Obnovitelné zdroje: Slunce jako princip

Sluneční záření, dopadající na zemský povrch, je nezbytnou podmínkou udržení života na naší planetě. Stovky milionů let se tato energie ukládala do fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn) a dnes ji využíváme k vytápění, v tepelných elektrárnách nebo v dopravě. Zásoby fosilních paliv jsou však omezené a jednou přijde doba, kdy musí být nahrazeny jinými zdroji. Kromě jaderné energie k těmto zdrojům patří tzv. obnovitelné zdroje - sluneční záření, voda, vítr, biomasa apod. I když k nám ze Slunce přichází mnohonásobně víc energie, které naše civilizace potřebuje, dovedeme z ní zatím využít jenom nepatrnou část.

Obnovitelné vs. Alternativní zdroje energie

Pokud si občas všímáte informací ve sdělovacích prostředcích všeho druhu, věnovaných problematice využívání obnovitelných zdrojů energie, můžete se setkat s několik pojmy, které se často zaměňují, ale ve skutečnosti je jejich význam trochu jiný. Asi nejčastějším případem je vzájemná záměna pojmu obnovitelné zdroje energie a alternativní zdroje enegie. Je mezi nimi rozdíl?

Jedná se o zdroje energie, které se mohou samovolně obnovit přírodními procesy. Typickým případem je právě energie Slunce. Termojaderný reaktor v nitru naší hvězdy, který je zdrojem jeho obrovské energie, pracuje více než 4 miliardy let a nejméně stejnou dobu ještě bude fungovat. Pokud bychom šli do důsledků, tak technicky vzato jsou všechny tyto "obnovitelné" zdroje energie vyčerpatelné, ale časový horizont vyčerpání je však velmi vzdálen. Obdobná situace je s geotermální energií, což je energie v podobě tepla v nitru naší planety. I zde je toto teplo pocházející z období vzniku a formování planety "uzavřeno", ale i přes mohutné vrstvy zemského pláště a kůry se postupně uvolňuje a jádro tak v čase pomalu chladne. Za další možný zdroj tepla v nitru Země se považuje rozpad radionuklidů, ale jaký je skutečný přínos tothot procesu k ohřevu resp. udržování teploty nitra zatím neí příliš jasný.

Jako alternativní zdroje energie označujeme všechny druhy a metody získávání (přeměn) energie, které jsou alternativou k majoritním zdrojům energie, které lidstvo v daném období používá. Hezkým příkladem jsou alternativního zdroje kogenerační jednotky, které využívají například zemní plyn obvykle používaný pouze pro výrobu tepla. Kogenerační jednotky jsou v podstatě spalovací motory, které jako palivo používají zemní plyn (nebo jiné plynné či kapalné palivo). Tyto motory jsou schopny zároveň vyrábět (díky přeměně části energie obsažené v palivu na energii mechanickou) elektřinu, ale také teplo, které vzniká jako vedlější produkt spalovacího motoru (proto musíme mít v autě chladiče, abychom odváděli v tomto případě přebytečné teplo z procesu spalování). Pokud jsme však schopni zároveń využít jak elektřinu, tak i "odpadní" teplo, výrazně se zvyšuje účinnost celého procesu a zlepšuje ekonomika (viz obrázek níže). Obdobný alternativní způsob je využití elektřiny v tzv. tepelných čerpadlech, které mohou díky kompresoru převádět tepelnou energii o nižším potenciálu na potenciál vyšší. Ve zjednodušené představě se jedná o "obrácenou" ledničku. Efekt je v tom, že na jednu kWh spotřebované elektřiny tepelný stroj získá 3 či více kWh tepelné energie z prostředí, do kterého je umístěn primární okruh (země, voda, vzduch apod.). Díky tomu výrazně zvyšujeme oproti klasickým způsobům (elektrickému přímotopnému či akumulačnímu) vytápění účinnost a efektivitu.

Energeticky úsporná opatření

Energeticky úsporné opatření je tak každé technické či organizační opatření vedoucí ke snížení potřeby a spotřeby energie ve všech podobách. Důležité je si uvědomit, že v praxi rozlišujeme různé druhy energeticky úsporných opatření. Například i podle toho, jaké musíme na jejich realizací vynaložit náklady. Z pohledu nákladnosti však existují i další skupiny. Skupina investičně nenáročných opatření mohou také vést k relativně vysokým úsporám, ovšem při mnohem menším objemu vydaných prostředků. Poslední skupinou energeticky úsporných opatření jsou tzv. beznákladová opatření, která nic nestojí, maximálně trochu přemýšlení, organizace či vlastního úsilí. Například pečlivější používaní a nastavení regulačních prvků při vytápění (od termoregulačních ventilů až po náročné a programovatelné systémy regulace vytápění či osvětlení).

