Využití obnovitelných zdrojů energie na bázi slunečního záření Sluneční (solární) energie (sluneční záření, solární radiace) představuje v nějaké formě drtivou většinu energie,která se na Zemi nachází a využívá. Vzniká v nitru Slunce termonukleární přeměnou vodíku na helium. Vzhledem k tomu, že vyčerpání zásob vodíku na Slunci je očekáváno až v řádu miliard let, je tento zdroj energie označován jako obnovitelný.
Slunečními paprsky dopadne na povrch Země přibližně 1,3kW/m2. Toto číslo se nazývá solární konstanta. Při jasné, bezmračné obloze dopadá největší část záření na Zemi, aniž by měnilo směr. Toto přímé záření má intenzitu v našich podmínkách cca 600 - 1000 W/m2. Při zamračené obloze dochází k rozptylu přímého záření v mracích a na částečkách v atmosféře a na zemský povrch pak dopadá tzv. difuzní (rozptýlené) záření. Jeho intenzita je nižší než v případě přímého záření, nicméně je stále velmi dobře využitelné. Tuto energii slunečního záření lze využít přímo:
- pro výrobu elektrické energie (solární fotovoltaický článek)
- pro ohřev teplé užitkové vody a vytápění (solární kolektory)
Solární fotovoltaické články
Solární články (sluneční baterie) jsou polovodičové prvky, které mění světelnou energii v energii elektrickou.
Fotoelektrický efekt vysvětluje vznik volných elektrických nosičů dopadem záření. Celkově se daří přeměnit v elektrickou energii jen asi 17% energie dopadajícího záření. Solární články jsou tvořeny polovodičovými plátky tenčími než 1 mm. Na spodní straně je plošná průchozí elektroda. Horní elektroda má plošné uspořádání tvaru dlouhých prstů zasahujících do plochy. Tak může světlo na plochu svítit. Povrch solárního článku je chráněn skleněnou vrstvou. Sloužící jako antireflexní vrstva a zabezpečuje tak, aby co nejvíce světla vniklo do polovodiče. Antireflexní vrstvy se většinou tvoří napařením oxidu titanu. Tím získá článek svůj tmavomodrý vzhled. Jako polovodičový materiál se používá převážně křemík. Jiné polovodičové materiály, např. galium arsenid, kadmiumsulfid, kadmiumtellurid, selenid mědi a india, nebo sirník galia se zatím zkoušejí. Krycí sklo chrání povrch solárních článků i před vlivy prostředí.
Využití solárních fotovoltaických článků:
Využití těchto článků je různorodé. Od solárních kalkulaček až po energetické zabezpečení horských chat v rozsahu jednotek až desítek kW. Elektrický výkon je dán celkovou plochou a účinností solárních článků. Při ploše 1dm2 a plném slunečním svitu může dávat článek výkon 1,25 W a to při napětí 0,5 V a proudu 2,5 A. Vyšší napětí se získá sériovým řazením a větší proud paralelním řazením. Panel bývá složen z 33 až 36 křemíkových solárních článků. Nevýhodou je ale řádově vyšší cena proti klasickým zdrojům.
Solární kolektory
Princip získávání energie ze Slunce pomocí solárních kolektorů spočívá v přeměně slunečního záření na tepelnou energii pomocí solárního kolektoru. Na rozdíl od fotovoltaických článku je tedy výstupem tepelná nikoliv elektrická energie. Solární kolektory se běžně používají k přípravě teplé užitkové vody (TUV), k ohřevu vody v bazénech a k vytápění.
Sluneční záření je absorbováno kolektorovou plochou. Takto získaná energie ohřívá podle použité technologie přímo vodu nebo médium (směs vody a nemrznoucí přísady), které ohřívá cirkulací přes výměník tepla vodu v zásobníku a vrací se zpět do kolektoru. Výhodou druhého řešení je možnost jeho použití i v zimních měsících. Vrcholem dvouokruhových řešení jsou vakuové nebo heatpipe kolektory, kde díky použité konstrukci nedochází ke zpětnému ochlazování média.
Využití solárních kolektorů:
Využití solárních kolektorů je v praxi neoddělitelně spjato s volbou konkrétní technologie. Nejjednodušším typem slunečních kolektorů je jednookruhový kolektor, u nás nejčastěji bazénový kolektor, protože nároky na jeho použití jsou zpravidla nejnižší. Kolektor je tvořen pouze absorbérem černé barvy (černá nejlépe pohlcuje světlo), bez skříně chránící teplo a bez skleněné desky. Jak název napovídá, tyto solární kolektory mají své využití především v letních měsícíh při ohřevu vody v bazénech, kdy teplotní rozdíl absorbéru a okolí je od 0 do 20°C. Tyto kolektory se dobře uplatní i v teplejších zeměpisných šířkách. Jejich roční výtěžnost se pohybuje v rozmezí 250 – 400 kWh/m2. Pro ohřev teplé užitkové vody, vytápění je vhodnější použít dvouokruhové solární kolektory nejlépe ve spojení s řídící jednotkou, umožňující jejich snadnou kombinaci s konvenčími zdroji energie. Tyto kolektory se již většinou nespokojí s tradičním černým nátěrem, ale je zde použit speciální absorpční vrstva umožňující zachytávání difuznícho záření při nepříznivém počasí. Jejich roční výtěžnost se pohybuje v rozmezí 320 – 530 kWh/m2 a v případě vakuových nebo heat-pipe kolektorů až 900 kWh/m2.
