Každým dnem se zmenšuje množství světových zásob uhlí, ropy, plynu, tedy všeho, co nám dnes slouží jako zdroj energie. A v blízké budoucnosti lidstvo dospěje do bodu, kdy prostě nezbudou žádná fosilní paliva. Všechny země proto aktivně hledají záchranu před katastrofou, která se k nám rychle blíží. A první prostředek spásy, který mě napadá, je samozřejmě sluneční energie, kterou lidé odnepaměti využívali k sušení prádla, osvětlení domácností a vaření. Vznikla tak jedna z oblastí alternativní energie – solární energie.

Zdrojem energie pro sluneční energii je energie slunečního světla, která se pomocí speciálních struktur přeměňuje na teplo nebo elektřinu. Podle odborníků za pouhý týden přijme zemský povrch ze slunce množství energie, které převyšuje energii světových zásob všech druhů paliv. A přestože tempo rozvoje této oblasti alternativní energie neustále roste, solární energie má stále nejen výhody, ale i nevýhody.

Pokud mezi hlavní výhody patří dostupnost a hlavně nevyčerpatelnost zdroje energie, pak mezi nevýhody patří:

• potřeba akumulovat energii přijatou ze slunce,
• značné náklady na použité zařízení,
• závislost na povětrnostních podmínkách a denní době,
• zvýšení teploty atmosféry nad elektrárnami atd.

Numerické charakteristiky slunečního záření

Existuje takový indikátor jako sluneční konstanta. Jeho hodnota je 1367 W. To je přesně množství energie na 1 m2. planeta Země. Ale kvůli atmosféře se na povrch Země dostane asi o 20–25 % energie méně. Proto je hodnota sluneční energie na metr čtvereční například na rovníku 1020 W. A vezmeme-li v úvahu změnu dne a noci, změnu úhlu slunce nad obzorem, toto číslo se sníží asi 3krát.

Ale odkud tato energie pochází? Vědci se poprvé začali touto problematikou zabývat již v 19. století a verze byly zcela odlišné. Dnes je na základě obrovského množství studií spolehlivě známo, že zdrojem sluneční energie je reakce přeměny 4 atomů vodíku na jádro helia. V důsledku tohoto procesu se uvolňuje značné množství energie. Například energie uvolněná při přeměně 1 g. vodík je srovnatelný s energií uvolněnou při spalování 15 tun benzínu.

Konverze solární energie

Již víme, že energie přijatá ze slunce se musí přeměnit na nějakou jinou formu. Potřeba toho vzniká kvůli skutečnosti, že lidstvo dosud nemá taková zařízení, která by mohla spotřebovávat sluneční energii v její čisté formě. Proto byly vyvinuty zdroje energie, jako jsou solární kolektory a solární panely. Pokud se první používá k výrobě tepelné energie, pak druhý vyrábí elektřinu přímo.

Existuje několik způsobů, jak přeměnit sluneční energii:

• fotovoltaika;
• tepelná vzduchová energie;
• solární tepelná energie;
• pomocí solárních balonových elektráren.

Nejrozšířenější metodou je fotovoltaika. Principem této přeměny je využití fotovoltaických solárních panelů, nebo-li solárních panelů, jak se jim také říká, pomocí kterých se sluneční energie přeměňuje na energii elektrickou. Takové panely jsou zpravidla vyrobeny z křemíku a tloušťka jejich pracovní plochy je pouze několik desetin milimetru. Mohou být umístěny kdekoli, je zde pouze jedna podmínka - přítomnost velkého množství slunečního světla. Vynikající volba pro instalaci fotografických desek na střechy obytných budov a veřejných budov.

Kromě výše diskutovaných fotografických desek se k přeměně energie slunečního záření používají tenkovrstvé panely. Vyznačují se ještě menší tloušťkou, což umožňuje jejich instalaci kdekoli, ale významnou nevýhodou takových panelů je jejich nízká účinnost. Z tohoto důvodu bude jejich instalace opodstatněná pouze u velkých ploch. Jen pro zajímavost, tenkovrstvý panel lze umístit i na pouzdro na notebook nebo na kabelku.

V tepelné energii vzduchu se sluneční energie přeměňuje na energii proudění vzduchu, která je následně posílána do turbogenerátoru. Ale v případě použití solárních balonových elektráren se uvnitř balonu vytváří vodní pára. Tohoto efektu je dosaženo zahříváním povrchu balónku, na kterém je nanesen selektivně absorbující povlak, slunečním zářením. Hlavní výhodou tohoto způsobu je dostatečný přísun páry, který stačí k pokračování provozu elektrárny za nepříznivého počasí a v noci.

Principem sluneční energie je zahřátí povrchu, který absorbuje sluneční paprsky a soustředí je pro následné využití vzniklého tepla. Nejjednodušším příkladem je topná voda, kterou lze následně využít pro domácí potřeby, například ji přivést do kanalizace nebo baterií, a přitom ušetřit plyn nebo jiné palivo. V průmyslovém měřítku se energie slunečního záření získaná touto metodou přeměňuje na elektrickou energii pomocí tepelných motorů. Výstavba takových kombinovaných elektráren může trvat i přes 20 let, tempo rozvoje solární energie však neklesá, ale naopak neustále roste.

Kde lze solární energii využít?