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Do této kategorie patří i staré, známé a osvědčené... "nesvítíte zbytečně?", tedy kontrola zhasnutí či vypnutí elektrických spotřebičů, které právě nepoužíváte a nemusí být zapnuty.

Způsoby využití sluneční energie

O problematice metod, forem a techniky k využívání sluneční energie ve všech jejich podobách již bylo řečené a napsáno více než dost. Jedná se o velmi rozsáhlé a v některých paritích i relativně náročné téma. Nejprve si však některé věci zopakujme a přehledně rozdělíme. Na těchto stránkách se téměř nebudeme věnovat energii větru a vody, jelikož to nepovažujeme, s ohledem na zaměření těchto stránek, jako zásadní témata. Příliš prostoru nevěnujeme ani problematice využití energie okolí (tepelná čerpadla) a energie biomasy. Jedním z důvodů je velká šíře těchto témat, která už je mimo rozsah a účel těchto webových stránek.

Sluneční energie může být využita několika způsoby:

• Přeměna na teplo pohlcováním záření tmavým povrchem.
• Přímá nebo nepřímá přeměna na elektrickou energii.

Sluneční záření a jeho potenciál

Sluneční záření, dopadající na Zemi, představuje obrovský energetický potenciál. Slunce vyzařuje energii rychlostí 4×10²⁶ J za sekundu. Pro srovnání, celková spotřeba energie lidstva je 10¹³ J za každou sekundu. To znamená, že Slunce poskytuje zhruba 20 000 krát více energie, než potřebujeme.

Energie Slunce vzniká termonukleární fúzí, při které se čtyři jádra vodíku mění na jedno jádro helia (⁴He). Při této reakci se část hmoty změní v radiační energii podle známé Einsteinovy rovnice E =mc². Z 1 kg vodíku se tak získá 6.25x10⁵ GJ tepelné energie.

Čtěte také: České startupy a energie

Konstanta slunečního záření, tedy množství energie dopadající na 1 m² povrchu za sekundu mimo atmosféru Země, je 1.4 kW/m². Nicméně, množství sluneční energie, které dopadne na zemský povrch, je ovlivněno atmosférou. Za rok dopadne na Zemi asi 6x10¹⁵ GJ sluneční energie. Část této energie (asi 35%) se odrazí zpět do meziplanetárního prostoru ve formě infračerveného záření. I tak zbývá obrovské množství energie, které může být využito.

Solární elektrárny

Solární elektrárny využívají sluneční záření k výrobě elektřiny. Existuje několik typů solárních elektráren:

• Elektrárny s koncentrátory slunečního záření: Tyto elektrárny využívají zrcadla k zaostření slunečního záření na jedno místo, zpravidla na vrchol vysoké věže. Na tomto místě se ohřívá médium (např. voda), které se ohřívá na teplotu až 300 °C a vznikající pára pohání parogenerátor. Takováto elektrárna může sloužit ke krytí potřeb až 350 000 domácností. Projekt Desertec, který se zaměřuje na budoucích energetických potřeb celé Evropy, počítal s tím, že by solární elektrárny zabírala 0,2 % plochy Sahary a vedla pomocí silových kabelů.
• Solární talíře: Menší variantou solární elektrárny je takzvaný "solární talíř". Jedná se o systém zrcadel, které soustřeďují sluneční záření na Stirlingův motor, což je tepelný stroj pohánějící generátor.
• Fotovoltaické elektrárny: Tyto elektrárny využívají fotovoltaických článků k přímé přeměně slunečního záření na elektřinu. Fotovoltaický jev byl poprvé pozorován v roce 1839. Články skládají do fotovoltaických solárních panelů. Panely o ploše 15 m² za slunečného dne produkují kolem 20 kWh elektrické energie.

Výhody a nevýhody sluneční energie

Využívání sluneční energie má hned několik výhod:

• Je to obnovitelný zdroj energie, takže se od něj nemusí obávat žádné katastrofy.
• Sluneční energie je k dispozici zdarma, takže nikomu nic platit.
• Sluneční energie je šetrná k životnímu prostředí.

Nicméně, sluneční energie má i určité nevýhody:

• Množství sluneční energie, které dopadne na zemský povrch, závisí na počasí a zeměpisné poloze.
• Účinnost přeměny sluneční energie na elektřinu je stále relativně nízká (kolem 20%).
• Výroba fotovoltaických článků je energeticky náročná.

I přes tyto nevýhody je sluneční energie velmi perspektivním zdrojem energie. S dalším vývojem technologií a snižováním nákladů se může stát významným zdrojem energie pro budoucí generace.

