Slnečná energia

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 Slovenskej republiky je celková doba slnečného svitu, t. j. bez oblačnosti, 1600 – 2001 hodín ročne.

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

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 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.

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[1]. Fotovoltika je ambiciózne odvetvie, ktoré má potenciál pomôcť ľudstvu nahradiť v energetike nežiadúce spaľovanie fosílnych palív.

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 1 000 m vysokej veže v Austrálii.

CSP vežový systém, elektráreň s výkonom 110 MW, Crescent Dunes Solar Energy Project, Las Vegas, USA

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[2].

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)[3]. 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.