Aktívne využitie slnečnej energie a rýchlosť jej výroby na Slovensku

Slnko je základným energetickým zdrojom pre celú planétu. S výnimkou geotermálnej a jadrovej energie sú všetky ostatné energetické zdroje na zemi priamo či nepriamo závislé práve na slnku. Slnko nás denne zásobuje energiou, ktorá asi 13 000-krát prevyšuje dennú energetickú potrebu ľudstva. Bola by hlúposť to nevyužiť.

V rodinnom dome máte momentálne dve základné možnosti, ako zapriahnuť slnko do práce: pasívne a aktívne. Pri aktívnom využívaní slnečnej energie musíte zapojiť aj technológiu, ktorá ju premení na teplo alebo elektrinu. To znamená tepelné alebo fotovoltické solárne kolektory a s nimi súvisiace zariadenia.

Slnečné žiarenie a jeho charakteristika

Energia, ktorá sa dostáva na Zem zo Slnka (na jeho povrchu je teplota cca 6 000 °C), je vo forme žiarenia. Energia zo slnka je ukrytá vo fotónoch, malých časticiach, ktoré sú neustále v pohybe, majú rýchlosť svetla a nulovú hmotnosť. Každé žiarenie, či už vo forme elektromagnetických vĺn alebo hmotných častíc, sa vyznačuje vlnovou dĺžkou a frekvenciou.

Množstvo energie slnečného žiarenia, ktoré dopadne za rok na vodorovnú plochu je u nás 950 - 1200 kWh/rok m². V prípade južne orientovanej a sklonenej plochy môže dosahovať aj 1500 kWh/rok m². Slnko svieti od 1300 do 1900 hodín, na každej časti územia inak. Viac ako dve tretiny tohoto času sú v polroku, v ktorom dominuje leto. Najviac slnečného žiarenia pripadá na obdobie od apríla do septembra.

Aktívne systémy využitia slnečnej energie

Slnečná energia sa využíva pomocou aktívnych a pasívnych solárnych systémov na výrobu tepla alebo elektriny. Aktívne solárne systémy sú:

Ploché slnečné kolektory - slúžia na výrobu teplej vody, alebo teplého vzduchu, kde slnečné žiarenie je zachytené absorbérom, v ktorom sa teplo odovzdáva kvapaline, alebo vzduchu.
Slnečné (fotovoltické) články - pracujú na princípe fotoelektrického javu - priamej premeny svetla na elektrickú energiu. Slnečné žiarenie dopadajúce na polovodičový fotovoltaický článok, vyrobený na báze kremíka produkuje jednosmerný elektrický prúd.

Možnosti aktívneho využívania slnečnej energie sú závislé na dĺžke slnečného žiarenia, ktorá je na Slovensku priemerne 1 500 hodín ročne, a jej intenzite, ktorej hodnota na Slovensku sa pohybuje medzi 950 a 1 250 kWh/m² za rok.

Solárne kolektory

Solárne kolektory sú zariadenia, ktoré sa využívajú na ohrev vody. Pre väčšie prevádzky sú vhodné koncentrické zrkadlové kolektory. Fungujú na princípe zachytenia a nasmerovania slnečných lúčov do jedného miesta (ohniska), kde sa nachádza potrubie. V ňom cirkuluje teplonosná kvapalina, ktorá sa zohrieva energiou z lúčov.

V súčasnosti sú na trhu dva druhy solárnych kolektorov: ploché a vákuové. Ploché kolektory sa obvykle používajú na ohrev vody. Ich priemerná ročná účinnosť je okolo 50 %, pričom najlepšia je počas teplejších slnečných dní. Vákuové kolektory sú technicky aj cenovo náročnejšie, ale pretože dokážu lepšie zachytiť aj difúzne žiarenie, oproti plochým kolektorom majú, hlavne v chladnejšom období, vyšší solárny zisk. Ak potrebujete len ohrievať vodu vo vonkajšom bazéne, postačia vám plastové absorbéry.

