Vliv znečištění atmosféry na účinnost solárních panelů

Protože se nyní často objevují projekty, kde je snaha použít pro napájení označníků a jiných informačních systémů ve veřejné dopravě solární panely, rozhodli jsme se v tomto článku shrnout fakta a možnosti o tomto typu napájení zařízení a možnosti jeho selhání. Článek poukazuje na vlastnosti dopadajícího slunečního záření a na možnosti jejího reálného použití pro napájení zařízení a s tím související použití akumulátorů. Příklad typické aplikace je samostatný provoz akustického majáčku OAS 130 B-N napájeného solárním panelem "příslušné" velikosti.

Vlastnosti dopadající sluneční energie

Skutečnosti o dopadající sluneční energii:

• Příkon záření dopadajícího na povrch zemské atmosféry činí přibližně 1360 W/m² a to v případě kolmo nastavené plochy oproti záření. Touto konstantou je třeba vynásobit dopadající energii slunce.
• Na dopadající záření má vliv znečištění ovzduší, oblačnost, nadmořská výška, ranní mlhy a sklon panelu, které výrazně snižují využitelnou sluneční energii.

Protože není naším cílem vyrábět energii za účelem jejího prodeje, ale za účelem napájení autonomního zařízení (např. zastávkového panelu) je nutno řešit jiné vlastnosti slunečního záření:

• Přímé záření - sluneční záření, které při průchodu atmosférou není odraženo ani pohlceno a znovu vyzářeno. K jeho příkonu dochází za slunečného dne, tj. tehdy je možno počítat s plným výkonem panelu.
• Difuzní záření - Sluneční záření, které se odrazilo od částeček obsažených v atmosféře (vodní kapky, prach...) a změnilo směr. Vlnová délka tohoto záření zůstává stejná jako před odrazem. Množství difuzního záření závisí na oblačnosti a znečištění atmosféry.

Tento graf lze doplnit dalším grafem a tím je počet slunečních hodin během měsíce (v tomto případě v Brně):

Z tohoto grafu je zřejmé, že např. v prosinci je v Brně pouze 37 hodin slunečních hodin, kdy dopadá přímé záření. Z toho plyne, že v měsíci prosinci je zde průměrně 5 slunečních dnů a zbytek je zataženo. A pokud se vrátíme ke grafu č. 3, je z něj zřejmé, že těchto cca 5 slunečních dní "dodalo" cca 25% energie za měsíc.

Čtěte také: Životní Prostředí a jeho Znečištění

Posledním grafem charakterizujícím sluneční svit je jeho průběh dopadu solární energie během dne v různých měsících roku. Z něj jednoznačně plyne, že nejsložitější měsíc z hlediska solárního napájení je prosinec, kdy maximální možná dodávaná energie dosahuje cca 22% energie z měsíce června.

Předchozí obrázek popisuje průběh celkové intenzity slunečního záření na vodorovnou plochu v denní době při součiniteli znečištění atmosféry Z=3 pro oblast zeměpisné šířky 50O. Jednotlivé křivky znázorňují charakteristický den v měsíci za jasného a slunečného počasí. Čárkovaná čára představuje průběh intenzity difúzního záření v měsíci červen a prosinec. Difúzní záření za jasného počasí (z pohledu definice vzniká vždy) zpravidla nepřekračuje hodnotu 100 W/m², což je asi 10 % až 15 % z celkového záření.

Typické hodnoty intenzit celkového záření

Možnosti využití sluneční energie

Pokud vyjdeme z předpokladu, že zařízení, které bude napájeno ze sluneční energie, bude pracovat celoročně, je nutno se zaměřit na jeho napájení v měsíci prosinci, kdy je nejméně slunečních dní a nejkratší den tak, aby nedocházelo k jeho selhávání. Dále je třeba vzít v úvahu max. 17% účinnost přeměny slunečního záření na elektrickou energii (další vlivy - např. naklonění panelu - zde nejsou pro zjednodušení brány v úvahu).

V následující tabulce jsou uvedeny možné příkony energie v různé denní době a pro různý typ záření (přímé či difúzní) a to v měsíci prosinci o velikosti panelu 1 m²:

*) jedná se o odhad závisející na typu panelů a jejich schopnosti zpracovávat difúzní záření.

