dnes je 3.12.2022

Input:

Sluneční energie

2.2.2008, Zdroj: Verlag Dashöfer

12.9.2
Sluneční energie

Slunce je vlastně jediným zdrojem energie na Zemi (ať už jde o energii tepelnou, větrnou, vodní, uloženou ve fosilních palivech i biomase). Jen pro osvěžení paměti připomínám, že zdrojem energie slunce je termonukleární reakce, při níž se mění každou sekundu 560 tun vodíku na helium. Při této reakci se uvolní nepředstavitelné množství energie. Část energie [Slunce na Zemi vysílá energii cca 180 000TW (terawattů)], která na Zemi dopadá (a to zcela zdarma, bezpečně a bez škodlivých vlivů na životní prostředí), je přitom mnohonásobně vyšší, než kolik může celé lidstvo spotřebovat. Zvláštní je, jak nevšímavé a konzervativní je lidstvo a proč si darované energie Slunce více neváží. Toto množství překračuje současnou celkovou spotřebu energie (asi 13TW) zhruba 14 tisíckrát. Asi 1/3 této energie se odrazí od atmosféry zpět do vesmíru, zbytek je pohlcen a způsobuje, že průměrná povrchová teplota Země je cca +15°C a povrchová teplota moří 25 – 28°C. Bez energie Slunce by se teplota Země pohybovala na hodnotě – 270°C.

Životní úroveň je zcela závislá na dodávce energie, a to přímo úměrně jejímu množství. Z toho důvodu je využívání sluneční energie velmi výhodné, zvláště když si uvědomíme, s jak malou účinností se v současné době energie získává z fosilních paliv, o negativních dopadech na čistotu životního prostředí nemluvě. Navíc zásoby fosilních paliv na Zemi jsou konečné a odhaduje se, že jejich zásoby vydrží do přibližně poloviny tohoto století. Nesmyslným spalováním stále dražších fosilních paliv se navíc připravujeme o velmi cennou chemickou surovinu.

Tato kapitola je zaměřena na část přímého získávání tepelné energie pomocí tzv. slunečních kolektorů a jen pro přehled je uvedena zmínka o přímé přeměně slunečního záření v elektrickou energii pomocí fotovoltaických článků. Energie slunečního záření, dopadajícího na 1 m2 vodorovné plochy činí v našich podmínkách cca 1000 kWh za rok. Praktický energetický zisk slunečních kolektorů je cca 550 W/m2 za rok. Když si uvědomíte, kolik ploch vhodných k zachycení slunečního záření je k dispozici (např. střechy a stěny staveb), lze využitím energie slunečního záření ušetřit značné množství finančních prostředků. Další z možností využití energie slunečního záření je přímá přeměna v elektrickou energii, která se děje v tzv. solárních článcích (fotovoltaických panelech). Z 1 m2 takového panelu lze získat cca 150 W stejnosměrného proudu. Vyšší výkony se pak získávají skládáním těchto panelů. Účinnost fotovoltaických článků se v současné době sice pohybuje pouze mezi 5<–15%. To ovšem neznamená, že by v budoucnu nemohla být vyšší, zvláště když laboratorně už je dosahováno účinnosti více než 25%.

Pro oba druhy přímého získávání energie (tepelné a elektrické) ze slunečního záření platí, že masovým rozšířením, a tím také výrobě zařízení (fotovoltaické panely a sluneční kolektory) dojde ke snížení jejich ceny. To příznivě ovlivní dobu návratnosti investice, a tím i počty nových zařízení, což je v souladu s cílem, vytčeným EU, tj. zvyšování podílu energií, získaných z obnovitelných zdrojů. Většímu rozšíření velmi pomohou státní dotace.

Sluneční kolektory jsou využívány především k přípravě teplé vody, kde na přípravu 100 l teplé vody je třeba 5,25 kWh energie. V menším rozsahu pak k podpoře vytápění. V poslední době se rozšířilo jejich použití v systémech ohřevu vody ve venkovních i krytých bazénech. Pro úplnost je třeba zmínit i aplikace průmyslové. Perspektivní je využití slunečních kolektorů v zařízeních pro chlazení, která jsou rozšířena zejména v severní Americe a Austrálii. Předností tohoto řešení je, že v době, kdy je nejvyšší zisk slunečních kolektorů, jsou také nejvyšší požadavky na chlazení.

V zásadě se systémy se slunečními kolektory dělí do dvou základních kategorií podle teploty primárního okruhu a množství protékajícího media na tzv.:

„high flow“ – je nejrozšířenějším systémem slunečního ohřevu. Hlavním znakem je vysoký průtok teplonosného media v primárním okruhu (cca 40 – 70 l/m2 hod), při němž se teplota v kolektorech zvýší o cca 10–15°C. Sluneční kolektory jsou řazeny paralelně (vedle sebe), jak je zřejmé z obrázku 1. Jeho nevýhodou je pomalejší ohřev vody a větší průměry potrubí, a tím i jeho vyšší cena,

„low flow“ – výhodou tohoto systému je malé množství primárního media, které protéká kolektorem (cca 8–15 l/m2 hod) a z toho vyplývající nižší nároky na průměry potrubí, nižší výkon oběhového čerpadla, větší zisk (účinnost) a také rychlejší ohřev zásobníku teplé vody, zejména ve spojení s tzv. stratifikačními zásobníky (nabíjení po vrstvách směrem shora dolů). Teplota teplonosného media se v sériově (za sebou) zapojených kolektorech (viz obrázek 2) zvýší o cca 50°C. Jde o perspektivní systém.

Pro přípravu teplé vody lze uvažovat pokrytí roční potřeby z 60–70% v rodinných domech, v bytových domech pak pouze 50%. Pro rozsáhlejší systémy musí být proveden podrobný výpočet, vycházející z energetické bilance objektu. V případě rodinných domů lze uvažovat, že pro ohřev 50l vody je třeba namontovat 1 – 1,5 m2 kolektorů. Velikost akumulační nádoby teplé vody pak uvažovat na cca 2denní zásobu. Pro venkovní bazény se doporučuje plocha kolektorů cca 40–60 % vodní plochy bazénu, pro interiérové bazény pak plocha 60–80% vodní plochy bazénu.

Některé zásady pro návrh a montáž slunečních kolektorů:

  • Počet kolektorů se navrhuje vždy tak, aby vždy kryl jen efektivní potřebu energie, protože její ukládání je problematické. Nadbytečný počet zahřátých a nevyužitých slunečních kolektorů je velmi špatná investice. Prakticky to znamená, že musíme velmi pečlivě vážit návratnost investice. Je např. zbytečné snažit se o využití pro podporu vytápění v objektu, který má instalováno klasické vytápění o tepelném spádu 75/65°C, když je jasné, že kolektory dodají teplotu, která sotva dosáhne teploty zpátečky. V tomto případě by muselo být instalováno ještě tepelné čerpadlo, což by investici velmi zvýšilo.

  • Při předimenzování plochy kolektorů hrozí nebezpečí tzv. stagnace. Jde o stav, kdy není z kolektorů odebíráno teplo. Následkem přebytku tepla dojde k přehřátí kolektorů a následkem toho k vývinu páry, která vytlačí z kolektorů teplonosné medium a nebezpečně ohřeje např. části rozvodného potrubí. Protože jde o

Partneři



Nahrávám...
Nahrávám...