Sluneční energii lze využít ve zcela odlišných oblastech – od chemického průmyslu po automobilový průmysl, od vaření po vytápění. Například používání solárních panelů v automobilovém průmyslu se datuje od roku 1955. Letošní rok byl ve znamení uvedení prvního vozu, který běžel na solární baterie. Dnes takové vozy vyrábí BMW, Toyota a další významné společnosti.

V každodenním životě se solární energie využívá k vytápění místností, k osvětlení a dokonce i k vaření. Například solární pece vyrobené z fólie a lepenky z iniciativy OSN aktivně využívají uprchlíci, kteří byli nuceni opustit své domovy kvůli složité politické situaci. Složitější solární pece se používají pro tepelné zpracování a tavení kovů. Jedna z největších takových pecí se nachází v Uzbekistánu.

Mezi nejzajímavější vynálezy využití sluneční energie patří:

• Ochranné pouzdro na telefon s fotobuňkou, které je zároveň nabíječkou.
• Batoh s připojeným solárním panelem. Umožní vám nabíjet nejen telefon, ale i tablet a dokonce i fotoaparát, obecně jakoukoli elektroniku, která má USB vstup.
• Solární Bluetooth sluchátka.

A nejkreativnějším nápadem je oblečení vyrobené ze speciální tkaniny. Sako, kravata a dokonce i plavky – to vše se může stát nejen položkou vašeho šatníku, ale také nabíječkou.

Rozvoj alternativní energie v zemích SNS

Alternativní energie, včetně solární, se rozvíjí vysokým tempem nejen v USA, Evropě nebo Indii, ale také v zemích SNS včetně Ruska, Kazachstánu a především na Ukrajině. Na Krymu byla postavena například největší solární elektrárna v bývalém Sovětském svazu Perovo. Jeho stavba byla dokončena v roce 2011. Tato elektrárna se stala 3. inovativním projektem rakouské společnosti Activ Solar. Špičkový výkon Perova je asi 100 MW.

A v říjnu téhož roku spustila společnost Activ Solar další solární elektrárnu, Ochotnikovo, rovněž na Krymu. Jeho výkon byl 80 MW. Ochotnikovo také získalo status největší, ale ve střední a východní Evropě. Můžeme říci, že alternativní energetika na Ukrajině udělala obrovský krok k bezpečné a nevyčerpatelné energii.

V Kazachstánu vypadá situace trochu jinak. K rozvoji alternativní energie v této zemi dochází v podstatě pouze teoreticky. Republika má obrovský potenciál, ale ještě se plně neuskutečnil. Vláda se samozřejmě tímto problémem zabývá a dokonce byl vypracován plán rozvoje alternativní energie v Kazachstánu, ale podíl energie získané z obnovitelných zdrojů, zejména ze slunce, nebude vyšší než 1 %. v celkové energetické bilanci země. Do roku 2020 se počítá se spuštěním pouze 4 solárních elektráren, jejichž celkový výkon bude 77 MW.

Alternativní energie v Rusku se také rozvíjí značným tempem. Jak ale řekl náměstek ministra energetiky, v této oblasti se soustředí především na regiony Dálného východu. Například v Jakutsku činil celkový výkon 4 solárních elektráren provozovaných v nejvzdálenějších severských vesnicích více než 50 tisíc kWh. To umožnilo ušetřit více než 14 tun drahé motorové nafty. Dalším příkladem využití solární energie je budovaný multifunkční letecký komplex v Lipecké oblasti. Elektřinu pro svůj provoz bude vyrábět první solární elektrárna, postavená rovněž v Lipecké oblasti.

To vše nám umožňuje vyvodit následující závěr: dnes se všechny země, i ne ty nejrozvinutější, snaží co nejvíce přiblížit vytouženému cíli: využívání alternativních zdrojů energie. Spotřeba elektřiny totiž každým dnem roste a množství škodlivých emisí do životního prostředí se každým dnem zvyšuje. A mnozí již pochopili, že naše budoucnost a budoucnost naší planety závisí jen na nás.

R. Abdullina

Ukrajina spoléhá na solární energii

Sluneční záření je pohlcováno zemským povrchem, oceány (pokrývajícími asi 71 % zemského povrchu) a atmosférou. Absorpce sluneční energie prostřednictvím atmosférické konvekce, vypařování a kondenzace vodní páry pohání koloběh vody a řídí větry. Sluneční paprsky absorbované oceánem a pevninou udržují průměrnou teplotu na povrchu Země, která je nyní 14 °C. Prostřednictvím rostlinné fotosyntézy lze sluneční energii přeměnit na chemickou energii, která se ukládá ve formě potravin, dřeva a biomasy, která se nakonec přemění na fosilní paliva.

Video k tématu

Vyhlídky na použití

Sluneční energie je zdrojem větru, vody, mořského tepla, biomasy a také příčinou vzniku rašeliny, hnědého a černého uhlí, ropy a zemního plynu po tisíce let, ale tato energie je nepřímá a akumulovaná po tisíce a miliony let. Sluneční energii lze také přímo využít jako zdroj elektřiny a tepla. K tomu je potřeba vytvořit zařízení, která koncentrují energii Slunce na malé plochy a v malých objemech.

