Obecně o sluneční energii
- Slunce jako hvězda je více než milionkrát větší než planeta Země a její průměr je přibližně 1,4 mil.km. Největší podíl zastoupených prvků mají helium a vodík. Forma skladby je podobná jako u ostatních hvězd nebo planet. Tudíž v jejím středu se nachází jádro, které svou funkcí připomíná termonukleární reaktor, z něhož uvolněná energie postupně prostupuje k chladnějšímu povrchu, tzv. fotosféře a který ji zásobuje energií 10 000x více, než mohou všichni lidé dohromady spotřebovat. Zde teplota povrchu dosahuje cca 6000.000°C. Silné magnetická pole pak zabraňují konvenci a jsou důsledkem toku obrovských elektrických polí uvnitř slunce. Další skladbou nad fotosférou je tzv. chromosféra a korona, kde teploty dosahují až 3000.000°C. Zde se vytváří silný sluneční vítr, který vzniká proudy unikajícími z korony a jehož rychlost je několik stovek km za vteřinu.
- Z astronomického hlediska se tedy skutečně jedná o jednu z hvězd, kterých jsou v galaxii miliardy.
- Další nutnou zmínkou je, že se jedná o bezpečný, neradioaktivní zdroj, který vysílá své záření do všech směrů a jen nepatrná část dopadne na naši planetu.
- Naše planeta Země pohlcuje sluneční záření a díky tomu je zde vhodné prostředí pro náš život. Většina energie, která se nachází na naší planetě pochází ze slunce.
- Bez slunce si tak život nelze představit.
- Největší přírodní solární kolektor jsou hladiny tropických oceánů. Tyto povrchy dokážou pohltit až 100 TW a díky tomu dochází k jejich ohřevu. Díky rozdílu teplot při povrchu a dně oceánů dochází k uskladňování pohybové energie ve vodě a ta pohání mořské proudy a stará se o cirkulaci vody.
- Využití sluneční energie nemá žádné negativní dopady na životní prostředí. Její množství 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.
Využití slunečního záření
- V dnešní době jsou nejvýhodnějším způsobem získávání sluneční energie solární kolektory, které jsou vhodné zejména pro ohřev teplé užitkové vody, přitápění nebo ohřev vody v bazénu.
- Přímo lze využívat sluneční energii i vhodně postavenou a orientovanou stavbou, kdy např. nízkoenergetický dům svými okny dokáže využít slunečního svitu a vyhřívat místnosti.
- Další možností je využití fotovoltaických článků k přeměně sluneční energie na energii elektrickou.
- Z praktického hlediska lze považovat solární energii za nevyčerpatelný zdroj, jelikož „životnost" slunce lze počítat na řády miliard let.
- V našich zeměpisných podmínkách dopadá na 1m2 okolo 1.000 kWh slunečního záření. Přepočteno na plochu a peníze, jedná se o energii v hodnotě statisíců, kterou zatím nevyužíváme. Na místo toho si necháme dodávat teplo z tepláren, uhlí, dřevo k topení, platíme výrobu, distribuci a spotřebu elektrické energie.
- Sluneční energie je zadarmo a je tu pro všechny z nás. Využívat tuto energii znamená chovat se ekologicky k planetě Zemi. Můžeme tak ušetřit v přepočtu statisíce korun a ještě odlehčit Zemi v období silného průmyslového růstu.
Pasivní a aktivní solární systémy
- Při pasivním využití sluneční záření se mění na teplo pomocí stavebního řešení budovy, které vychází z obdobných principů jako skleník. Množství získané energie závisí na poloze, druhu, architektonickém řešení budovy a použitých materiálech. Doporučuje se používat skla a reflexní folie, která zabraňují zpětnému vyzařování tepla ven z místnosti a v létě zabraňují přehřívání. Pasivní systémy lze výborně využít u nově budovaných objektů (dekorativní a současně energeticky úsporné prvky). U starších objektů je možné dostavět prosklenou verandu, skleník.
- U aktivních systémů se sluneční záření přeměňuje na teplo pomocí zařízení tzv. solárních kolektorů. Teplo získané v kolektorech se využívá přímo k přitápění, k ohřevu vody nebo se může ukládat v akumulačních nádržích a využívat později (v noci, ve dnech se slabým slunečním svitem). Výhodou solárních systémů je fakt, že slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie. Dalšími výhodami jsou nízké provozní náklady (sluneční energie je zdarma) a vysoká životnost zařízení 15 - 20 let a jeho nenáročná obsluha. Sluneční energii ovšem nelze využít jako samostatný zdroj tepla. Pro celoroční využití je nutný doplňkový zdroj energie - zemní plyn, elektrická energie, kapalná paliva, atd. (kotel nebo akumulační zdroj energie v zásobníku tepla), který pokrývá zvýšenou potřebu v době, kdy je slunečního záření nedostatek.
Podmínky a využití sluneční energie v ČR
- V ČR 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 - 1250 kWh 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 - 1800 hodin za rok. V horských oblastech dosahuje doba 1600 hodin za rok, v nížinách jižní Moravy 2000 hodin.
Solární kolektory pomůžou s využitím sluneční energie
- Vzhledem k našim klimatickým podmínkám a tím nerovnoměrné spotřebě tepla v průběhu roku je nutné solární kolektory kombinovat s dalším stabilním zdrojem tepla, např. elektrokotlem.
- Solární kolektory vyrábí nejvíce tepla v letních měsících, kdy je potřeba tepla nejnižší. Pokud bychom chtěli sluneční energii využít i v chladnějších měsících pro topení či předehřev topné vody, pak je nutné instalovat soustavu s větším počtem kolektorů (10 a více podle velikosti objektu, atd.).
- V letních měsících pak přebytečné teplo využijeme například na ohřev vody v bazénu.
- Jak již bylo napsáno v úvodu, má ČR poměrně dobré podmínky pro využití solární energie a tak je vhodné zvážit jak využijme teplo ze solárních kolektorů.
- Tepelnou energii je možné pro potřeby vytápění i dlouhodobě akumulovat v zásobnících.
- Základní podmínkou instalace kolektorů je pečlivá analýza výchozích podmínek a to nejen technických a ekonomických, ale i zvážení provozních podmínek. Důležité je také umístění solárních kolektorů. Měly by být orientovány na jihozápad, což umožňuje lepší využití energie zapadajícího slunce. Zajištěn by měl také být celodenní osvit (maximum výkonu nastává kolem 14 hodin). Nejvhodnější je umístění kolektorů s požadovaným sklonem 25 - 50 st. k vodorovné rovině, pro celoroční provoz je optimální sklon 30 - 45 st..
- Je nutné zabránit zbytečným ztrátám energie, a to tak, že zajistíme co nejkratší rozvody mezi kolektorem, zásobníkem, výměníkem a jejich dobrou tepelnou izolaci.
- Chráníme kolektory před větrem (ochlazování kolektorů snižuje účinnost) a zpřístupňujeme je pro pravidelnou údržbu, čištění a kontrolu.
Sluneční svit a jeho měření
- Případy pro výpočty a měření v rámci meteorologie vždy vycházejí z aktuálního stavu počasí. Tento stav je nejlépe popsán dlouhodobým i krátkodobým pozorováním a měřením. Určuje se aktuální teplota, rychlost a směr větru a také se sledují údaje související se slunečním svitem.
- U slunečního svitu se vyskytují nejčastěji dva pojmy. Těmi jsou délka a doba slunečního svitu. Délka, která se vyjadřuje v hodinách a ukazuje nám, jak dlouho během dne slunce svítilo na obloze a doba poukazuje na časový interval, kdy bylo slunce přítomno nad obzorem, neboli čas od východu k západu slunce. Její hodnota bývá daleko vyšší v létě než v zimě a je výrazně ovlivněna oblačností. Délka slunečního svitu se dříve nejčastěji zaznamenávala pomocí heliografu.
- Kromě délky a doby slunečního svitu máme i další veličiny, jež můžeme v souvislosti se slunečními paprsky zaznamenávat a používají se například v energetickém průmyslu. Jedná se hlavně o intenzitu slunečního záření, charakterizovanou jako energie dopadající na plochu, nebo celkovou energii slunečního záření.
- Údaje o slunečním svitu jsou rovněž důležité při tvorbě předpovědi počasí.
- Sluneční svit způsobuje nestejné prohřívání zemského povrchu a díky tomu má výrazný vliv na vznik konvekce, která ve vlhkém vzduchu vede ke vzniku přeháněk nebo bouřek.
- Data o slunečním svitu a aktivitě Slunce celkově najdou široké uplatnění také v klimatologii nebo v energetice při posuzování vhodnosti umístění solárních panelů.
- Součet délky slunečního svitu za období jednoho roku může poukázat na to, jak velkou mírou oslunění daná lokalita disponuje a zda je pro konkrétní technologii vhodná.
- Sluneční záření je v průběhu roku nerovnoměrné a nejnižších hodnot dosahuje v zimním měsících, kdy je potřeba tepla největší.
- Roční rozdělení ovlivňuje především počet hodin slunečního svitu za den, poloha Slunce nad obzorem a počasí. Určité rozdíly v intenzitě záření jsou dány i lokalitou. Např. průmyslové oblasti s nižším svitem, větším znečištěním, výše položené oblasti s čistou atmosférou, ale zase s nižšími průměrnými teplotami a podobně.
- Další nerovnoměrnost vzniká mezi spotřebou a tvorbou energie ze Slunce.
- Délka dne ale bude na různých místech Česka odlišná podle toho, kde se člověk na severojižní ose nachází. Rozdíl se může lišit i více než o čtvrt hodiny. Dále na sever se pak den zkracuje stále víc.
- Při energetické soběstačnosti objektu je nutno používat reálná čísla.
Teoreticky možný zisk ze slunečního záření a jeho závislost
- Typ kolektoru, jeho vlastnosti a jeho účinnost.
- Vztah mezi okolní teplotou a požadovanou teplotou spotřebiče.
- Ztráty tepla.
- Orientací kolektorů (odchylka od jihu).
- Sklonem kolektorů.
- Stupněm znečištění atmosféry a kolektorů.
- Lokalizací (vliv nadmořské výšky, klimatu, zeměpisné šířky a délky).