Jak Fungují Obnovitelné Zdroje Energie

Doposud lidem zajišťovali přísun elektrické energie fosilní paliva, jako je ropa a uhlí. Bohužel tento způsob není nevyčerpatelný a zásoby těchto paliv jsou omezené. Mimo tohoto mají tato paliva i negativní dopad na životní prostředí. A proto je nutné začít se více zaměřovat na výrobu energie z obnovitelných zdrojů.

Solární Energie a Fotovoltaika

Nejsilnějším zdrojem, který známe, je slunce. Každý den slunce odhadem vyšle na Zemi tolik energie, že by pokryla celosvětovou spotřebu po dobu 8 let. A už jen proto se není čemu divit, že právě solární energie může mít v budoucnu klíčovou roli v zásobování naší planety elektrickou energií.

Dopomoci k rozšíření výroby elektřiny z fotovoltaiky můžete i vy. Tím, že si postavíte svou vlastní solární elektrárnu, nejenže můžete ušetřit, pomoci životnímu prostředí, ale můžete i přispět ke zvýšení podílu vyrobené elektřiny z obnovitelných zdrojů. To, jak fungují samotné solární elektrárny, a co vědět předtím, než si ji pořídíte, jsme popsali zde.

Funkce Fotovoltaických Článků

Fotovoltaické články jsou srdcem každé fotovoltaické elektrárny, které jsou zodpovědné za výrobu elektřiny ze slunce. Fotovoltaické články představují tenké destičky o rozměrech 15,6 cm x 15,6 cm, které jsou vyrobeny z polovodičového materiálu. Konkrétně se jedná o látky, které mají vlastnosti jak vodiče, tak i izolantu, tudíž nevodiče. Aby se ovlivnilo, jaká z těchto vlastností bude převládat, se zvenčí přidají konkrétní chemické prvky.

Jeden z nejdůležitějších polovodičových materiálů je křemík, který dnes najdete téměř ve všech fotovoltaických článcích. Samozřejmě můžete najít ve fotovoltaických článcích i jiné sloučeniny, jako například CdTe (tellurid kademnatý) nebo CIGS (sloučenina mědi, india, galia, síry a selenu).

Čtěte také: Kdo se stará o ekologické zemědělství u nás?

Účinnost Fotovoltaických Článků

To, na kolik je fotovoltaický článek nebo modul účinný, zjistíte z toho, kolik dostupné energie skutečně přemění na solární elektřinu. Jinými slovy lze říct, že vyjadřuje poměr mezi přijatou sluneční energií a vydanou elektřinou. Samozřejmě na kolik jsou fotovoltaické články účinné, závisí i na použité technologii. Účinnost se může pohybovat mezi 4 % - 20 %, více vám prozradíme níže v sekci: Jaké jsou typy fotovoltaických článků.

Typy Fotovoltaických Článků

• Monokrystalické články: Tyto články mají pravidelnou krystalickou strukturu s vysokým obsahem křemíku a to znamená, že nedochází k rozptylování a následným ztrátám. Monokrystalické články jsou dražší, ale zároveň vám zaručí velmi vysokou účinnost, a to mezi 14 až 20 %. Tyto fotovoltaické články jsou skvělým řešením pro menší střešní plochy.
• Polykrystalické články: Tyto články neobsahují tolik čistého křemíku jako monokrystalické. Z tohoto důvodu je jejich pořízení o něco levnější a patří mezi nejčastěji prodávané modely. Účinnost je však nižší a pohybuje se přibližně okolo 12 až 16 %. Polykrystalické fotovoltaické články se obvykle montují na středně velké střechy.
• Tenkovrstvé články: Při výrobě těchto článků se polovodič jako amorfní křemík, tellurid kademnatý nebo diselenid mědi a india nanáší na nosiče ze skla, kovu nebo třeba plastu. Tím vznikne mikrometr silná vrstva, která pohltí sluneční světlo. Tyto moduly jsou velmi lehké a jsou nejlevnější variantou ze všech těchto článků. Bohužel tyto články mají nejnižší účinnost, a to 4 až 10 %. Jejich nejvhodnější umístění je na velké střešní plochy s mnoha moduly.

Historie Využívání Sluneční Energie

Již ve starém Egyptě, ale i Mayové uměli chytře a efektivně využívat sluneční energii. Využívali teplo ze slunce do svých domů, kde stavěli okna a dveře tak, aby teplo pronikalo efektivně dovnitř a ukládalo se.