Celkové množství sluneční energie absorbované atmosférou, povrchem země a oceánem je přibližně 3 850 000 exajoulů (EJ) za rok. Za jednu hodinu to poskytuje více energie než celý svět spotřebovaný za celý rok 2002. Fotosyntéza potřebuje k produkci biomasy asi 3 000 EJ ročně. Množství sluneční energie, které dopadá na zemský povrch, je tak velké, že za rok přibližně zdvojnásobí veškerou energii, kterou lze potenciálně vyrobit ze všech neobnovitelných zdrojů: uhlí, ropy, uranových rud.

Množství sluneční energie, kterou může člověk potenciálně využít, se liší od množství energie, která se nachází v blízkosti zemského povrchu. Faktory jako denní a noční cykly, oblačnost a dostupný povrch země snižují množství využitelné energie.

Geografická poloha ovlivňuje energetický potenciál, protože oblasti blíže rovníku dostávají více slunečního záření. Použití fotovoltaických zařízení, která dokážou měnit svou orientaci v souladu s polohou Slunce na obloze, však může výrazně zvýšit potenciál sluneční energie v oblastech vzdálených od rovníku.

Dostupnost půdy výrazně ovlivňuje možnou výrobu energie, protože solární panely lze instalovat pouze na pozemcích, které jsou k tomu vhodné a nejsou využívány k jiným účelům. Například vhodné místo pro instalaci ocelových střešních panelů.

Solární systémy se dělí na aktivní a pasivní, podle způsobu absorpce sluneční energie, jejího zpracování a distribuce.

Aktivní solární technologie využívají fotovoltaiku, koncentrovanou sluneční energii (Angličtina), solární kolektory, čerpadla a ventilátory pro přeměnu slunečního záření na užitečný energetický výstup. Pasivní solární technologie zahrnují použití materiálů s příznivými tepelnými charakteristikami, návrh místností s přirozenou cirkulací vzduchu a výhodnou polohou budov vůči poloze Slunce. Aktivní solární technologie zvyšují dodávky energie, zatímco pasivní solární technologie snižují potřebu dalších zdrojů energie.

V této době fungují topná zařízení, která akumulují energii Slunce, a také prototypy elektromotorů a automobilů, které energii Slunce využívají.

Předpokládá se, že solární energie nebude do konce století tvořit více než 1 % celkové spotřeby energie. Již v roce 1870 bylo v Chile postaveno solární zařízení na odsolování mořské vody, které produkovalo až 30 tun sladké vody denně a fungovalo více než 40 let. Díky použití heteropřechodů dosahuje účinnost solárních článků již 25 %. Byla zavedena výroba solárních článků ve formě dlouhých polykrystalických křemíkových pásků, které mají účinnost více než 10 %.

Termální energie

Technologie, které využívají tepelnou energii ze slunce, mohou být použity pro ohřev vody, vytápění, chlazení prostor a výrobu procesního tepla.

K roku 2007 byl celkový instalovaný výkon solárních systémů na ohřev vody cca 154 GW tepelných. Čína je světovým lídrem v této oblasti, v roce 2006 nainstalovala 70 GW tepelné energie a do roku 2020 plánuje dosáhnout 210 GW tepelné energie. Izrael a Kypr vedou svět v používání solárních systémů na ohřev vody na hlavu, 90 % domácností je má nainstalované. V USA, Kanadě a Austrálii se solární ohřívače vody používají především k ohřevu bazénů s instalovaným tepelným výkonem asi 18 GW od roku 2005.

Vytápění, chlazení a větrání

Vaření

Solární pece využívají sluneční světlo k vaření, sušení a pasterizaci. Lze je rozdělit do tří širokých kategorií: skříňové sporáky, panelové sporáky a reflektorové sporáky. Nejjednodušší solární pec je boxchast, kterou poprvé postavil Horace Benedict de Saussure v roce 1767. Jednoduchá skříňová trouba se skládá z izolované nádoby s průhledným víkem. Lze jej efektivně použít při částečně zatažené obloze a běžně dosahuje teplot 90-150°C. Panelová pec využívá reflexní panel k nasměrování slunečních paprsků na izolovanou nádobu a dosažení teplot srovnatelných s krabicovou pecí. Reflexní pece používají různé geometrie reflektorů (miska, koryto, Fresnelova zrcadla) k zaostření paprsků na nádobu. Tyto pece dosahují teploty 315 °C, ale vyžadují přímý paprsek a musí být přemístěny při změně polohy slunce.

Procesní teplo

Úprava vody

Solární odsolování lze použít k přeměně slané nebo brakické vody na pitnou vodu. První příklad takové transformace zaznamenali arabští alchymisté 16. století. První rozsáhlý solární projekt odsolování byl postaven v roce 1872 v chilském hornickém městě Las Salinas. Závod, který měl plochu solárních kolektorů 4 700 m2, dokázal vyrobit až 22 700 litrů pitné vody a zůstal v provozu 40 let. Jednotlivé destilační návrhy zahrnují jednospádový, dvouspádový (skleníkový nebo typový), vertikální, kónický, obrácený absorbér, multiknot a vícenásobný efekt. . Tato odsolovací zařízení mohou pracovat v pasivním, aktivním a hybridním režimu. Jednotky Kazan s dvojitým sklonem jsou nákladově nejefektivnější pro potřeby decentralizovaných domácností, zatímco aktivní jednotky s více efekty jsou vhodnější pro projekty velkého rozsahu.

