Využití sluneční energie, solární energie - historie vývoje, klady a zápory

Móda alternativní energie nabírá na síle. Důraz je navíc kladen na obnovitelné zdroje energie — příliv a odliv, vítr, slunce. Solární energie (neboli fotovoltaika) je považována za jeden z nejrychleji rostoucích průmyslových odvětví. Poměrně často velmi optimistická prohlášení typu, že veškerá energie nadcházejících časů, neméně, bude založena na solární energii.

Přísně vzato, energie hvězdy zvané Slunce je v „konzervované“ podobě přítomna ve všech typech fosilních paliv – uhlí, ropě, plynu. Tato energie se začíná hromadit ve fázi růstu rostlin, které spotřebovávají sluneční záření a teplo, které se vlivem složitých biologických procesů mění na uhlíkové fosilie. Energii vody, její oběh podporuje i Slunce.

Hustota sluneční energie na horní hranici atmosféry je 1350 W/m2, nazývá se «sluneční konstanta». Když sluneční paprsky procházejí zemskou atmosférou, část záření se rozptyluje.Ale i na samotném povrchu Země je jeho hustota dostatečná pro možné použití i při zatažené obloze.

Historie vývoje

Fotovoltaický efekt (tj. výskyt stacionárního proudu v homogenním materiálu s jeho homogenní fotoexcitací) objevil v roce 1839 francouzský fyzik Alexandre-Edmond Becquerel. O něco později Angličan Willoughby Smith a Němec Heinrich-Rudolph Hertz nezávisle na sobě objevili fotovodivost selenu a ultrafialovou fotovodivost.

V roce 1888 bylo v Americe patentováno první „zařízení pro obnovu slunečního záření“. První úspěchy ruských vědců v oblasti fotovodivosti se datují do roku 1938. Tehdy v laboratoři akademika Abrama Joffeho poprvé vznikl prvek pro přeměnu sluneční energie, který se plánoval využít ve sluneční energii.

Rozvoji pozemské solární energie předcházel velký kus práce vědců (včetně fyziků Leningradsko-Petrohradské vědecké školy Borise Kolomice a Jurije Maslakovce) v oblasti solárních baterií pro vesmírné účely. Vytvořili v Leningradském institutu fyziky a technologie fotočlánky ze síry thalia, jejichž účinnost se rovnala 1% - skutečný rekord té doby.

Abram Joffe se stal také autorem dnes oblíbeného instalačního řešení fotobuňky na střechách (ačkoli tato myšlenka se zpočátku příliš neujala jednoduše z toho důvodu, že v té době nikdo nepociťoval nedostatek fosilních paliv). Země jako Německo, USA, Japonsko, Izrael dnes stále častěji instalují solární panely na střechy budov a vytvářejí tak „energeticky efektivní domy“.

Solární energie začala přitahovat větší zájem ve druhé polovině 20. století.Díky praktickému vývoji v této oblasti vznikly tepelné elektrárny, kde se chladivo ohřívá přímým slunečním zářením a páru vznikající v kotli pohání turboelektrický generátor.

S akumulací znalostí a pokrokem od teorie k praxi vyvstává otázka rentability solární výroby. Zpočátku úkoly solární energie nepřesahovaly zásobování místních objektů, například obtížně přístupných nebo vzdálených od centrální elektrické soustavy. Již v roce 1975 byl celkový výkon všech solárních instalací na planetě pouhých 300 kW a cena špičkového kilowattu výkonu dosáhla 20 tisíc dolarů.

Princip fungování solárních elektráren:

Jak se sluneční energie přeměňuje na elektřinu

Běžné typy solárních panelů

Ale samozřejmě, dostat solární energii ze země – i bez zohlednění ekonomické složky – vyžadovalo výrazně vyšší účinnost. A částečně se jim to podařilo. Účinnost moderních křemíkových polovodičových generátorů je již 15-24 % (viz — Účinnost solárních článků a modulů), proto (stejně jako jejich pokles ceny) je dnes neustálá poptávka.

Výrobu solárních panelů zvládly významné světové společnosti jako Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell a další. Náklady na jeden watt instalovaného elektrického výkonu polovodičových solárních článků klesly na 2 dolary.

Již v sovětských dobách se odhadovalo, že 4 tisíce km2 solárních modulů dokázalo pokrýt roční potřebu elektřiny celého světa. A účinnost baterií v té době nepřesáhla 6%.