V roce 1839 naznačil budoucí aktivní využití sluneční energie francouzský fyzik Alexandre Becquerel a právě on objevil fotovoltaický jev. V roce 1883 Američan Ch. Fritts sestrojil první fotovoltaický článek s účinností 1 %. Později byl v roce 1954 v Bellových laboratořích vytvořen první křemíkový článek, jaký známe dnes (s účinností 6 %). První jeho využití bylo ve vesmíru, kde solární panely napájely americkou družici „Vanguard I“.

V tu dobu byla tato technologie pro soukromé použití příliš nákladná. Tato skutečnost se ale změnila po ropné krizi v roce 1973, kdy se technologie spojené s výrobou solární energie stále více zkoumaly a dokonce byly výzkumy často podporovány vládou dané země. Postupně ceny klesaly a zhruba od pol. 80. let se začaly instalovat první solární systémy i na střechy soukromých domů.

Moduly a Elektrárny

Pouze jeden fotovoltaický článek vyrobí opravdu velmi málo energie. Na článku při planoucím slunci vzniká asi 0,5 voltu napětí a 5 ampérů proudu a to přibližně odpovídá výkonu o velikosti 2,5 wattu. To je opravdu velmi málo. Proto se fotovoltaické články spojují do řad a vytváří moduly. Tento modul je pak obvykle zasazen do hliníkového rámu a shora je chráněn sklem. Takový modul se často skládá z 36 nebo 72 článků. Solární elektrárnu pak může tvořit až 100 modulů.

Čtěte také: Odpady v České republice - jak na to?

Solární Energie v Česku

Počty instalovaných fotovoltaických elektráren v Česku neustále rostou a i přes pandemii se téměř zdvojnásobily. V rámci dotačního programu Nová zelená úsporám, který poskytuje finanční podporu pro stavby fotovoltaik, vzniklo téměř 5 000 solárních střech. I přes tento růst, Česká republika oproti Evropě zaostává. Avšak to by se mohlo změnit díky Modernizačnímu fondu MŽP, ve kterém vznikne 9 programů na podporu modernizace energetických systémů a zlepšení jejich účinnosti.

Obnovitelné Zdroje a Jejich Spolehlivost

Často lze sledovat diskuze na téma, zda ten nebo onen energetický zdroj nebo mix zdrojů je schopen zajistit energetické potřeby. Málo se však objevují studie nebo alespoň pokusy spočítat, jak by si tyto zdroje poradily v konkrétní situaci, respektive s podmínkami konkrétního roku.

Vysloví-li někdo námitku, že zdroje závislé na počasí - větrné a solární elektrárny, jsou nespolehlivým zdrojem, je ujištěn, že pokud nesvítí slunce nebo nefouká vítr u nás, můžeme elektřinu přivézt z okolních států nebo přebytky uložit.

Synchronizace Výkonu

Na grafech 1, a 2 je relativní výkon (v %) českých (žluté hroty) a německých (modrá křivka) solárních elektráren v lednu (graf 1) a srpnu (graf 2) 2016. Není žádným překvapením, že solární elektrárny fungují i na poměrně velkém území jako jediná neregulovatelná elektrárna. Pravda, solární elektrárnu lze při přebytku jednoduše vypnout, ale nijak to nepomůže v době, kdy Slunce zapadne.

Srovnání relativního výkonu českých (modré pole) a německých (růžová křivka) větrných elektráren (VE) v lednu a srpnu 2016 je na grafech 3 (leden) a 4 (srpen). Vidíme, že i větrné elektrárny vykazují značnou synchronizaci výkonu. Je to dobře vidět například v období 15. - 20. 8., kdy v obou státech dodávaly VE méně než 10 % výkonu. Podobná situace byla i 5. - 7. ledna. Naopak v závěru ledna bylo velmi větrné počasí v obou státech.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Tento efekt má dva základní dopady, které spolu navíc souvisí. Pokud by měly sousední státy vysoký podíl zdrojů závislých na počasí (vítr a slunce) nemohou se spoléhat na to, že v případě nedostatku dovezeme od sousedů. Neboli: při nedostatku energie bude postiženo území velké části Evropy a i kdyby se nám podařilo elektřinu dovézt, bude velmi drahá, protože máme velkého souseda s velkou spotřebou energie - Německo. Bude-li však silně foukat a ještě bude jasné počasí, budou přebytky nejen u nás, ale i u sousedů.