Sluneční energii lze mírnou rychlostí využívat k čištění odpadních vod bez použití chemikálií nebo elektřiny. Dalším přínosem pro životní prostředí je, že řasy žijí v takových rybnících a spotřebovávají oxid uhličitý prostřednictvím fotosyntézy, ačkoli mohou produkovat toxické látky, které činí vodu nevhodnou ke konzumaci.

Výroba elektřiny

Solární energie funguje tak, že přeměňuje sluneční světlo na elektřinu. To se může dít buď přímo pomocí fotovoltaiky, nebo nepřímo pomocí systémů koncentrované solární energie (Angličtina), ve kterém čočky a zrcadla shromažďují sluneční světlo z velké oblasti do tenkého paprsku a sledovací mechanismus sleduje polohu Slunce. Fotovoltaika přeměňuje světlo na elektrický proud pomocí fotoelektrického jevu.

Předpokládá se, že solární energie se do roku 2050 stane největším zdrojem elektřiny, přičemž fotovoltaika a koncentrovaná solární energie budou představovat 16 a 11 % celosvětové výroby elektřiny.

Komerční koncentrované solární elektrárny se poprvé objevily v 80. letech 20. století. Po roce 1985 instalace tohoto typu SEGS (Angličtina) v Mohavské poušti (Kalifornie) 354 MW se stala největší solární elektrárnou na světě. Mezi další solární elektrárny tohoto typu patří SES Solnova (Angličtina)(150 MW) a SES Andasol (Angličtina)(100 MW), oba ve Španělsku. Mezi největší fotovoltaické elektrárny (Angličtina): Agua Caliente Solar Project (250 MW) v USA a Charanka Solar Park (221 MW) v Indii. Projekty větší než 1 GW jsou ve fázi vývoje, ale většina fotovoltaických instalací, do 5 kW, je malých rozměrů a je umístěna na střechách.V roce 2013 solární energie představovala méně než 1 % celosvětové elektrické sítě.

Architektura a urbanismus

Přítomnost slunečního světla ovlivňovala design budov od samého počátku historie architektury. Pokročilá solární architektura a urbanistické techniky byly průkopníky staří Řekové a Číňané, kteří orientovali své domovy na jih, aby poskytovali světlo a teplo.

Zemědělství a rostlinná výroba

viz také

Poznámky

1. Smil (1991), str. 240
2. Radiační a světelný režim
3. Přirozené působení klimatického systému. Mezivládní panel pro změnu klimatu. Staženo 29. září 2007.
4. Somerville, Richard. Historický přehled vědy o změně klimatu (PDF). Mezivládní panel pro změnu klimatu. Staženo 29. září 2007.
5. Vermassi, Wime.Úvod do fotosyntézy a jejích aplikací. Arizona State University. Staženo 29. září 2007.
6. Smil (2006), str. 12
7. http://www.nature.com/nature/journal/v443/n7107/full/443019a.html
8. Powering the Planet: Chemické výzvy ve využití solární energie (PDF). Staženo 7. srpna 2008.
9. Přeměna energie fotosyntetickými organismy. Organizace spojených národů pro výživu a zemědělství. Staženo 25. května 2008.
10. Vývojové diagramy Exergy - GCEP. stanford.edu.
11. Archer, Cristina. Hodnocení globální větrné energie. Stanford. Staženo 3. června 2008.
12. . Laboratoř obnovitelné a vhodné energie. Staženo 6. prosince 2012.
13. Celková spotřeba primární energie. Správa energetických informací. Staženo 30. června 2013.
14. Celková spotřeba elektrické energie Net. Správa energetických informací. Staženo 30. června 2013.
15. Energie a výzva udržitelnosti (PDF). Rozvojový program OSN a Světová energetická rada(září 2000). Staženo 17. ledna 2017.

Sluneční energie dává život veškerému životu na Zemi. Pod jeho vlivem se voda z moří a oceánů vypařuje, mění se ve vodní kapky, tvoří se mlhy a mraky. Výsledkem je, že tato vlhkost padá zpět na Zemi a vytváří konstantní cyklus. Neustále proto pozorujeme sníh, déšť, mráz nebo rosu. Obrovský topný systém vytvořený sluncem umožňuje nejoptimálnější rozložení tepla po povrchu Země. Pro správné pochopení a využití těchto procesů je nutné představit si zdroj sluneční energie a co určuje její vliv na naši planetu.

Druhy solární energie

Za hlavní typ energie uvolněné Sluncem je právem považována zářivá energie, která má přímý dopad na všechny nejdůležitější procesy probíhající na Zemi. Srovnáme-li s ní ostatní pozemské energetické zdroje, jejich zásoby jsou nekonečně malé a neumožňují nám vyřešit všechny problémy.

Slunce je ze všech hvězd nejblíže Zemi. Ve své struktuře je to plynová koule, mnohonásobně větší než průměr a objem naší planety. Protože rozměry plynové koule jsou zcela libovolné, považuje se za její hranice sluneční kotouč viditelný ze Země.

