zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

Sluneční energie

13.02.2008
Energie
Solární energie
Sluneční energie
V solární technice přichází veškerá využitelná energie ze Slunce.

Množství sluneční energie, která každoročně dopadne na povrch Země je 5000 krát větší, než veškerá potřeba světové energie, proto se vyplácí podle možností hledat, jak vyřešit alespoň část našich energetických problémů s použitím této nadměrné nabídky.

Slunce je centrální hvězdou v našem planetárním systému. Bez Slunce by nebyl na zemi možný život. Slunce má průměr 1 392 000km, teplota jeho povrchu se pohybuje mezi 5700K až 6000K. Zdrojem energie Slunce je jádrová syntéza, kdy se vodík přeměňuje na hélium. Každou vteřinu se 4000 tun hmoty Slunce přemění na energii, která se vyzáří do okolního vesmíru, přičemž na Zemi dopadne přibližně 45 miliardtin celkové vyzářené energie Slunce. Spektrálně složené sluneční záření se pohybuje od rentgenové oblasti až po rádiové vlny.

Sluneční energie dopadá na Zemi ve značně zředěné formě. Na hranici zemské atmosféry je to 1350W na čtvereční metr = tzv. sluneční konstanta. Při průniku zemskou atmosférou se část této energie odrazí a pohltí, takže na povrch Země dopadne maximálně 1000W na čtvereční metr ve formě přímého a difúzního záření. Difúzní složka vzniká rozptylem přímého světla na oblacích a nečistotách v ovzduší a odrazem od terénu, difúzní složka slunečního záření mimo jiné způsobuje, že se nebe zdá modré.

Mimo malé energetické hustoty se sluneční záření vyznačuje též značnou časovou a oblastní nerovnoměrností. V letním půlroce dopadne na zem přibližně 75% z celoročního globálního záření, navíc jsou velké rozdíly v závislosti na geografické poloze, dokonce i v rámci samotné České republiky jsou určité rozdíly mezi jednotlivými regiony. Průměrný počet hodin solárního svitu (bez oblačnosti) se v ČR pohybuje v rozmezí 1400h/rok až 1700h/rok. Nejmenší počet hodin má severo-západ území, směrem na jiho-východ počet hodin narůstá. Lokality se od sebe běžně liší v průměru o -10%, v oblastech se silně znečištěnou atmosférou nebo v oblastech s vysokým výskytem inverzí je nutné počítat s poklesem globálního záření o 5-10%. Pro oblasti s nadmořskou výškou od 700 do 2000 m.n.m. je možné počítat s 5% nárůstem globálního záření. Na Zemi dopadne za rok v našich podmínkách průměrně 950kWh - 1100kWh energie.

Sluneční energii lze použít pro účely výroby tepla (fototermika) nebo pro výrobu elektrické energie (fotovoltaika). U tepelných solárních soustav pak pro ohřev teplé užitkové vody (dále jen TUV), přitápění objektů a ohřevu bazénové vody. Vyrábět elektřinu lze pro účely vlastní spotřeby v místech, kde není rozvodná síť, nebo ji za účelem zisku prodávat distributorům elektrické energie.
 
Fotovoltaický jev Fotovoltaický jev
byl objeven v roce 1839 Antoine-César Becquerelem (1788-1878). Na rozhraní dvou polovodičových materiálů, na něž dopadá světlo, vzniká elektrické napětí. Světlo se skládá z nesčetných drobných nosičů energie, fotonů. Dopadnou-li tyto fotony na solární článek, budou uvolněny elektrony na n-vrstvě a přesouvat se k p-vrstvě křemíkového polovodiče. Tento přesun se nazývá průtok proudu a probíhá vždy od – do .
 
Fotovoltaický článek/panel Fotovoltaický článek/panel
První fotovoltaické články, které jsou obvykle zapojovány do panelů byly vyrobeny v 50. letech v USA pro vesmírný výzkum, protože výroba energie ze slunečního záření je jedním z mála možných "nejaderných" způsobů výroby energie v kosmu. První fotovoltaický článek byl vyroben v roce 1954 a ve vesmíru byl použit v roce 1958. Cena prvních panelů byla nad úrovní 150$/Watt-peak, od 70. let cena s rostoucím zájmem o fotovoltaiku a s rostoucím objemem výroby klesala až na dnešní cenu přibližně 3-4$/Watt-peak.
 
