Slnečná energia

Slnečná energia

Slnečná energia je hnacím strojom života na Zemi. Zohrieva atmosféru a Zem, vytvára vietor, zohrieva oceány, spôsobuje odparovanie vody dáva silu vodným tokom, rastlinám aby mohli rásť a z dlhodobého hľadiska vytvára aj fosílne palivá. Slnečná energia a z nej pochádzajúce obnoviteľné zdroje energie – veterná, vodná a biomasa môžu byť využité na výrobu všetkých foriem energie, ktoré dnes ľudstvo využíva. (viď obr. 4)

Slnečná energia je nielen nevycerpatelna ale aj velmi jednoducho dostupna a cista.Z celkoveho ziarenia zachytava zem sice len nepatrnu cast aleaj tak je okamzity vykon slnec ziarenia v atmosfere 1,7.10.17 W teda 1,5.10.18 kWh rocne.Tieto cisla su pravda ze roznia podla podal toho pod aky uhlom dopadaju slnecne luce na vyhrievany povrch a teda od zemepisnej dlzky a sirky

Na Slovensko dopada 200 nasobne mnozstvo energie ako sa v tejto dobe spotrebuje. Ide o obrovsky a doteraz nevyuzity potencial. V cislach to znamena ze na 1 meter storcovy na slovensku dopadne 1000 ay 1250 kWh/ rok (5 GJ).

História
Základné princípy ohrevu sú známe od nepamäti. Čierny povrch sa zohrieva na slnku rýchlejšie ako biely alebo svetlý . A práve tento princíp využívajú dnešné slnečné kolektory. Prvý známy plochý kolektor bol vyvinutý v roku 1767 švajčiarskym vedcom Horacom de Saussurom Technológia slnečných kolektorov sa vyvinula do približne súčasnej podoby v roku 1908, kedy William J. Bailey vyrobil kolektor s izolovaným rámom a medenými trubkami. Obmedzenie predaja medi v USA počas 2. svetovej vojny viedlo k prudkému poklesu výroby a predaja kolektorov. Záujem o tieto zariadenia sa objavil až po vypuknutí ropnej krízy a obrovskom náraste cien energie v roku 1973. Táto kríza významne pomohla technológiám využívajúcim obnoviteľné zdroje energie na celom svete. Narastajúca podpora a investície do vývoja nových technológií znamenali, že od 70-tych rokov 20. storočia sa účinnosť solárnych systémov veľmi zvýšila to všetko viedlo k vyšším energetickým ziskom.

Slnečný kolektor
Dnes už vieme slneňú energiu využiť kvalitne vďaka slnečným kolektorom. Tie možeme používať všade kde je nutné teplo. Kolektory pohlcujú slnečné žiarenie a premieňajú ho na teplo. Toto teplo je skladované vo vode alebo vo vzduchu. Ohrievanie vody slnečnými kolektormi môže výrazne znížiť náklady za teplo a to často až o 70%. Slnečný kolektor, ktorý je možné tiež využiť na  predohrev vody, je jednoduché zariadenie a nevyžaduje si takmer žiadnu údržbu. Samotný kolektor je len súčasť solárneho zariadenia. Najčastejšie sa využívajú ploché kolektory s priehľadným pokrytím absorbátora umiestneným v izolovanom boxe, ktorý drží celý kolektor pohromade. Keď je použité sklo ako pokrytie kolektora, je dôležité, aby malo nízky obsah železa a aby prepustilo aspoň 95% dopadajúceho slnečného žiarenia. Absorbátor môže byť vyrobený z plechu s navarenými trubkami, v ktorých preteká kvapalina. Absorbátor sa zvyčajne vyrába z medi alebo nehrdzavejúcej ocele. Je dôležité, aby absorbátor vydržal vysoké teploty, ktoré dosahujú 100-140°C Čím väčší je kontakt medzi trubkami a plechom, tým viac energie prenikne do kvapaliny prechádzajúcej kolektorom. Selektívne pokrytie špeciálnym náterom znamená nielen vyšší teplotný zisk ale odstraňuje aj problémy s “odplyňovaním” klasickej čiernej farby pri vysokej teplote. Pri normálnych podmienkach klasická čierna farba vyžaruje teplo viac do okolia ako ho odovzdáva kvapaline v trubkách absorbátora. Materiál, z ktorého je vyrobená vonkajšia konštrukcia kolektora môže byť drevo, plast, oceľ alebo hliník. Najlepším z nich však je hliník. Plasty sú nevhodné kvoli svojej degradácii při posobení ultrafialového žiarenia. Oceľ nie je vhodná kvoli svojej reakčnosti s meďou. Vo všeobecnosti platí, že jeden človek denne spotrebuje asi 50 litrov vody s teplotou 55 až 60 stupňov Celzia (umývanie, kúpanie, bez prania). V našich podmienkach je na výrobu 50 litrov teplej vody denne potrebných asi 1-1,5 m2 slnečných kolektorov. Výber veľkosti kolektora však závisí aj na ponuke výrobkov na trhu a nie vždy je možné nájsť veľkosť, ktorá by presne spĺňala túto požiadavku, preto býva lepšie zvoliť väčší kolektor, ktorý poskytne istú rezervu. (viď obr. 3)

Fotovoltaika
Fotovoltaika (FV) je výraz odvodený z gréckeho slova “photos” (svetlo) a názvu jednotky napätia - volt. Fotovoltaika znamená priamu premenu slnečnej energie na elektrinu. Tento jav sa využíva v tzv. slnečných (fotovoltaických) článkoch. Slnečné články sa vyrábajú z polovodičových materiálov ako je napr. kremík. Účinnosť premeny slnečnej energie na elektrinu je v komerčne dostupných článkoch okolo 10% avšak v laboratórnych článkoch presiahla 20 %. Slnečné články majú výhodu v tom, že ich spojením je možné vytvárať  solárne moduly, z ktorých je možné postaviť celú veľkú slnečnú elektráreň.
 