Zdroj a fyzikální vlastnosti sluneční energie

Všechny procesy probíhající na Slunci lze pozorovat pouze na jeho povrchu. Hlavní reakce se však odehrávají v jeho interiéru. V podstatě se jedná o obří jadernou elektrárnu s tlakem přibližně 100 miliard atmosfér. Zde dochází v podmínkách složitých jaderných reakcí k přeměně vodíku na helium. Právě tyto reakce tvoří hlavní zdroj energie ze slunce. Vnitřní teplota je v průměru přibližně 16 milionů stupňů.

Plyn zuřící uvnitř Slunce má nejen ultra vysokou teplotu, ale je také extrémně těžký, s hustotou mnohonásobně větší, než je průměrná sluneční hustota. Zároveň se objevuje rentgenové záření, které při přiblížení k Zemi zvětšuje svou vlnovou délku a snižuje frekvenci kmitů. Postupně se tak stávají viditelným a ultrafialovým světlem.

Jak se vzdalujete od středu, mění se povaha vyzařované energie, což ovlivňuje teplotu. Dochází k pozvolnému poklesu, nejprve na 150 tisíc stupňů. Ze Země je dobře viditelný pouze vnější obal slunce, tzv. fotosféra. Jeho tloušťka je přibližně 300 km a teplota horní vrstvy klesá na 5700 stupňů.

Nad fotosférou se nachází sluneční atmosféra, která se skládá ze dvou částí. Spodní vrstva se nazývá chromosféra a horní vrstva, která nemá žádné hranice, je sluneční koróna. Zde se plyny zahřívají na několik milionů stupňů pod vlivem rázových vln obrovské síly.

V posledních letech se vědci zajímají zejména o alternativní zdroje energie. Ropa a plyn dříve nebo později dojdou, takže musíme myslet na to, jak v této situaci přežijeme už nyní. V Evropě se aktivně využívají větrné turbíny, někdo se snaží získávat energii z oceánu a budeme mluvit o solární energii. Koneckonců, hvězda, kterou vidíme na obloze téměř každý den, nám může pomoci zachránit a zlepšit situaci životního prostředí. Význam slunce pro Zemi je těžké přeceňovat – poskytuje teplo, světlo a umožňuje fungování veškerého života na planetě. Tak proč pro něj nenajít jiné využití?

Trocha historie

V polovině 19. století objevil fyzik Alexandre Edmond Becquerel fotovoltaický efekt. A do konce století vytvořil Charles Fritts první zařízení schopné přeměnit sluneční energii na elektřinu. K tomuto účelu byl použit selen potažený tenkou vrstvou zlata. Účinek byl slabý, ale právě tento vynález je často spojován s počátkem éry sluneční energie. Někteří vědci s touto formulací nesouhlasí. Světově proslulého vědce Alberta Einsteina nazývají zakladatelem éry sluneční energie. V roce 1921 obdržel Nobelovu cenu za vysvětlení zákonů vnějšího fotoelektrického jevu.

Zdálo by se, že solární energie je slibnou cestou rozvoje. Jeho vstupu do každého domova ale brání mnoho překážek – především ekonomických a ekologických. Níže se dozvíme, jaké jsou náklady na solární panely, jaké škody mohou způsobit životnímu prostředí a jaké další způsoby výroby energie existují.

Metody ukládání

Nejpalčivějším úkolem spojeným se zkrocením sluneční energie je nejen její příjem, ale i její akumulace. A to je právě to nejtěžší. V současné době vědci vyvinuli pouze 3 metody pro úplné zkrocení sluneční energie.

První je založen na použití parabolického zrcadla a je tak trochu jako hra s lupou, kterou zná každý z dětství. Světlo prochází čočkou a sbíhá se v jednom bodě. Pokud na toto místo vložíte kus papíru, vzplane, protože teplota zkřížených slunečních paprsků je neuvěřitelně vysoká. Parabolické zrcadlo je konkávní disk, který připomíná mělkou misku. Toto zrcadlo, na rozdíl od lupy, nepropouští, ale odráží sluneční světlo a shromažďuje je v jednom bodě, který je obvykle nasměrován na černou trubku s vodou. Tato barva se používá, protože nejlépe absorbuje světlo. Voda v potrubí je ohřívána slunečními paprsky a lze ji využít k výrobě elektřiny nebo k vytápění malých domů.

Plochý ohřívač

Tato metoda využívá zcela odlišný systém. Přijímač solární energie vypadá jako vícevrstvá struktura. Princip jeho fungování vypadá takto.

Paprsky procházející sklem dopadají na ztmavlý kov, o kterém je známo, že lépe pohlcuje světlo. Sluneční záření se mění a ohřívá vodu, která se nachází pod železnou deskou. Pak se vše děje jako v první metodě. Ohřátá voda může být použita buď k vytápění prostor nebo k výrobě elektrické energie. Pravda, účinnost této metody není tak vysoká, aby se dala použít všude.

Takto získanou sluneční energií je zpravidla teplo. K výrobě elektřiny se mnohem častěji používá třetí způsob.

Solární články

Tento způsob získávání energie známe nejvíce. Jde o použití různých baterií nebo solárních panelů, které najdeme na střechách mnoha moderních domů. Tato metoda je složitější, než bylo dříve popsáno, ale je mnohem slibnější. Právě to umožňuje přeměnu slunce na elektřinu v průmyslovém měřítku.