Jednotka výkonu Watt peak Jednotka výkonu Watt peak
Nominální výkon fotovoltaických panelů je udáván v jednotkách Watt peak (Wp), jde o výkon vyrobený solárním panelem při standardizovaném výkonnostním testu, tedy při energetické hustotě záření 1000W/m2, 25°C a světelném spektru odpovídajícím slunečnímu záření po průchodu bezoblačnou atmosférou Země (Air Mass 1,5). Watt peak je jednotkou špičkového výkonu dodávaného solárním zařízením za ideálních podmínek, jde tedy přibližně o výkon dodávaný panelem za běžného bezoblačného letního dne.
 
Energetická návratnost a recyklovatelnost fotovoltaických panelů Energetická návratnost a recyklovatelnost fotovoltaických panelů
Energetická náročnost výroby fotovoltaického panelu s články o nominálním výkonu 100Watt-peak je včetně konstrukcí a dalšího příslušenství a zařízení nutných pro jeho provoz na úrovni přibližně 300kWh. Takový panel za rok provozu vyrobí přibližně 100kWh elektrické energie, energetická návratnost celého fotovoltaického zařízení je tedy okolo 3 let. Výrobci poskytují na články 25 letou tzv. výkonnostní garanci, kdy po 25 letech provozu článku bude jeho výkon na 80% jeho nominálního výkonu. Články mají životnost delší než 30 let, po této době se veškeré materiály na výrobu panelů (kovy a sklo) a článků (křemík) dají recyklovat u specializovaných firem.
 
Výroba fotovoltaických článků Výroba fotovoltaických článků
Čistý křemík pro solární články se vyrábí z křemenného písku tavením v obloukové peci (redukce pomocí uhlíku) do podoby monokrystalických nebo polykrystalických křemíkových tyčí v délce 1m a průměru 12cm. Tyče jsou nařezány na tenoučké plátky (<0,5 mm), vyleštěný a poté je jedna strana plátku obohacena malým množstvím pětimocného chemického prvku - vznikne polovodič typu P, zatímco druhá strana je obohacena prvkem trojmocným - vznikne polovodič typu N. Toto obohacení se nazývá infundace. Zadní strana článku se pak potáhne velmi tenkou vrstvou hliníku, která slouží jako kladný pól. Přední strana je rovněž potažena hliníkem, ovšem nikoliv plošně, nýbrž hliník představuje jen úzké vodivé dráhy (záporný pól), aby mohlo světlo dále dopadat na křemík. Na svrchní vrstvu se používá antireflexní vrstva, články jsou pak zapájeny do panelů a překryty speciálním ochranným solárním sklem s dobrou propustností světla.
 
Typy fotovoltaických článků a jejich účinnosti Typy fotovoltaických článků a jejich účinnosti
Fotovoltaické články založené na křemíkové bázi se dělí na amorfní (napařovaná křemíková vrstva - účinnost 4%-8%), monokrystalické (články vyráběné z jednoho křemíkového krystalu - účinnost 13%-17%) a polykrystalické (články vyráběné z křemíkové krystalické mřížky - účinnost 10%-14%). Alternativním materiálem pro výrobu fotovoltaických článků jsou vodivé polymery s účinností 4%-10% a slitiny na bázi india a galia, které lze vrstvit a tím dostahovat několikanásobně vyšších účinností. Nekřemíkové technologie jsou však v současné době pouze ve fázi vývoje a prototypů, nicméně některé z těchto technologií do budoucna pravděpodobně plně nahradí drahý a nedostatkový křemík.
 
Globální záření na území ČR OBRÁZEK: Globální záření na území ČR
Nejméně slunečního záření za rok je na severozápadě České republiky, naopak nejvíce slunečního záření lze naměřit na Jižní Moravě.
 
Doba trvání slunečního záření OBRÁZEK: Doba trvání slunečního záření
Doba trvání slunečního záření se v rámci republiky může v průměrných hodnotách lišit až o 500 hodin za rok.
 
Průměrný počet bezoblačných dní OBRÁZEK: Průměrný počet bezoblačných dní
Průměrný počet bezoblačných dní se v rámci republiky může lišit až o 40 za rok.
 
Pohyb Slunce během roku OBRÁZEK: Pohyb Slunce během roku
Úhel dopadu slunečního záření závisí na denní době, na ročním období a na zeměpisné šířce. Doba slunečního svitu se pohybuje od 8 hodin v zimě až po 16 hodin v létě.
 
Trh s fotovoltaickými panely
 
Zdroj: SOLARENVI, s.r.o. 2008

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Chystané akce
INISOFT s.r.o.
27
7. 2017
27.7.2017 - Seminář, školení
Olomouc, ibis Olomouc Centre
ASIO, spol.s r.o.
28
7. 2017
28.7.2017 - Ostatní akce
od 09:30 do cca 11:00, na YouTube
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí