Slnečná energia

Slnečná energia alebo solárna energia je energia získaná zo Slnka. Na Zem dopadá vo forme žiarenia. Skladá sa z tepelnej a svetelnej energie. Prichádza vo forme elektromagnetických vĺn.

 Prejavy slnečnej energie na Zemi 
Podľa zákona o zachovaní energie sa energia dopadajúca na planétu Zem premieňa bezo zvyšku na iné formy.

Medzi prejavy slnečnej energie na Zemi patria:

 Energia fosílnych palív, ktorá vznikla v dávnej minulosti z rastlinnej alebo živočíšnej biomasy.
 uhlie
 ropa
 zemný plyn
 Veterná energia vznikajúca prúdením vzduchu medzi nerovnomerne ohriatymi časťami planéty. Tieto navyše môžu spôsobovať vznik vĺn.
 Energia biomasy vzniká premenou slnečnej energie na energiu chemických väzieb v organických zlúčeninách pomocou fotosyntézy. Sem patrí nielen využitie biomasy pri spaľovaní, ale aj potravinové využitie živočíchmi.
 Vodná energia, kde slnečná energia predstavuje hybnú silu pre kolobeh vody.
 Teplo, ktoré je väčšinou prejavom strát pri energetických premenách.
 Vlastná nesmierna sila slnečnej energie.

Medzi prejavy slnečnej energie na Zemi nepatria:

 Geotermálna energia a jej prejavy (táto energia pochádza z obdobia vzniku Zeme a slnečnej sústavy vôbec – vzniká jadrovým rozpadom a pôsobením slapových síl).
 termálne pramene,  ako napr. gejzír
 prejavy posunu litosférických dosiek – zemetrasenie, sopečná činnosť, vlny cunami
 tepelný ohrev hlbšie položených miest (je zodpovedný mimo iného za stálosť teploty v jaskyniach, v praxi využívaný tepelnými čerpadlami)
 Energia gravitačných síl, predovšetkým kinetická energia sústavy Mesiac – Zem – Slnko, prejavujúcej sa ako príliv
 Energia atómových jadier, vznikajúca pri rádioaktívnom rozpade prvkov ťažších ako železo, alebo naopak pri zlučovaní ľahších prvkov
 Energia vesmírneho žiarenia, pochádzajúca zo zdrojov mimo slnečnej sústavy

 Premena na tepelnú energiu 
 Solárny kolektor 
Zariadenie na premenu slnečnej energie na tepelnú. Slnečné teplo tu ohrieva čierny povrch kolektora. Prenos energie do rúrky s kvapalinou prebieha na veľmi veľkú vzdialenosť, následkom čoho sú problémy s výmenou tepla pri nízkych a premenlivých hustotách toku energie. Pre oblasť Slovenska je celková doba slnečného svitu, t. j. bez oblačnosti, 1600 – 2001W

 Využitie solárnych kolektorov 
 prípravu teplej vody v domácnostiach, priemysle a komerčných budovách
 ohrev vody pre bazény celoročne
 vykurovanie priestorov (budovy, skleníky, sauny)
 sušenie rastlín
 elektrina

 Slnečná pec 
náhľad|Slnečná pec v Odeillo vo Francúzsku

Slnečná pec je technologické zariadenie pracujúce na princípe sústreďovania slnečnej energie pomocou sústavy zrkadiel do jedného bodu. Teplota, ktorú možno takýmto spôsobom dosiahnuť je okolo 3 000 °C.

 Slnečný varič 
náhľad|Slnečný varič s parabolickým reflektorom

Slnečný varič môže pracovať na podobnom princípe ako slnečná pec, no v oveľa menšej mierke. Slúži na bežné varenie v miestach s nedostatočnou dostupnosťou palív.