Speciální panely určené k zachycování paprsků jsou vyrobeny z obohacených křemíkových krystalů. Dopadající na ně sluneční světlo srazí elektron z oběžné dráhy. Další se okamžitě snaží zaujmout jeho místo, čímž vytvoří souvislý pohybující se řetězec, který vytváří proud. V případě potřeby je okamžitě použit k napájení zařízení nebo akumulován ve formě elektřiny ve speciálních bateriích.

Oblíbenost této metody je odůvodněna tím, že umožňuje získat více než 120 W z pouhého jednoho čtverečního metru solární baterie. Panely mají zároveň poměrně malou tloušťku, což umožňuje jejich umístění téměř kamkoli.

Typy silikonových panelů

Existuje několik typů solárních panelů. První z nich jsou vyrobeny z monokrystalického křemíku. Jejich účinnost je přibližně 15 %. Tyto jsou nejdražší.

Účinnost prvků vyrobených z polykrystalického křemíku dosahuje 11 %. Stojí méně, protože materiál pro ně je získáván pomocí zjednodušené technologie. Třetí typ je nejúspornější a má minimální účinnost. Jedná se o panely vyrobené z amorfního křemíku, tedy nekrystalického. Kromě nízké účinnosti mají další významnou nevýhodu - křehkost.

Pro zvýšení účinnosti používají někteří výrobci obě strany solárního panelu – zadní i přední. To umožňuje zachytit světlo ve velkých objemech a zvyšuje množství přijaté energie o 15-20%.

Domácí výrobci

Sluneční energie na Zemi je stále rozšířenější. I u nás mají zájem o studium tohoto odvětví. Navzdory skutečnosti, že rozvoj alternativní energie není v Rusku příliš aktivní, bylo dosaženo určitého úspěchu. V současné době se tvorbou panelů pro výrobu solární energie zabývá několik organizací - především vědecké ústavy různých oborů a továrny na výrobu elektrických zařízení.

1. NPF "Quark"
2. OJSC Kovrov strojní závod.
3. Všeruský výzkumný ústav pro elektrifikaci zemědělství.
4. NPO Mashinostroeniya.
5. JSC VÍDEŇ.
6. Závod na kovokeramická zařízení OJSC Ryazan.
7. JSC Pravdinsky experimentální závod energetických zdrojů "Posit".

To je jen malá část podniků, které se aktivně podílejí na vývoji alternativy

Zásah do životního prostředí

Opuštění zdrojů energie z uhlí a ropy není způsobeno jen tím, že tyto zdroje dříve či později dojdou. Faktem je, že velmi škodí životnímu prostředí – znečišťují půdu, vzduch i vodu, přispívají k rozvoji nemocí u lidí a snižují imunitu. Proto musí být alternativní zdroje energie bezpečné z hlediska životního prostředí.

Křemík, který se používá k výrobě solárních článků, je sám o sobě bezpečný, protože jde o přírodní materiál. Po jeho vyčištění ale zůstane odpad. Při nesprávném použití mohou poškodit člověka a životní prostředí.

Navíc v oblasti zcela zaplněné solárními panely může být narušeno přirozené osvětlení. To povede ke změnám ve stávajícím ekosystému. Obecně je ale dopad zařízení určených k přeměně sluneční energie na životní prostředí minimální.

Hospodárný

Nejvyšší náklady jsou spojeny s vysokou cenou surovin. Jak jsme již zjistili, speciální panely se vytvářejí pomocí křemíku. Navzdory skutečnosti, že tento minerál je v přírodě široce rozšířen, jeho těžba představuje velké problémy. Křemík, který tvoří více než čtvrtinu hmoty zemské kůry, se totiž pro výrobu solárních článků nehodí. Pro tyto účely je vhodný pouze nejčistší materiál získaný průmyslově. Bohužel je extrémně obtížné získat čistý křemík z písku.

Cena tohoto zdroje je srovnatelná s uranem používaným v jaderných elektrárnách. To je důvod, proč náklady na solární panely v současné době zůstávají na poměrně vysoké úrovni.

Moderní technologie

První pokusy o zkrocení sluneční energie se objevily již poměrně dávno. Od té doby mnoho vědců aktivně hledalo nejúčinnější zařízení. Měl by být nejen cenově výhodný, ale také kompaktní. Jeho účinnost by měla směřovat k maximu.

První kroky k ideálnímu zařízení pro příjem a přeměnu sluneční energie byly učiněny s vynálezem křemíkových baterií. Cena je samozřejmě dost vysoká, ale panely lze umístit na střechy a stěny domů, kde nebudou nikoho rušit. A účinnost takových baterií je nepopiratelná.

Ale nejlepší způsob, jak zvýšit popularitu solární energie, je zlevnit ji. Němečtí vědci již navrhli nahradit křemík syntetickými vlákny, která lze integrovat do tkaniny nebo jiných materiálů. Účinnost takové solární baterie není příliš vysoká. Ale košile protkaná umělými vlákny může alespoň poskytnout elektřinu chytrému telefonu nebo přehrávači. Aktivně se pracuje i v oblasti nanotechnologií. Je pravděpodobné, že umožní, aby se slunce stalo nejoblíbenějším zdrojem energie v tomto století. Specialisté ze Scates AS z Norska již uvedli, že nanotechnologie sníží náklady na solární panely 2krát.