Čtěte také: ERÚ a Ceny Energie z OZ

Alternativní zdroje energie

Alternativní zdroje energie, jako je slunce, voda a vítr, představují klíčový prvek v přechodu k udržitelnější energetice.

• Sluneční energie se získává ze slunečního záření pomocí fotovoltaických panelů, které přeměňují sluneční světlo na elektřinu.
• Vodní energie se získává z kinetické energie tekoucí vody, která pohání turbíny a generátory.
• Větrná energie se získává z kinetické energie větru, která pohání lopatky větrných turbín. Turbíny pak otáčejí generátorem a vyrábějí elektřinu.

Okrajově lze zmínit další alternativní zdroje získávání energie: spalování organického materiálu, tzv. biomasy.

Závěr

Problematika obnovitelných či alternativních zdrojů je velmi rozsáhlá a zasahuje do celé řady dalších oblastí. Dnes již existuje (a je na trhu běžně dostupná) široká paleta vyzkoušených technických zařízení a technologií k využívání vyjmenovaných druhů energie a jejich přeměny na potřebnou formu (obvykle teplo nebo elektřinu). Vývoj těchto technologií je motivován jednak novými objevy, materiály, ale především obecnou poptávkou, která je z velké míry vyvolána dotační politkou jednotlivých zemí či ekonomických uskupení (EU). Dotační politika je pak dána politickými rozhodnutími, což však bohužel vede nejen k pokřivení přirozeného trhu, ale má také negativní dopady na koncovou cenu těchto zařízení. Přesto všechno je v tuto chvíli určitá forma podpory potřebná. Jednak to vede k oslabení investiční bariéry, která bránila a někde ještě brání tomu, aby si tato zařízení pořizovala širší skupina občanů, ale má také pozitivní dopad z hlediska osvěty a publicity. V posledních letech stát připravil několik systémů dotačních programů pro občany České republiky. V posledních letech se dotační programy (Zelená úsporám a Nová zelená úsporám) začaly ve větší míře prosazovat také do sektoru bydlení.

Při úvaze o využití obnovitelných zdrojů je vždy nutné reálně a se znalostí věci posoudit technické možnosti a ekonomické či jiné přínosy dané instalace. Případná pochybení vedou ke zbytečný výdajům, případně zvýšeným provozním nákladů díky náročnější údržbě, předimenzování či poddimenzování systémů pro daný objekt a typ provozu atd. V případě větších instalací se po několika letech mohou takováto pochybení stát zdrojem ekonomických problémů provozovatelů i odběratelů. Na druhou stranu musíme otevřeně připustit i některé nevýhody či omezení, které mohou v jejich dalším rozšiřování významně bránit.

V současné ani blízké budoucnosti zřejmě obnovitelné zdroje energie nebudou ani zdaleka schopny pokrýt kompletní energetickou potřebu České republiky, ani se na ni podílet převážnou měrou. Již v dnešní době se začíní stále více poukazovat na negativní dopady využívání obnovitelných zdrojů energie za podpory politické reprezentace a dotačních systémů. To bohužel vede k distorzi trhu (inovace, cenová politika apod.). Díky neuváženým systémům dotační či jiné podpory, také k vyčerpávání vody a krajiny pro pěstování plodin a dřevin výhradně pro energetické účely. To pak vede k omezování produkce potravin a k růstu jejich celosvětových cen. Jak už to v životě bývá, není nic úplně černé, ani nic úplně bílé. Proto je potřeba si zachovat zdravý rozum a kritický přístup k problematice využívání obnovitelných zdrojů energie nejen v podmínkách Střední Evropy. Základním východiskem rozumného využívání obnovitelných zdrojů energie je skutečnost, že tento zdroj (zdroje) mají svůj reálný a neodiskutovatelný potenciál. Jako velmi nadějný, z pohledu zvýšení potenciálu využití obnovitelných zdrojů energie, jsou také energeticky úsporná opatření v oblasti budov.

Při rozhodování o využití těchto zdrojů nepodceňovat kvalitní technický či technicko-ekonomický návrh, realizační projekt, včetně řízení realizace s důrazem na případné reálné splnění požadavků pro přiznání dotace. V posledních letech jsou vyhlášeny některé formy dotační podpory. Je však nutno zvážit a vybrat tu optimální variantu pro právě ten váš záměr, včetně posouzení, zda se vůbec o dotaci ucházet a zkomplikovat si s ní realizaci záměru.

tags: #obnovitelné #zdroje #slunce #princip

Oblíbené příspěvky:

• Analýza dopadů Zákona o OZE
• Velkoobjemové kontejnery
• Zjistěte více o výzkumu emisí
• Instalace pod omítku – dvojitý odpad
• Recyklace elektroodpadu v digitálním věku