Čtěte také: Druhy dopravy a znečištění vody

Z tabulky je tak zřejmé, že dodaná energie činí v prosinci za slunečního dne 180Wh a za dne, kdy je zataženo cca 34Wh při velikosti panelu 1m². Při jiných velikostech je třeba příkon přepočítat. Jinými slovy, pokud bude mít solární panel velikost 1 m², pak zařízení napájené ze solárního panelu může mít maximální průměrný příkon - 1,4 W (v tomto případě neuvažujeme ztráty v převodnících napětí, nerozlišujeme polohu panelu (viz. obr. č. 2) a ztráty v nabíjení akumulátorů), což je dodaná sluneční energie rozpočítaná na 24 hodin.

Minimální kapacita akumulátoru tak musí být schopna akumulovat energii 26W, což např. u 12V akumulátoru vyžaduje minimální kapacitu 2,2 Ah. V opačném případě k selhání zařízení z důvodu nedostatku energie. Z toho plyne, že sluneční energie není vhodná pro trvalé napájení LED či LCD panelů na zastávkách s výjimkou LCD založených na e-papíru, ale i ty musí pracovat ve "vhodném" režimu. Lze ji ovšem použít např. pro napájení povelových přijímačů nevidomých OAS 130.

Možností, jak toto omezit je, mít připojen větší akumulátor do systému, který bude schopen "překrýt" nedostatek dodané energie během zatažený dnů. U např. běžných olověných akumulátorů je třeba vzít v úvahu jeho životní cyklus. Na základě něj by bylo vhodné i stanovit jeho kapacitu:

• Při vybití na 100% - 250 cyklů
• Při vybití na 80% - 350 cyklů
• Při vybití na 50% - 550 cyklů

Např. při použití 12V olověného akumulátoru s kapacitou 12Ah bude maximální hloubka vybití cca 17%, což zajistí dlouhodobou životnost. U olověných akumulátorů je navíc nutno vzít v úvahu pro výpočty řešení i "samovybíjecí proudy".

Příklad překrytí nedostatku energie - pokud bychom stanovili, že v prosinci bude jeden slunečný den za 15 běžných dnů (difúzní záření), dostaneme energii: E= 14*34 + 1*180 = 656 W dodaných za 15 dní, což umožňuje zvýšit spotřebu na 1,8 W z 1,4W, přičemž minimální hodnota akumulátoru je 44 Ah. Z toho plyne, že pokud vyžadujeme větší spotřebu zařízení, je nutno v zimních měsících značně zvýšit kapacitu akumulátorů pro napájení připojených zařízení.

Čtěte také: Hlukové znečištění a velryby

Z pohledu životního cyklu je vhodnější dnes použít lithiové akumulátory s vhodným teplotním rozsahem, např. LiFePo4, které disponují mnohem delším životním cyklem, než klasické olověné akumulátory. Tyto však vyžadují speciální řídicí mechanismus správy těchto akumulátorů. Popis je zde - tzv. batery management system - BMS. Tento systém umožňuje hlídání stavu jednotlivých článků sestaveného akumulátoru.

První věc, kterou potřebujeme znát, chceme-li využívat sluneční záření k výrobě elektřiny, je to, jaký je využitelný potenciál tohoto zdroje, tj. energie můžeme získat z dané plochy za určitou dobu a na čem to záleží.

Pokud ovšem instalujeme fotovoltaické panely na Zemi, pak se problémů objeví hned celá řada. Její dnes používaná hodnota je zhruba rovna 1367 W/m². Solární konstanta je výchozí údaj pro využití sluneční energie. Zbývající část představuje geotermální energie, energie přílivu a odlivu a jaderná energie. Slunce každým okamžikem uvolňuje velké množství energie, které je formou elektromagnetického záření předáváno do kosmu.