Prednosti a nedostatky slnečnej energie
 Slnečná energia je vo všetkom živom a vôbec vo všetkom pohybe na našej planéte. Slnko vyžaruje na našu Zem asi 10 000-krát viac energie ako je súčasná energetická spotreba ľudstva.
Slnko ju rovnomerne rozdeľuje po celej planéte. Koľko jej dopadne na povrch, to závisí na miestnych podmienkach (zemepisná šírka, denná a ročná doba) a na stave troposféry. Je dosažiteľná na každom m2 oslnenej plochy po dobu 1500 – 2100 hodín za rok v podmienkach Slovenskej republiky.

Výhody:
Je zadarmo. Nemusí sa dobývať tvrdou prácou zo zeme ani dovážať z cudziny.
Je nevyčerpateľná pre ďalších 10 miliárd rokov.
Je ekologicky čistá. Jej využívaním sa neznečisťuje ani vzduch, ani voda či pôda v okolí. Neprodukuje žiadne odpadové teplo ani rádioaktívne odpady.
Na základe súčasných znalostí využitie slnečnej energie sťažujú jej nasledovné nedostatky:
 
Nevýhody:
Slnečná energia je príliš zriedená. Slnečné elektrárne skutočne potrebujú (pri rovnakom výkone) značne väčšiu rozlohu pre svoje zberače ako tepelné elektrárne pre svoje kotle, alebo atómové elektrárne pre svoje reaktory. Na druhej strane pre jadrovú, resp. tepelnú elektráreň treba koncentrovať zdroje energie do jedného miesta, aby sme následne vyrobenú energiu nákladne rozviedli. Lokálne využívanie slnečnej energie má mnoho predností, zvlášť značné úspory za rozvod. Slnko nesvieti v noci. Tu treba mať na zreteli skutočnosť, že nutnú nočnú spotrebu energie je možné kryť zo slnečnej energie naakumulovanej počas slnečného dňa, v budúcnosti z družicových elektrární, na ktoré Slnko svieti i v noci.

Slnečnú energiu nie je možné akumulovať. V súčasnosti je možné akumulovať nízkopotenciálne teplo pomocou vody resp. eutektických zmesí. Perspektívnym spôsobom akumulácie slnečnej energie je rozklad vody na kyslík a vodík. Účinnosť premeny slnečnej energie na iné formy energie je malá. Túto skutočnosť nemožno jednoznačne hodnotiť ako nevýhodu, nakoľko slnečná energia dopadá na Zem zadarmo a bude dopadať či ju využívame alebo nie a pritom zbytočne neplytváme pomerne drahým palivom resp. štiepnym materiálom.

Kilowatthodina získaná zo slnečného žiarenia je podstatne drahšia než z ostatných zdrojov. Je to len časť pravdy, pretože v biosfére je slnečná energia nenahraditeľná. Zákonitosť ďalšieho vývoja cenotvorby je taká, že jednotková cena energie zo slnečného žiarenia bude trvale klesať (zdokonaľovanie zariadení, zvýšenie ich efektívnosti, ich sériová výroba ..), kdežto naopak energia z fosílnych zdrojov bude neustále zdražovať v dôsledku zdražovania paliva.
 
Prednosti slnečnej energie prevažujú nad jej nedostatkami. Na základe súčasných znalostí možno konštatovať, že v dlhodobej perspektíve je slnečná energia dôležitým doplnkovým zdrojom energie.
 
Využitie slnečných kolektorov
Solárne systémy
Solárny systém aktívne využíva slnečnú energiu a transformuje ju na tepelnú energiu.
Najčastejšie sa používajú na tieto účely:
· príprava teplej úžitkovej vody (TÚV),
· prikurovanie budov,
· ohrev vody v bazénoch,
· priemyselné teplo.

Príprava teplej úžitkovej vody
Ekonomicky prijateľným spôsobom môžeme slnečnými kolektormi v ročnom priemere ušetriť 50 až 70 % energie potrebnej na prípravu TÚV. Podiel solárnej energie samozrejme možno aj zvýšiť, ale potom investičné náklady na jednotku získaného tepla rastú exponenciálnym spôsobom. Solárne teplo na prípravu teplej úžitkovej vody je možné výhodne využívať všade tam kde veľká spotreba teplej vody

Prikurovanie budov
Treba zdôrazniť, že ekonomicky zmysluplne sa solárnym zariadením nedá zabezpečiť 100 % pokrytie energetických potrieb rodinného domu na jeho vykurovanie. Solárne prikurovanie môže kryť približne 15 až 30 % ročných energetických potrieb
 
Ohrev vody v bazénoch
Pri využívaní solárnej energie sa stretávame s istým energetickým paradoxom. Najmenšia intenzita slnečného žiarenia nastáva v zimnom období, v čase - kedy potrebujeme najviac tepla, v letnom období je tomu presne naopak. Využitie tohto tepla sa najčastejšie rieši ohrevom vody v bazénoch, čím sa kúpanie v ňom stáva príjemnejšie a predĺži sa tak kúpacia sezóna.

Priemyselné teplo
V priemysle je to hlavne v oblastiach, kde sa využíva teplo do 100°C ako napríklad pivovary, konzervárne, cukrovary a podobne. V najbližších rokoch sa dá očakávať rast jeho významu v oblastiach solárneho chladenia a odsoľovania morskej vody.