Solární energie pro domácnost

Mnoho lidí pravděpodobně sní o bydlení, které se samo zajistí: není zde závislost na centrálním vytápění, žádné potíže s placením účtů a žádná újma na životním prostředí. Již nyní se v mnoha zemích aktivně staví bydlení, které spotřebovává pouze energii získanou z alternativních zdrojů. Nápadným příkladem je tzv. solární dům.

V průběhu výstavby si vyžádá větší investice než tradiční. Ale po několika letech provozu se vám všechny náklady vrátí – nebudete muset platit za topení, teplou vodu a elektřinu. V solárním domě jsou všechny tyto komunikace vázány na speciální fotovoltaické panely umístěné na střeše. Takto získané energetické zdroje se navíc nevynakládají pouze na aktuální potřeby, ale také akumulují pro použití v noci a za oblačného počasí.

V současné době se výstavba takových domů provádí nejen v zemích blízko rovníku, kde je nejjednodušší získávat sluneční energii. Staví se také v Kanadě, Finsku a Švédsku.

Výhody a nevýhody

Vývoj technologií, které umožňují široké využití solární energie, by mohl být prováděn aktivněji. Existují však určité důvody, proč to stále není prioritou. Jak jsme si řekli výše, při výrobě panelů vznikají látky škodlivé pro životní prostředí. Kromě toho hotové zařízení obsahuje gallium, arsen, kadmium a olovo.

Potřeba recyklace fotovoltaických panelů také vyvolává mnoho otázek. Po 50 letech provozu se stanou nezpůsobilými k provozu a budou muset být nějak zničeny. Nezpůsobí to kolosální škody přírodě? Za úvahu také stojí, že solární energie je vrtkavý zdroj, jehož účinnost závisí na denní době a počasí. A to je podstatná nevýhoda.

Ale samozřejmě existují výhody. Sluneční energii lze vyrábět téměř kdekoli na Zemi a zařízení pro její získávání a přeměnu může být tak malé, že se vejde na zadní stranu chytrého telefonu. Důležité také je, že se jedná o obnovitelný zdroj, což znamená, že množství sluneční energie zůstane stejné po dobu nejméně tisíců let.

Vyhlídky

Rozvoj technologií solární energie by měl vést ke snížení nákladů na vytváření článků. Již se objevují skleněné panely, které lze instalovat na okna. Rozvoj nanotechnologie umožnil vynalézt barvu, která se bude stříkat na solární panely a dokáže nahradit křemíkovou vrstvu. Pokud se cena solární energie skutečně několikanásobně sníží, její obliba se také mnohonásobně zvýší.

Vytváření malých panelů pro individuální použití umožní lidem využívat solární energii v jakémkoli prostředí – doma, v autě nebo i mimo město. Díky jejich distribuci se sníží zatížení centralizovaných energetických sítí, protože si lidé budou moci nabíjet drobnou elektroniku sami.

Odborníci společnosti Shell se domnívají, že do roku 2040 bude zhruba polovina světové energie vyráběna z obnovitelných zdrojů. Již v Německu spotřeba solární energie aktivně roste a kapacita baterie je více než 35 gigawattů. Japonsko také aktivně rozvíjí toto odvětví. Tyto dvě země jsou lídry ve spotřebě solární energie na světě. Spojené státy se k nim pravděpodobně brzy přidají.

Další alternativní zdroje energie

Vědci si stále lámou hlavu nad tím, co dalšího lze použít k výrobě elektřiny nebo tepla. Uveďme příklady nejslibnějších alternativních zdrojů energie.

Větrné turbíny lze nyní nalézt téměř v každé zemi. Dokonce i v ulicích mnoha ruských měst jsou instalovány lucerny, které si zajišťují elektřinu pomocí větrné energie. Jejich cena je jistě vyšší než průměr, ale časem tento rozdíl vynahradí.

Poměrně dávno byla vynalezena technologie, která umožňuje získávat energii pomocí rozdílu teplot vody na povrchu oceánu a v hloubce. Čína aktivně plánuje rozvoj této oblasti. V příštích letech plánují postavit největší elektrárnu využívající tuto technologii u pobřeží Číny. Jsou i jiné způsoby, jak využít moře. Například v Austrálii plánují vytvořit elektrárnu, která vyrábí energii ze síly proudů.

Existuje mnoho dalších nebo tepla. Ale ve srovnání s mnoha jinými možnostmi je solární energie skutečně slibným směrem ve vývoji vědy.

Slunce je jedním z obnovitelných alternativních zdrojů energie. Alternativní zdroje tepla jsou dnes hojně využívány v zemědělství a pro domácí potřeby obyvatel.

Využití sluneční energie na Zemi hraje důležitou roli v životě člověka. Svým teplem ohřívá slunce jako zdroj energie celý povrch naší planety. Díky jeho tepelné síle vanou větry, ohřívají se moře, řeky, jezera a existuje veškerý život na Zemi.

Lidé začali využívat obnovitelné zdroje tepla před mnoha lety, kdy ještě neexistovaly moderní technologie. Slunce je dnes nejdostupnějším dodavatelem tepelné energie na Zemi.