Při průchodu zemské atmosférou je část záření pohlcena, rozptýlena, odražena nebo vyzářena. Toto záření se nazývá přímé. V letním období tvoří difúzní záření přibližně polovinu záření globálního. V zimě je díky častému oblačnému počasí tento podíl podstatně vyšší. Intenzita záření v poledne je za zamračených dnů 40-200W/m². Za jasných dnů pak 600-1000 W/m². V zimě přijímá severní polokoule méně energie než v létě, protože dny jsou kratší a Slunce je níže na nebi. Je to příčinou základního problému v technickém využívání solární energie.

V České republice se celková doba slunečního svitu pohybuje od 1400-1800 h/rok. Sluneční paprsky se při průchodu atmosférou oslabují mimo jiné v závislosti na délce dráhy, kterou musí projít na cestě k zemskému povrchu. Pro difúzní složku slunečního záření je charakteristické, že přichází z různých směrů. Odražené sluneční záření je část slunečních paprsků, která se odráží od okolního terénu a dopadá na posuzovanou libovolně orientovanou rovinu. Sečtením intenzity přímého, difúzního a odraženého slunečního záření získáme celkovou intenzitu slunečního záření tzv.

Udává, kolik procent energie ze slunečního záření je článek schopen převést na energii elektrickou. Pro tuto účinnost musíme znát celkem tři parametry. Jedná se o celkovou energii E ze střídače, nebo energii z jednotlivých střídačů. V závislosti na použité technologii, komerčně vyráběné moduly dosahují přibližně poloviční účinnosti. Tu jim zajišťují především konstrukční řešení a materiály, které odolávají teplu, UV záření, stárnutí a odpuzují nečistoty a vlhkost. K dlouhé životnosti a vysoké účinnosti těchto zařízení kromě toho přispívají i samotní majitelé, a to jejich pravidelnou údržbou a kontrolou. Některé zdroje dokonce uvádějí, že znečištění rozsáhlejšího charakteru může výkon snížit až o 15 %.

Tak jako na všem ostatním v interiéru se i na panelech přirozeně usazují různé nečistoty, například prachové nebo pylové částice, saze, případně mohou být znečištěné od hmyzu nebo ptačím trusem. Výrobci doporučují mýt panely minimálně 1 až 2krát ročně, hlavně v prašných oblastech. Na běžné znečištění postačí čistá teplá voda a měkký hadřík nebo houbička, na silnější znečištění je možné použít i výrobcem doporučovaný čisticí prostředek. Na trhu jsou přípravky na nano impregnaci skelných ploch, díky čemuž se na površích v mnohem menší míře usazují nečistoty a různé drobné částice. Na našem trhu už několik let působí i firmy, které nabízejí profesionální čištění a impregnaci fotovoltaických článků.

Při čištění zařízení je vhodné si všímat, zda panely nevykazují nějaké známky mechanického poškození. K základům péče o panely patří kromě čištění i preventivní prohlídka. Nejčastější příčinou jsou živelní pohromy jako mimořádně silné krupobití nebo úder blesku, proti čemuž je možné se dát pojistit. Co je ale potřeba vědět z uživatelského hlediska: poškozené panely ztrácejí schopnost vyrábět elektrickou energii. Odborná kontrola jednotlivých komponent může odhalit různé poruchy vedoucí ke sníženému výkonu panelů nebo dysfunkci systému. Specializované firmy nabízejí i diagnostiky různými měřícími přístroji.

Pokud ale alespoň preventivně nezkontrolujeme zařízení, nemůžeme vědět, v jakém je stavu. Preventivní prohlídky alespoň 1krát do roka a pravidelná údržba jsou základním předpokladem, že vám zařízení bude fungovat bezproblémově a efektivně po celou výrobcem udávanou životnost produktu. Doporučuje se pravidelné čištění a údržba panelů. Panely je třeba zkontrolovat i po silných větrných bouřkách a krupobití.

Fotovoltaika, neboli výroba elektrické energie ze slunečního záření, se stává stále populárnějším zdrojem obnovitelné energie. S rostoucím zájmem však přichází i řada mýtů a mylných představ, které mohou odradit potenciální uživatele od investice do této technologie. Mnoho lidí se domnívá, že solární panely jsou účinné pouze v teplém a slunečném počasí. Pravdou však je, že fotovoltaické panely vyrábějí energii na základě množství slunečního záření, kterému jsou vystaveny, a teplota na jejich výkon nemá negativní vliv. Naopak, vysoké teploty mohou snižovat jejich účinnost.