V minulém století vznikly 10megawattové solární elektrárny (SPP) v USA, Francii, Španělsku, Itálii a dalších „solárních“ zemích. V SSSR byla první experimentální solární elektrárna o výkonu 5 MW postavena na Kerčském poloostrově, kde je počet slunečných dnů v roce jeden z nejvyšších v regionu.

Některé z těchto stanic jsou stále v provozu, mnohé přestaly fungovat, ale lze s jistotou říci, že v zásadě nemohou konkurovat moderním solárním fotovoltaickým systémům.

Solární elektrárny:

Typy solárních elektráren

Plovoucí solární elektrárny

Solární koncentrátory

profesionálové

Silné stránky solární energie jsou všem zřejmé a nepotřebují podrobné vysvětlení.

Za prvé, sluneční zdroje vydrží dlouhou dobu — životnost hvězdy vědci odhadují na asi 5 miliard let.

Za druhé, využívání solární energie neohrožuje emise skleníkových plynů, globální oteplování a obecné znečištění životního prostředí, tzn. neovlivňuje ekologickou rovnováhu planety.

Fotovoltaická elektrárna o výkonu 1 MW ročně vyrobí cca 2 mil. kW.To zamezuje emisím oxidu uhličitého oproti spalovací elektrárně v objemech: na plyn cca 11 tisíc tun, na ropné produkty 1,1-1,5 tisíce tun, na uhlí 1,7-2,3 tisíce tun...

Nevýhody

Úzká hrdla solární energie zahrnují zaprvé stále nedostatečně vysokou účinnost a zadruhé nedostatečně nízké náklady na kilowatthodinu – něco, co vyvolává otázky o širokém využití jakéhokoli obnovitelného zdroje energie.

K tomu se přidává fakt, že značné množství slunečního záření se na zemském povrchu nekontrolovatelně rozptyluje.

Přísně zpochybňována je i bezpečnost životního prostředí — ostatně stále není jasné, co s likvidací použitých prvků.

A konečně, stupeň studia solární energie - ať už říkají cokoli - je stále daleko k dokonalosti.

Nejslabším článkem solární energie je nízká účinnost baterií; řešení tohoto problému je jen otázkou času.

Používání

Ano, získávání energie ze Slunce není nejlevnější projekt. Ale za prvé, za posledních třicet let se jeden watt generovaný pomocí fotobuněk desetkrát zlevnil. A za druhé, touha evropských zemí snížit závislost na tradičních zdrojích energie hraje roli solární energie. Nezapomeňte také na Kjótský protokol. Nyní můžeme říci, že solární energie se rozvíjí stabilním tempem jak z pohledu vědy, tak z pohledu obchodu.

Solární energie se dnes nejaktivněji využívá ke třem účelům:

• vytápění a ohřev vody a klimatizace;

• přeměna na elektrickou energii pomocí solárních fotovoltaických konvertorů;

• výroba energie ve velkém měřítku na základě tepelného cyklu.

Sluneční energie se nemusí přeměňovat na elektřinu, ale je docela možné ji využít jako teplo. Například pro vytápění a ohřev vody obytných a průmyslových objektů.

Základem principu fungování konstrukce solárních topných systémů je ohřev nemrznoucí směsi.Teplo je pak předáváno do akumulačních nádrží umístěných obvykle v suterénu a odtud spotřebováváno.

Jedním z největších potenciálních spotřebitelů fotovoltaické energie je zemědělský sektor, který může nezávisle spotřebovat stovky megawattů špičkové solární energie ročně. K tomu lze přidat podporu navigace, napájení pro telekomunikační systémy, systémy pro resort a zdravotnictví a cestovní ruch, stejně jako vily, solární pouliční osvětlení a další.

Dnes se vážně uvažuje o možnosti naprosto fantastických, z laického pohledu, způsobů využití solární energie. Například projekty na oběžnou dráhu kolem slunečních stanic nebo ještě fantasticky solární elektrárny na Měsíci.

A takové projekty skutečně existují. Ve vesmíru je koncentrace sluneční energie ve srovnání s naší modrou planetou mnohem vyšší. Přenos energie na Zemi je možný pomocí směrovaného světla (laser) nebo ultravysokofrekvenčního (mikrovlnného) záření.

Pokračování v tématu: Pěstujte solární energii ve světě