Oblasti využití solární energie

Využití solární energie získává každým rokem stále větší oblibu. Ještě před několika lety se používal k ohřevu vody pro venkovské domy a letní sprchy a nyní se obnovitelné zdroje tepla používají k výrobě elektřiny a teplé vody do obytných budov a průmyslových objektů.

Dnes se obnovitelné zdroje tepla využívají v následujících oblastech:

• v zemědělství za účelem napájení a vytápění skleníků, hangárů a jiných objektů;
• pro napájení sportovních zařízení a zdravotnických zařízení;
• v oblasti letectví a kosmického průmyslu;
• při osvětlení ulic, parků a dalších městských zařízení;
• pro elektrifikaci obydlených oblastí;
• pro vytápění, dodávku elektřiny a teplé vody obytných budov;
• pro potřeby domácnosti.

Vlastnosti aplikace

Světlo, které Slunce vyzařuje na Zemi, se přeměňuje na tepelnou energii pomocí pasivních i aktivních systémů. Pasivní systémy zahrnují budovy, při jejichž výstavbě jsou použity stavební materiály, které nejúčinněji absorbují energii slunečního záření. Mezi aktivní systémy zase patří kolektory, které přeměňují sluneční záření na energii, a také fotočlánky, které je přeměňují na elektřinu. Pojďme se blíže podívat na to, jak správně využívat obnovitelné zdroje tepla.

Pasivní systémy

Mezi takové systémy patří solární budovy. Jedná se o budovy postavené s ohledem na všechny vlastnosti místního klimatického pásma. Pro jejich konstrukci jsou použity materiály, které umožňují maximální využití veškeré tepelné energie pro vytápění, chlazení, osvětlení bytových a průmyslových prostor. Jedná se o tyto stavební technologie a materiály: izolace, dřevěné podlahy, světlo pohlcující povrchy, orientace objektu na jih.

Takové solární systémy umožňují maximální využití solární energie a rychle vrátí náklady na jejich výstavbu snížením nákladů na energii. Jsou šetrné k životnímu prostředí a také umožňují vytvořit energetickou nezávislost. Právě proto je použití takových technologií velmi slibné.

Aktivní systémy

Do této skupiny patří kolektory, baterie, čerpadla, potrubí pro zásobování teplem a zásobování teplou vodou v domácnosti. První jsou instalovány přímo na střechách domů a ostatní jsou umístěny ve sklepních prostorech pro zásobování teplou vodou a vytápění.

Solární fotočlánky

Pro efektivnější realizaci veškeré solární energie se používají solární zdroje energie, jako jsou fotočlánky, nebo jak se jim také říká solární články. Na svém povrchu mají polovodiče, které se po vystavení slunečním paprskům začnou pohybovat a tím generovat elektrický proud. Tento princip současné generace neobsahuje žádné chemické reakce, což umožňuje fotobuňkám pracovat po dlouhou dobu.

Takové fotovoltaické konvertory jako zdroje solární energie se snadno používají, protože jsou lehké, snadno se udržují a jsou také velmi účinné při využívání solární energie.

Dnes se solární panely, jako zdroj sluneční energie na zemi, používají k výrobě teplé vody, vytápění a elektřiny v teplých zemích, jako je Turecko, Egypt a asijské země. Slunce se v našich končinách využívá jako zdroj energie pro zásobování elektřinou autonomní napájecí systémy, nízkopříkonovou elektroniku a pohony letadel.

Solární kolektory

Využití sluneční energie kolektory spočívá v tom, že přeměňují záření na teplo. Jsou rozděleny do následujících hlavních skupin:

• Ploché solární kolektory. Jsou nejčastější. Jsou vhodné pro potřeby vytápění domácností a také pro ohřev vody pro zásobování teplou vodou;
• Vakuové kolektory. Používají se pro domácí potřeby, když je potřeba voda s vysokou teplotou. Skládají se z několika skleněných trubic, jimiž je ohřívají sluneční paprsky a ty zase předávají teplo vodě;
• Vzduchové sluneční kolektory. Používají se pro ohřev vzduchu, regeneraci vzduchové hmoty a sušící zařízení;
• Integrované kolektory. Nejjednodušší modely. Používají se k předehřevu vody např. pro plynové kotle. V běžném životě se ohřátá voda shromažďuje ve speciální nádrži - akumulačních nádržích a následně se využívá pro různé potřeby.

Využití solární energie kolektory se uskutečňuje jejím akumulováním do tzv. modulů. Instalují se na střechu budov a skládají se ze skleněných trubic a desek, které jsou natřeny černou barvou, aby absorbovaly více slunečního světla.

Solární kolektory slouží k ohřevu vody pro zásobování teplou vodou a vytápění bytových domů.

Výhody solárních instalací

• jsou zcela zdarma a nevyčerpatelné;
• použití je zcela bezpečné;
• autonomní;
• ekonomické, protože finanční prostředky jsou vynakládány pouze na nákup vybavení pro instalace;
• jejich použití zaručuje nepřítomnost přepětí a stabilitu napájení;
• odolný;
• snadné použití a údržba.

Využití solární energie pomocí takových zařízení získává každým rokem na popularitě. Solární panely umožňují ušetřit nemalé peníze za vytápění a ohřev vody, navíc jsou šetrné k životnímu prostředí a nepoškozují lidské zdraví.