Sluneční (solární) energie

Solární energie patří mezi nevyčerpatelné zdroje energie. Její využití nemá žádné negativní dopady na životní prostředí. Množství využitelné energie závisí na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Lze ji dobře využívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vyšší nadmořskou výškou.
V České republice jsou poměrně dobré podmínky pro využití energie slunečního záření, přestože množství sluneční energie v průběhu roku kolísá a největší množství sluneční energie dopadá v období, kdy spotřeba tepla je nejnižší.
Ročně dopadá kolmo na 1 m2 plochy 800 - 1250kWh solární energie. Od dubna do října 75% energie a 25% energie v období od října do dubna. Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách se pohybuje v rozmezí 1400 - 1800h/rok. V horských oblastech dosahuje doba 1 600h za rok, v nížinných oblastech jižní Moravy 2000h.
Celkové záření se skládá z přímo dopadajícího a difuzního záření. Difuzní záření vzniká odrazem slunečního světla na pevných i kapalných částicích rozptýlených v atmosféře (např. na mracích, prachových částicích, atd.) a tvoří až 50% z celkového množství slunečního záření – přibližně 30 % slunečního záření je odraženo atmosférou dříve, než vůbec dopadne na zem a 20 % je pohlceno.

Průmyslové země jako je Kanada, Japonska a USA čítají dohromady pouze 12.5 % světové populace, ale spotřebují 60% světové produkce energie. Většina energie pochází z fosilních paliv - uhlí, ropy a zemního plynu. Jenže i když se fosilní paliva řadí mezi obnovitelné zdroje, obnova trvá přinejmenším několik tisíc let a vědci vypočítali, že stávající zásoby vystačí pouze na několik desítek let, takže se rozpoutal boj s časem, neučí-li se lidstvo využívat obnovitelnější zdroje dříve, než dojdou fosilní paliva. Díky postupnému mizení fosilních paliv se hledají další využitelné zdroje. Jako dobrá alternativa třetího tisíciletí se počítalo s jadernou energií, ale právě ta se jevila po výbuchu Černobylu jako neúměrně riskantní řešení a mezi hlavní zdroje, se kterými se bude ve 21.století počítat je jistě energie vydávaná slunečním zářením.

Výroba "elektřiny ze Slunce" je bezpečná a spolehlivá, žádný nebezpečný odpad, je to ekologicky čistá energie.
Pokrytí 1% plochy pouští slunečními články s 15% účinností vyrobí více elektrické energie než všechny současné elektrárny světa.
Energie vložená do výroby slunečních článků se vrátí za několik let, "palivo je zdarma" a předpokládaná životnost delší než 30 let.

Solární články

Solární články jsou elektrotechnická zařízení, která využívají galvanického efektu, aby přeměnili sluneční světlo v elektrické napětí. Každý článek nám dává pouze malé množství napětí, proto je jich potřeba často i několik desítek. Články jsou vyrobeny z plátků polovodivého materiálu, obvykle silikonu, ale jinde se využívá galiový arsenid. Tyto články jsou sice méně výkonné, ale můžou se používat v extrémních teplotách.
První fotovoltaické sluneční články byly připraveny v Bellových laboratořích v USA v roce 1954. Byly logickým vyústěním výzkumu polovodičů, zvládnutí přípravy čistého křemíku a jeho dopování. Jejich hlavní využití bylo jako zdroj energie pro družice.
V 80-tých letech byly vybudovány první zkušební sluneční elektrárny. V roce 1999 dosáhl instalovaný celosvětový špičkový výkon slunečních článků hranici 1 Gigawattu (tj. jako jeden blok Temelínské elektrárny), roční tempo růstu je již po několik let 20-40%. Cena slunečních článků klesla již na 1/200 původní ceny, pro hromadné rozšíření je nutný další pokles současné ceny zhruba na 1/4.

Sluneční elektrárna
Elektrárna měnící energii slunečního záření na energii elektrickou. Přeměnu lze uskutečnit dvojím způsobem: a) fotoelektrickou (fotovoltaickou) přeměnou, kdy účinnost přeměny je teoreticky asi 30 % (běžně dostupné fotoelektrické články však mají účinnost kolem 20 %). Pro získání většího výkonu (napětí a proudu) je nutno sérioparalelně propojit více článků v tzv. solární panel (vyrábějí se v několika výkonových řadách od 10 do 300 W). Jsou zdrojem stejnosměrného elektrického proudu o napětí obvykle 16 V. Elektrický výkon dodávaný panelem je závislý na atmosférických podmínkách, a proto musí být instalován akumulátor energie, aby sluneční elektrárna mohla dodávat elektrickou energii i v období bez slunečního svitu (noc ap.). Další součástí systému sluneční elektrárny je střídač, který přeměňuje stejnosměrný proud na proud střídavý, a transformátor, který zvyšuje střídavé napětí na úroveň vyžadovanou spotřebiči (např. 220 V). Celková účinnost sluneční elektrárny tohoto typu je v současné době asi 9 %. Budují se sluneční elektrárny střešní o výkonu 3 kW s možností připojení k síti nebo sluneční elektrárny o výkonu 100 – 500 kW, které dodávají elektrickou energii do sítě; b) solárně termickou přeměnou

Zajímavosti:

Nedávno přijala Evropská unie významné politické rozhodnutí: plán na zdvojnásobení výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů do roku 2010. Fotovoltaická přeměna sluneční energie je jedním z obnovitelných energetických zdrojů, vedle energie vodní, energie větru, spalování biomasy atd. Tyto zdroje mají jeden společný původ, kterým je naše Slunce.

Datum, odkdy bude přímá přeměna sluneční energie v elektrickou hrát významnou roli ve světové energetice (tj. její podíl dosáhne 10-30%) závisí na pokroku ve vědě, technologii a na politických rozhodnutích. Za současného tempa výzkumu a výroby slunečních článků a "ekologické" politiky ve vyspělých zemích světa na to bude zapotřebí 20 až 50 let.

V roce 1981 přeletělo solární letadlo kanál La Manche, přičemž jeho jediným zdrojem bylo sluneční záření. Tento letoun měl křídla ze solárních článků a jasně prokázal, že sluneční záření má budoucnost. Ku příkladu si můžeme ještě povědět o závodech World Solar Challenge, kde v závodu roku 1987 zvítězil automobil Sunraycer, který ujel 3138 kilometrů průměrnou rychlostí 67 km/h.