Pri výstavbe rodinného domu sa ukázalo ako veľmi vhodné zvoliť ucelený solárny systém. Takáto zostava obsahuje solárne kolektory, ohrievač vody s výmenníkom tepla, obehové čerpadlo, expanznú nádobu, potrubie a reguláciu. Často sa využíva kombinácia s rôznymi zdrojmi tepla, ako sú plynové kotly, kotly na drevo (biomasu), kozubové vložky či tepelné čerpadlá.

Použitím solárnych kolektorov možno pokryť 50 - 80 % nákladov na prípravu teplej vody, približne 30 % nákladov v prípade podpory vykurovania a 80 až 100 % nákladov, ak ich použijete len na ohrev vody v bazéne.

Vákuové trubicové slnečné kolektory využívajú ako tepelnú izoláciu vákuum, vytvorené medzi dvoma sklenenými trubicami. Na vnútornej trubici je nanesená vysokoselektívna absorbčná vrstva. Získané teplo sa odvádza špeciálnymi hliníkovými lamelami do medených trubičiek, v ktorých prúdi ohrievaná kvapalina.

Fotovoltické články a systémy

Fotovoltické články sú zariadenia, ktoré premieňajú slnečnú energiu na elektrickú. Články sú v podstate veľké bloky pokryté polovodičmi (najčastejšie kremíkovými), v ktorých sa energia z fotónov premieňa na jednosmerný elektrický prúd. Samozrejme, fotovoltické články sú aj základným komponentom fotovoltických elektrární.

Fotovoltické solárne kolektory slúžia na výrobu elektriny, čím umožňujú svojim majiteľom získať čiastočnú alebo aj úplnú energetickú nezávislosť. Slnečné žiarenie dopadajúce na polovodičový fotovoltický článok produkuje jednosmerný elektrický prúd. Keďže solárne fotovoltické kolektory produkujú nízke jednosmerné napätie, súčasťou fotovoltického systému musí byť aj menič napätia, ktorý ho premení na nízke striedavé napätie s hodnotou 230 V.

Poznáme tri základné typy fotovoltických panelov, ktoré sa od seba líšia konštrukciou, technológiou výroby, účinnosťou a cenou: panely s monokryštalickými článkami (účinnosť 13 až 17 %), panely s polykryštalickými článkami (účinnosť 12 až 14 %) a panely s amorfnými článkami (účinnosť od 7 do 9 %).

Po prepojení fotovoltických panelov s riadiacimi a výkonovými prvkami vzniká fotovoltický solárny systém. Môžete si vybrať z dvoch typov: ostrovný fotovoltický solárny systém (grid off system) a solárny fotovoltický systém zapojený do verejnej distribučnej siete.

Vzhľadom na to, že batérie obsahujú nezanedbateľné množstvo olova, získaná energia nie je v konečnom dôsledku až taká ekologická, ako by sme si mohli myslieť. Existuje aj fotovoltický solárny systém, v ktorom okrem kolektorov máte prídavný generátor na iný zdroj energie (veterný, prípadne dieselový generátor).

Najrozšírenejší a zároveň najvýhodnejší je solárny fotovoltický systém zapojený do verejnej distribučnej siete. Jeho výhodou je, že v čase, keď kolektory nepracujú, môžete energiu zo siete odoberať a v čase, keď máte slnečnej energie prebytok, môžete ju do siete predávať.

Cena elektriny zo slnečnej energie zo zariadenia s celkovým inštalovaným výkonom do 100 kW, umiestneného na streche alebo obvodovom plášti budovy spojenej so zemou pevným základom, je podľa výnosu Úradu pre reguláciu sieťových odvetví (ÚRSO) od 1. 1.