Dispečer má k dispozici data o spotřebě elektřiny v ČR v období 1. 1. 2016 - 31. 10. 2017. Zároveň disponuje daty o relativním výkonu větrných a solárních elektráren za stejné období. Solární a větrné elektrárny nejsou regulovány a dodávají elektřinu podle aktuální denní (roční) doby a aktuálních meteorologických podmínek. Ostatní zdroje pak dodají zbytek.

Na základě využití daných zdrojů během roku, spočítá celkovou produkci jednotlivých zdrojů za rok, využití zdroje v % a emise CO2. Výpočet se u jednotlivých zdrojů při srovnání s „Roční zprávou o provozu ES ČR“ liší u jednotlivých položek v rozsahu jednotek procent. Dalším výstupem jsou grafy, zobrazující průběh roku.

Komunitní Energetika

Připravovaná komunitní energetika, které vejde v České republice v platnost v průběhu roku 2024, není žádnou převratnou novinkou na poli fotovoltaiky. Tento koncept sdílení energií z FVE již pár let funguje v několika zemích po celé Evropě, a mimo jiné také u našich dvou západních sousedů - Rakouska a Německa.

Koncept komunitní energetiky umožňuje jednotlivcům, domácnostem nebo menším skupinám sdílet a využívat obnovitelné zdroje energie, jako jsou solární panely. Tato forma energetiky nejen umožňuje vlastní výrobu elektřiny, ale také umožňuje sdílet přebytky energie s ostatními členy komunity.

Příklady ze Zahraničí

• Rakousko: Sdílené energie z FVE jsou osvobozeny od daní, což maximalizuje výhody, které z komunitní energetiky plynou pro členy energetického společenství.
• Německo: Funguje model kolektivní spotřeby energie uvnitř jednoho bytového domu, známý jako Mieterstrom model. Tento model umožňuje provozovatelům obnovitelných zdrojů prodávat elektřinu majitelům nebo nájemníkům bytových jednotek v témže domě, kde se zdroj nachází.

Alternativní Přístupy k Obnovitelné Energii

Podobný model už funguje například v německé obci Wettesingen. Ta se může chlubit titulem první bioobce v Německu. Srdce tohoto unikátního projektu tvoří bioplynová stanice. Ta je zásobována rostlinným a živočišným odpadem z okolí obce, jako například odpadem ze zemědělské činnosti nebo z chovu hospodářských zvířat.

Kogenerační jednotky jsou tvořeny plynovými spalovacími motory, které pohánějí elektrogenerátory a produkují tak elektrickou energii. U spalování bioplynu v motorech navíc vzniká velké množství tepla, které je zužitkováno na ohřev vody. Elektrická energie je po obci distribuována pomocí původní sítě elektrických rozvodů. Pro distribuci tepla bylo nutné vybudovat síť podzemních rozvodů.

V případě mírně zvýšených nároků je možné vyšší spotřebu tepla pokrývat pomocí přímého spalování bioplynu v plynových kotlích. Celý systém je dále podporován sekundárními zdroji energie, mezi kterými nemůže chybět fotovoltaika nebo solární kolektory.

Řečí čísel, projektem v obci Wettesingen se podařilo snížit náklady na spotřebu tepla o 20 %, což je však mnohem důležitější, podařilo se snížit produkci CO2 o 50 %. Kompletní dodávka tepla pro obec je zajišťována z obnovitelných zdrojů energie, které by jinak představovaly pouze odpad z hospodářské činnosti.

Projekt podobného charakteru dokázal, že v dnešní době už disponujeme technologiemi, které při racionálním hospodaření umožňují dosáhnout pokrytí spotřeby energií pomocí obnovitelných zdrojů na 100 %.

Vzdělávání o Obnovitelných Zdrojech

Pohled na energetiku a fyziku očima nejrůznějších věkových skupin přináší už téměř dva roky multimediální aplikace „Svět energie“ z portfolia Vzdělávacího programu ČEZ. Novinkovým tahákem v nabídce portálu je aplikace 3D model obnovitelných zdrojů energie, který návštěvníkům názorně ukazuje principy zrodu ekologické energie.

tags: #maketa #jak #fungují #obnovitelné #zdroje #energie

Oblíbené příspěvky:

• O odbourávání odpadu biologicky
• Koše na tříděný odpad – 15 litrů – recenze
• Udržitelné řešení pro vaši zahradu
• Pesticidy v ekologickém zemědělství
• Norma IEC 61000