Častým omylem je tvrzení, že výroba fotovoltaických panelů je energeticky natolik náročná, že panely za svůj životní cyklus nevyprodukují více energie, než kolik bylo potřeba k jejich výrobě. Výzkumy však ukazují, že energetická návratnost solárních panelů je méně než 2 roky, přičemž jejich celková životnost se pohybuje mezi 25 až 30 lety. To znamená, že po zbytek své funkčnosti generují čistou energii s minimálním dopadem na životní prostředí. Někteří lidé se obávají, že solární panely představují ekologickou zátěž. Opak je pravdou. Panely jsou vyrobeny z materiálů, které jsou prakticky všechny recyklovatelné, a jejich recyklace se vyplatí i ekonomicky.

Další rozšířenou představou je, že solární panely vyrábějí energii pouze během slunečných dnů bez jediného mráčku a když je oblačno, nefungují. Panely pracují stále. Při zatažené obloze je výroba nižší, ale nezastavuje se. Aby se minimalizovaly ztráty, panely obsahují bypass diody, které umožňují obejít zastíněnou část a zabránit snížení výkonu celého panelu. Dalším řešením jsou optimalizátory výkonu, které umožňují nezávislý provoz jednotlivých panelů. Half-cut technologie rozděluje panel na dvě části, což mu umožňuje fungovat i při částečném zastínění. Fotovoltaické panely přeměňují sluneční záření na elektrickou energii, čímž snižují množství tepla, které by jinak dopadalo na povrch Země.

Někteří lidé se domnívají, že solární panely vyžadují náročnou údržbu. Ve skutečnosti solární panely nemají žádné pohyblivé části a nevyžadují pravidelnou údržbu. Doporučuje se pouze jednou za rok vyčistit panely vodou z hadice, ale mnoho majitelů solárních panelů spoléhá na déšť, který to udělá místo nich. Cena solárních panelů v posledních letech výrazně klesla, což činí fotovoltaické systémy dostupnějšími pro širší veřejnost. Díky neustále klesající prvotní investici při pořízení je solární energie stále výhodnější. Estetika je subjektivní záležitost, ale moderní solární panely jsou navrženy tak, aby byly co nejméně nápadné a harmonicky ladily s designem budov.

Fotovoltaické panely samy o sobě nevytvářejí elektromagnetické rušení. Střídače, které mění stejnosměrný proud na střídavý, mohou produkovat určité elektromagnetické pole, ale to je minimální a splňuje všechny bezpečnostní normy. Jednou z častých obav je, že fotovoltaické panely jsou vysoce hořlavé a mohou způsobit požár. Ve skutečnosti jsou však solární panely navrženy tak, aby byly maximálně bezpečné. Samotné panely neobsahují žádné hořlavé materiály - skládají se převážně z tvrzeného skla, hliníkového rámu a polovodičových vrstev, které nejsou snadno vznětlivé.

Požáry spojené s fotovoltaikou jsou extrémně vzácné a pokud k nim dojde, obvykle je na vině nesprávná instalace nebo nekvalitní elektroinstalace. Právě proto je klíčové svěřit instalaci odborníkům, kteří dodržují bezpečnostní normy a používají certifikované komponenty. Moderní systémy navíc obsahují ochranné prvky, jako jsou pojistky, jističe a detekční systémy, které v případě poruchy okamžitě přeruší elektrický obvod a zabrání vzniku požáru.

Na vývoji fotovoltaického panelu se nezávisle na sobě podílela řada lidí. Jedním z nich byl už v roce 1941 Russel Ohl. Od 70. let 20. století se solární panely začaly uplatňovat v místech mimo dosah elektrické rozvodné sítě, kde napájely například navigační systémy nebo osvětlení. Běžná účinnost komerčních solárních panelů se pohybuje kolem 20 %. Teoreticky by mohly dosáhnout hranice 34% účinnosti, což je limit daný fyzikálními zákony.