Príklad realizácie fotovoltickej elektrárne na rodinnom dome

Výstavba „domácej“ elektrárne na rodinnom dome v Brezne sa uskutočnila v máji 2011. Na jej realizáciu bolo využitých 48 fotovoltických panelov s celkovým inštalovaným výkonom 10 kWp. Panely sú umiestnené na šikmej streche so sklonom 40 stupňov orientovanej na juhozápad. Elektráreň vyrobila za približne päť mesiacov 5 400 kWh elektriny, čo je viac než polovica celkovej ročnej spotreby tohto domu. Celkovo sa počíta s ročnou výrobou okolo 9 500 kWh elektrickej energie, čo predstavuje aj približnú ročnú spotrebu domu.

Ak by majiteľ domu nevlastnil fotovoltickú elektráreň, zaplatil by za rok asi 1 900 €. Počíta sa s tým, že 50 % vyrobenej slnečnej energie sa spotrebuje v domácnosti (4 750 kWh), čím sa ročne ušetrí 950 €. Na všetku vyrobenú energiu okrem toho dostane majiteľ dotáciu 3 106,50 € (0,327 €/1 kWh). K tejto sume treba pripočítať ešte čiastku za energiu, ktorú dom nevyužije (ročne 50 % odpredaných do siete), čo je asi 261 € (0,055 €/1 kWh). Celková ročná úspora plus zárobok bude 4 317,50 €.

Ak vezmeme do úvahy, že sústava s počtom 48 fotovoltických panelov stála asi 35.000 € s DPH, návratnosť investície bude okolo osem rokov. Ďalších 7 rokov bude trvať podpora vo forme dotovanej výkupnej ceny a elektráreň bude stále vyrábať elektrinu, a tým šetriť peňaženku svojho majiteľa.

Globálne trendy a projekty v oblasti skladovania energie

Globálny sektor skladovania energie je svedkom pozoruhodnej transformácie, ktorú poháňa technologický pokrok, politická podpora a rastúce investície. Technológie skladovania energie zohrávajú kľúčovú úlohu pri prechode k udržateľnej energetickej budúcnosti, umožňujú integráciu obnoviteľných zdrojov energie a znižujú emisie skleníkových plynov.

Niektoré príklady globálnych projektov v oblasti skladovania energie:

Hornsdale Power Reserve, Austrália: Zariadenie sa nachádza v Južnej Austrálii, je jednou z najväčších inštalácií lítium-iónových batérií na svete.
Solar Global, Napajedla, Česká Republika: Elektrolyzér je napájaný zo solárnej elektrárne s výkonom 611 kilowattov (kWp).
Tesla Gigafactory, Nevada, USA: Táto továreň nie je len centrom výroby batérií pre elektrické vozidlá, patrí aj medzi najväčšie systém skladovania energie z lítium-iónových batérií.
The Moss Landing Energy Storage Facility, Kalifornia, USA: Projekt, ktorý vyvinula spoločnosť Vistra Energy, má ambíciu stať sa najväčším batériovým systémom skladovania energie na svete.
Hubei Shenzhou Clean Energy Power Generation Projec, Čína: Čínske zariadenie kombinuje elektráreň na koncentrovanú slnečnú energiu (CSP) s tepelným skladovaním energie.
Morská veterná farma Horns Rev 2, Dánsko: Morská veterná elektráreň Horns Rev 2 obsahuje inovatívne riešenie skladovania energie vo forme lítium-iónového batériového systému.
Elektráreň Dinorwig, Wales, Spojené kráľovstvo: Elektráreň Dinorwig, známa aj ako Elektrická hora, je pozoruhodné zariadenie na skladovanie energie z prečerpávacích vodných elektrární, ktoré sa nachádzajú vo Walese v Spojenom kráľovstve.
Noor Energy 1 Solar Project, Dubaj, SAE: Solárny projekt Noor Energy 1 v Dubaji kombinuje koncentrovanú solárnu elektráreň s tepelným skladovaním energie.

Oplatí sa solárna energia? Moja skúsenosť po 2 rokoch

tags: #aktívne #energie #slnečná #energia #rýchlosť #výroby