluneční energie patří mezi nevyčerpatelný zdroj, jehož využívání nemá žádné negativní účinky na životní prostředí. Množství solární energie, které se dá využít je závislé na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Lze ji dobře využívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vyšší nadmořskou výškou. Na území České republiky jsou poměrně dobré podmínky pro využití solární energie. Celková doba slunečního svitu (bez oblačnosti) se v našich podmínkách pohybuje v rozmezí 1400 – 1700 h/rok. V některých oblastech, jako například v nížinách na jižní Moravě je udávaná doba slunečního svitu dokonce až 2000 h/rok. Na plochu jednoho čtverečního metru přitom dopadá ročně cca do 1100 kWh solární energie. Na základě těchto čísel je možné konstatovat, že při dobré účinnosti solárního systému lze z poměrně malé plochy (podstatně menší než je střecha rodinného domku) získat poměrně velký výkon. Využití sluneční energie V našich podmínkách je možné solární energii využívat zejména k výrobě tepla a to k ohřevu teplé užitkové vody, vody v bazénech a k dotápění objektů. Z důvodu malého procenta účinnosti je méně vhodné i když v některých případech těžko zastupitelné (např. místa bez přístupu k elektrické síti) využití přeměny sluneční energie na elektrickou energii fotovoltaickými články. Využití slunečního záření k výrobě tepla Pasivní využití Pasivní systémy, fungující na principu skleníkového efektu, lze dobře využít zejména u nově budovaných staveb, kdy se jim musí přizpůsobit již architektonické řešení. U staveb starších lze pasivní systém realizovat například vybudováním skleněných přístavků (příkladem mohou být prosklené verandy a zimní zahrady umožňující předávání přebytečného tepla do ostatních obytných prostor). Množství získané energie závisí na poloze, druhu, architektonickém řešení budovy a použitých materiálech. Důležité je vzít v potaz především to, že největší nároky na teplo a tudíž i na využití sluneční energii jsou v topné sezóně, tedy v době, kdy se nachází slunce nejníže. Naopak je nutné zabránit nadměrnému přehřívání v letních měsících. K tomu slouží například speciální fólie či žaluzie. Na principu kombinace pasivního a aktivního systému pracují koncentrující kolektory s lineární Fresnelovou čočkou, popsané dále v této kapitole. Aktivní využití Sluneční záření se přeměňuje na teplo pomocí solárních kolektorů. Teplo získané v kolektorech se využívá přímo k přitápění , ohřevu vody nebo se může ukládat v akumulačních nádržích a využívat později (v noci, ve dnech se slabým slunečním svitem). Platí však, že čím delší je potřebná doba akumulace, tím je systém investičně dražší. Absorbér Základní částí každého kolektoru je absorbér. To je obvykle těleso z materiálu s dobrou tepelnou vodivostí, na svrchní straně opatřené speciální tenkou vrstvou, která minimálně odráží a maximálně zachycuje (absorbuje) sluneční záření a proměňuje je na teplo. Při příznivých klimatických podmínkách jím může být například obyčejná černá hadice či na černo natřený sud. V současné době je na trhu dostatek druhů absorbérů zhotovených z kvalitních materiálů, umožňujících velice dobré uplatnění například při sezónním ohřevu vody v bazénech, v rekreačních střediscích a kempech pro ohřevu vody ve sprchách atd. Uvnitř nebo na spodní straně absorbéru je soustava kanálků, protékaných vodou, která odvádí získané teplo. Z důvodu nižší účinnosti se absorbéry používají téměř výhradně jako jednookruhové systémy, tedy takové, kdy ohřátá kapalina v absorbéru je předávána přímo do bazénu nebo například do sprchy. Solární kolektor Solární kolektor je v podstatě zdokonalený absorbér, umožňující celoroční provoz. Ke zlepšení funkce a účinnosti kolektoru podstatně přispívá dobrá tepelná izolace. Na vrchní straně tvoří tuto izolaci světlopropustný kryt absorbéru (sklo, fólie, plastová deska). Na spodní straně a bocích je absorbér izolován klasickými izolačními materiály (např. minerální vlákna, pěnový polyuretan a pod.) Celý systém je zapouzdřen v tuhém rámu nebo vaně chránícím kolektor proti mechanickým a vlhkostním účinkům. Teplo je odváděno z kolektoru prostřednictvím teplonosného média (voda, nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu, vzduch atd.) izolovaným potrubím do místa spotřeby, např. do solárního zásobníku. V současnosti se u nás i ve světě vyrábí několik typů solárních kolektorů. Během jejich vývoje došlo k celkovému sjednocení konstrukce a jednotlivé typy se nyní liší pouze v detailech. Typy solárních