Patentované fotovoltaické panely s nejmodernější technologií a výkonem 460 Wp dosahují až o 9 % vyšší účinnosti oproti běžným panelům. Účinnost fotovoltaických panelů se udává v procentech vyjadřujících poměr efektivně využité sluneční energie. Účinnost a výkon jsou klíčové parametry při výběru fotovoltaických panelů. Pro optimální produkci energie je důležité zohlednit oba faktory a vybrat panely s adekvátní účinností a výkonem pro dané podmínky. Jednotkou špičkového výkonu je watt-peak (Wp).

Víte že, patentované fotovoltaické panely DAH Solar o výkonu 460 Wp proměňují sluneční energii na elektřinu. Jeden článek rozdělený na tři rovnoměrné části. 1/3 Cut technologie článků zajišťuje vyšší výkon a nižší ztráty i při výrazném zastínění. Při vzrůstající venkovní teplotě nad 25 °C je teplotní koeficient (Pmax) -0.35 %/1 °C. 1/3 Cut panely zvládají delší provozní dobu. Zvládají dřívější začátek a pozdější ukončení výroby oproti Halfcell panelům.

1. Optimální sklon se liší v závislosti na geografické poloze a místních klimatických podmínkách. Čím strmější sklon, tím také menší zatížení sněhem.
2. Přijatelné je umístění na východní nebo západní stranu.
3. Schlieger používá osvědčené bezrámové panely, které jsou až o 15 % účinnější při srovnání panelů stejného výkonu. Kromě toho vypadají lépe, snáze se udržují a dokonce mají částečnou samočisticí schopnost.

S postupem let u solárních panelů dochází k postupnému snižování účinnosti. Je to přirozený jev, který se nazývá degradace fotovoltaických článků. Kvalitní výrobci však dávají dostatečně dlouhé záruky na mechanickou část i na zachování minimálního výkonu. Správný výběr střídače s ohledem na specifické potřeby daného systému je klíčový pro dosažení optimálního výkonu a návratnosti investice.

Zachování minimálního výkonu solárních panelů je důležité jak z hlediska pokrytí energetických potřeb, tak k dosažení plánované úspory a návratnosti investice do fotovoltaické elektrárny. Mraky a stín redukují množství slunečního záření dopadajícího na panely, čímž se snižuje výroba elektřiny až na zanedbatelné minimum. Přestože jsou solární panely závislé na množství slunečního záření, efektivněji fungují při nižší teplotě. V zimě celkovou účinnost solárních panelů snižuje nejen méně slunečných dnů, ale také sníh, který může zcela zakrýt panely. Tomu se dá předcházet vhodným sklonem střechy nebo držáků panelů. Množství přímého slunečního záření také nepříznivě ovlivňuje déšť.

1. Pravdou je, že solární panely při nedostatku slunečního svitu dosahují pouze částečného nebo minimálního výkonu.

Fotovoltaické elektrárny již tvoří významný podíl na čerpání energie z obnovitelných zdrojů. Účinnost fotovoltaických panelů zásadně ovlivňuje celkovou účinnost fotovoltaického systému a vyjadřuje, kolik slunečního záření panel dokáže přeměnit na elektřinu. Průměrná účinnost fotovoltaických panelů dosahuje kolem 20 %. Investice do fotovoltaických systémů je stále žádanější nejen vzhledem k stoupajícím cenám elektrické energie, ale také díky dotačním programům na podporu ekologicky úsporných opatření.

Každý solární panel pracuje na principu přeměny slunečního záření na elektrickou energii. Slunce vyšle na zemský povrch obrovské množství fotonů, které dopadají na polovodičový materiál v panelu (nejčastěji křemík). A teď klíčová věc:účinnost této přeměny není závislá jen na množství světla, ale i na teplotě samotného panelu. Konstrukce panelu je tvořena sklem, hliníkovým rámem a dalšími vrstvami, které akumulují teplo.

tags: #znečištění #atmosféry #vliv #na #účinnost #solárních

Oblíbené příspěvky:

• S Jakubom v prírode
• Odpadkové koše IKEA: Recenze
• Základní fyzikální veličiny a emise
• Emise ve stavebnictví
• Dopady změn klimatu v Austrálii