 Premena na elektrickú energiu 
V júni a júli 2021 mali solárne zdroje v Európskej únii 10% podiel na výrobe elektrickej energie. Naďalej zaostávali za uhoľnými zdrojmi. Zo solárnych panelov sa v tomto období vyrobilo „39 terawatthodín elektriny, čo bolo o 10,9 TWh viac než v roku 2018.“

 Fotovoltický článok 
náhľad|vpravo|Panel z Fotovoltaických článkov

Zariadenie, ktoré premieňa slnečnú energiu priamo na elektrickú. Fotovoltický článok je vlastne veľkoplošná polovodičová dióda, na ktorej vzniká napätie. Podstatou celej premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu je vnútorný fotoelektrický jav. Svetlo dopadajúce na polovodičový materiál v ňom zvyšuje koncentráciu nosičov náboja oproti stavu bez osvetlenia. Dopadajúce fotóny, ktoré sú polovodičovým materiálom prijaté, odovzdaním svojej energie vytvárajú elektróny a diery. Elektróny a diery separované PN prechodom sú potom zberané do vonkajšieho obvodu, kde je ich prítomnosť registrovaná ako elektrické napätie alebo jednosmerný prúd. 

Fotovoltické články sa nachádzajú v kalkulačkách, hodinkách, solárnych nabíjačkách, či vo vesmírnych sondách. Avšak sú tiež zakladným komponentom fotovoltických elekrární. Vďaka masívnemu použitiu v energetike prechádzajú fotovoltické články nevídaným technologickým vývojom. S novými výrobnými procesmi výrazne klesá aj ich kúpna cena. Fotovoltika je ambiciózne odvetvie, ktoré má potenciál pomôcť ľudstvu nahradiť v energetike nežiadúce spaľovanie fosílnych palív.

 Slnečná prúdová veža 
náhľad|vpravo|Princíp činnosti slnečnej prúdovej veže

Slnečná prúdová veža pracuje na princípe kombinácie troch zložiek. Efektu komína, skleníkového efektu a veternej turbíny.

Vzduch nahromadený v priestore podobnému obrovskému skleníku, ktorý je umiestnený dookola základne vysokého komína je ohrievaný slnečným žiarením, následkom čoho zohriaty vzduch uniká hore komínom. Vzniknuté prúdenie vzduchu poháňa turbíny produkujúce elektrickú energiu. Úspešný 50 kW výskumný prototyp pracoval v španielskom Ciudad Real v rokoch 1980 – 89. Od roku 2001 sa pracuje na projekte  vysokej veže v Austrálii.

 Koncetračné technológie 
náhľad|CSP vežový systém, elektráreň s výkonom 110 MW, Crescent Dunes Solar Energy Project, Las Vegas, USA
náhľad|CSP parabolický systém, elektráreň s výkonom 354 MW, San Bernardino County, Kalifornia, USA)
Spoločným menovateľom týchto technológií je koncentrácia slnečného žiarenia do média. V súčasnosti má energetický význam najmä CSP (Concentrated Solar Power) segment. Na rozľahlých plochách sú inštalované reflexné povrchy (zrkadlá), ktoré natáčaním pomocou 1-osových alebo 2-osových konštrukcíí (trackerov) sledujú slnko na oblohe, a tak systémy maximalizujú využitie priameho slnečného žiarenia počas celého dňa. Odrazená energia je nasmerovaná do média, ktoré má vysokú absorpčnú schopnosť a dosahuje v prevádzke vysoké teploty (podľa typu niekoľko 100 až 1000°C). Výroba elektrickej energie ďalej v princípe sleduje koncept tepelnej elektrárne. 

V praxi sa používajú solárne veže, kde je energia všetkých zrkadiel koncetrovaná do jedného priestoru alebo parabolické systémy s koncentráciou do líniových trubíc.

V porovnaní s elektrinou z fotovoltiky je elektrina z CSP drahšia. Avšak výhodou je, že energiu možno efektívne skladovať (ekonomický je napr. 1-dňový cyklus) a využiť v čase špičkovej spotreby elektriny (napr. vo večerných hodinách). Preto v adekvátnych lokalitách je zmysluplné kombinovať obe technológie.

Na Slovensku zatiaľ CSP technológie nie sú ekonomicky zaujímavé. V súčasnosti sú väčšie projekty realizované v oblastiach, kde priame normálové žiarenie (DNI) presahuje najmenej 1600 kWh/m2, jeho distribúcia čo najrovnomernejšia počas celého roka a nepredpokladá sa znečistenie atmosféry aerosólmi. Realizácie nájdeme v strednej Číne, Maroku, juhozápad USA, Španielsku a iných krajinách s podobnou klimatickou charakteristikou.

 Referencie 

 Iné projekty