kolektorů: Základní typy podle materiálu (rozdělení podle druhu materiálu, ze kterého je vyroben absorbér / rám (vana): Absorbér i rám vyroben z hliníku Absorbér z mědi a rám z hliníku Absorbér z mědi a rám z nerezi Základní typy solárních kolektorů podle tvaru absorbéru: Vakuové trubkové kolektory jsou kolektory s nejvyšší účinností zejména v zimním období, neboť vysokým vakuem uvnitř trubice jsou téměř eliminovány tepelné ztráty konvekcí. Další výhodou přímo protékaných trubkových vakuových kolektorů je variabilnost jejich umístění. Mohou být umístěny i ve svislé poloze a natočením trubic s absorbérem se docílí optimální orientace vůči dopadajícím paprskům slunečního záření. Jejich nevýhodou jsou však vysoké pořizovací náklady a nutnost udržovat vakuum uvnitř trubic. Ploché vakuové kolektory jsou jedním z nejmodernějších výrobků v oblasti solární techniky. Spojuje v sobě výhody trubkových vakuových kolektorů (nízké tepelné ztráty konvekcí) a plochých zasklených kolektorů se selektivní vrstvou (nižší pořizovací náklady při zachování vysoké účinnosti). U těchto kolektorů se udržuje vakuum pomocí vývěv spínaných elektronickým regulátorem. Plochý zasklený kolektor se selektivní vrstvou. Tyto kolektory by měly v současnosti představovat nejrozšířenější typ instalovaných kolektorů. Jejich pořizovací náklady jsou prakticky stejné jako u běžných plochých kolektorů s matným černým absorbérem při vyšší účinnosti. Selektivní vrstva podstatně snižuje tepelné ztráty sáláním z povrchu absorbéru (o 15 – 30 %). Její princip spočívá ve velké absorpční schopnosti. Lineární Fresnelova čočka pracuje na principu kombinace pasivního a aktivního využití energie Slunce. Jedná se o původní český kolektorový systém, využívající ploché sklo – optický rastr – lineární Fresnelovu čočku (LFČ). Pod čočkou, která je zabudována do střešní konstrukce je v ohniskové vzdálenosti (cca 40 cm) umístěn pohyblivý rám s absorbéry. LFČ má schopnost separovat přímou složku (neovlivněnou oblačností) a difusní složku dopadajícího slunečního záření. Koncentrovaná přímá složka je pak soustředěna na absorbér, kde je prostřednictvím teplonosného média přeměněna na teplo a odvedena k dalšímu použití (např. ohřev teplé užitkové vody nebo vody v bazénu). Difusní složka bez podstatných změn proniká do vnitřních prostor, kde osvětluje a ohřívá díky skleníkovému efektu prosklený interiér stavby. Jelikož Slunce mění svou polohu vůči kolektoru, mění se i poloha ohniska LFČ. Aby se absorbéry nacházely vždy v místě maximálního oslunění, je rám opatřen pohybovým mechanismem. Signál k pohybu rámu nahoru nebo dolu je pak dán dvěma čidly. Celý systém má tak kromě zajímavého architektonického efektu i další přínosné funkce jako osvětlení, klimatizace a ohřev teplonosného média. Nedílnou součástí každého solárního systému jsou kromě solárnícho kolektoru další komponenty: Solární zásobník Jedná se o nádobu, ve které dochází pomocí teplonosného média primárního (solárního) okruhu prostřednictvím výměníku tepla k ohřevu teplé užitkové vody sekundárního okruhu. Zároveň je teplá voda v zásobníku akumulována pro pozdější využití. Obecně platí, že čím je požadovaná doba akumulace delší, tím je systém dražší a méně ekonomický. U běžných solárních systémů se zásobníky dimenzují na jednodenní akumulaci. Voda v těchto zásobnících se ohřívá jednak pomocí solárního výměníku tepla, dále pak jedním případně dvěma doplňkovými výměníky tepla napojenými na jiný zdroj (elektřina, plyn aj.). Výměník tepla Voda v solárním zásobníku je ohřívána jednak solárním výměníkem umístěným co nejníže, dále pak nad ním umístěným jedním případně dvěma výměníky tepla napojenými na jiný zdroj (např. elektřina, plyn aj.). Doplňkovým výměníkem je voda ohřívána zejména v době nedostatečného slunečního svitu. Spojovací potrobí Spojovacím potrubím proudí teplonosná kapalina mezi kolektorem a zásobníkem (výměníkem). Vzhledem k tomu, že teploty v solárním kolektoru mohou dosahovat až 250°C v žádném případě není možné použít plastové potrubí. Nejlépe osvědčené jsou systémy s tvrdého měděného potrubí. Aby nedocházelo k velkým ztrátám, je třeba potrubí dostatečně izolovat. Cirkulaci teplonosné kapaliny v potrubí zajištuje oběhové čerpadlo. Zabezpečovací zařízení Součástí solárního systému musí být, stejně jako u systému vytápění i zabezpečovací zařízení. Duležitou roli přitom zaujímá expanzní nádoba vyrovnávající tlak způsobený značným kolísáním teploty, dále pak různé pojistné ventily. Zdroj: Ekoportal