od Anna Kucirkova 1. června 2019
Když přemýšlíte o obnovitelných energiích, co vás napadá? Vodní energie? Větrná energie? Ty se v posledních letech ve skutečnosti ukázaly jako nejoblíbenější. Hydroenergie ve své současné podobě je nejlevnější z obnovitelných zdrojů energie. Větrná energie je nejrychleji rostoucí. Existuje však obnovitelná energie, která je mnohem univerzálnější a má potenciál dosáhnout vyšší návratnosti investic než ty výše uvedené. Je to dodavatel energie, který všichni vidíme a cítíme každý den: Slunce. Zatímco, jak větrná, tak vodní energie pokrývají širokou škálu potřeb, má solární energie potenciál změnit naše životy dalekosáhlými způsoby. Jak ale využijeme tuto změnu a jak to změní náš život?
Co jsou sluneční články? Jak fungují?
Solární systémy přeměňují obrovskou, nevyčerpatelnou sílu slunce na elektřinu. Solární články, také známé jako fotovoltaické články, jsou nástrojem k provedení této konverze. Mnozí z nás si představují sluneční energii jako rozsáhlé systémy v poušti nebo menší, tmavé sluneční střechy na obytných domech a kancelářských budovách. Solární články absorbují sluneční světlo, přitahované tmavým, antireflexním povrchem článků. V současné době nedokáže žádný solární článek zpracovat 100% slunečních paprsků. To je také největší omezení, na jehož zlepšení výzkumníci v současné době tvrdě pracují. Sluneční světlo proniká do solárního článku, který se skládá ze dvou vrstev polovodičů s opačnými náboji. Ty absorbují světlo a přeměňují ho na elektrický proud. Každý článek je navržen tak, aby generoval jen určité množství elektřiny a kvůli míře absorpce je obvykle výkon malý, což je důvod, proč disponuje většina solárních systémů mnoha propojenými články. Tyto propojené moduly společně dodávají energii přímo do oblasti, kde je potřeba.
Výkon článků a objem elektřiny, které generují, závisí na několika podmínkách:
- Velikost celkového systému nebo celkový počet článků zapojených do pole
- Množství a intenzita slunečního záření
- Doba slunečního svitu v místě systému
- Jakékoli překážky mezi sluncem a solární panely, například mraky nebo jakékoliv nečistoty nebo prach usazený na solárním článku
Jak by se dalo očekávat, čím delší dobu je solární článek vystaven intenzivnímu přímému slunečnímu světlu, tím více elektrické energie bude generovat.
Solární energie vs. ostatní obnovitelné energie
Co je pro solární energii odlišné od větrné a vodní energie, je její univerzální využití ve velkých i malých projektech. Například vodní elektrárna má určitě smysl, pokud jde o dodávku blízké elektrické sítě. Je však omezena na lokální zdroje, a proto je poměrně nepružná. Větrná energie vyžaduje místa, kde fouká vítr víceméně rovnoměrně. Další nevýhodou je výrazný vliv velkých větrných turbín na krajinu, což často vede k nespokojenosti místních obyvatel. Hydrotechnologie vyžaduje zásah do přírody a často i odklon vodního zdroje. Ve srovnání s tím sluneční energie nabízí mnohem širší výběr aplikací: Slunce je k dispozici téměř všude (kromě, samozřejmě, na nejvzdálenějších místech na zemi). Je to také energie, která má nejmenší dopad na krajinu a přírodu. Solární články jako samostatný zdroj energie mohou být připojeny k existujícím konstrukcím nebo integrovány do materiálů. Mohou být dokonce použity v mobilních aplikacích, což je pravděpodobně největší výhoda. Představte si řízení vozu s celou nebo alespoň s částmi elektroniky poháněné sluncem. Nebo si představte kempování a zahřívání stanu solárními články, které jsou protkány do tkaniny nebo nabíjení mobilního zařízení připojením do toho stejného stanu. Dokonce můžete nabíjet svůj smartphone pouze tím, že jej zasunete do bundy sešité z látky obsahující solární články.
Nedávné inovace
Vzhledem k tomu, že náklady a inovace v oblasti solárních článků se stávají levnější a dostupnější, budou tyto aplikace stále populárnější.
Transparentní solární články
Jak již název napovídá, tato pokročilá technologická forma solárních článků je převážně skoro průhledná, protože jinak by bylo světlo přenášeno přímo, ale dostatečně pro mnoho nových aplikací. Vědci uspěli ve vývoji designu obsahujícího organické soli, které pohlcují dostatek UV a infračerveného záření pro přeměnu slunečního záření na energii. Zatímco používání transparentních povrchů vytvářejících energii okamžitě vyvolává obraz velkých zasklených věží nebo domů s okny od podlahy až ke stropu, praktické využití není tak rozsáhlé. Představte si obrazovku tabletu nebo smartphonu s tímto typem solárních článků. Nebo čelní sklo auta. Transparentní solární články jsou proto mnohem atraktivnější než typické tmavé moduly a mají mnohem širší rozsah aplikací.
Organické solární články
Ve většině případů jsou solární články vyrobeny z křemíku, protože to je nejúčinnější materiál pro přeměnu slunečního záření na energii. V průměru křemíkový článek konvertuje přibližně 19% přijatého slunečního světla. Zvláště účinný příklad dokonce dosáhl účinnosti 27%. Organické solární články vyrobené z plastu a uhlíku, které byly již dlouho považovány za neúčinné, se v současné době začínají objevovat znovu na trhu: V minulosti se buňky na bázi uhlíku nepřibližovali výkonem silikonu. Nyní mohou s nimi soutěžit s efektivitou od 15 do 25%. Díky organickým materiálem solárních článků jsou flexibilní, lehké a snadno zpracovatelné, mohou tedy být použity v mnoha různých aplikacích. Mohou být použity například v pohyblivých konstrukcích, textiliích nebo příslušenství, nebo v materiálech, které vyžadují poloprůhledné materiály, například okna.
Biogenní
Výzkumníci také dosáhli průlomu v solárních článcích z živých organismů. Geneticky modifikované články se vyznačují schopností fungovat i při nízkém slunečním záření. Ačkoli tento typ technologie solárních článků je stále ještě v plenkách, mohl by v budoucnu představovat pokrok nad stávající technologie. Cílem není nahradit stávající materiály pro výrobu sluneční energie, ale vytvořit způsob, jak umožnit solární výnosy i v oblastech, kde je méně slunečního světla.
Flexibilní a ultratenký
Dlouho se sluneční energie stala synonymem pro velké, tmavé panely, které vytvářejí oslnivý odraz v poledním slunci. Vědcům z MIT se nyní podařilo vyvinout solární článek, který je tak malý a lehký, že může být umístěn na mýdlovou bublinu, aniž by ji praskl. Při této velikosti si není obtížné představit solární články, které mohou být všité do oblečení, integrované do povrchu tabletu nebo smartphonu nebo do karoserie automobilu. Kromě těchto aplikací v malém měřítku, by tato inovace mohla být využitelná i pro velké stavby. Namísto velkých střešních panelů, by byly budovy v budoucnu pokryty moderní fasádou s příměsí solárních článků, která by dodávala elektřinu do celé budovy. Zatímco ultratenké solární moduly dosud nejsou dostatečně škálovatelné pro masový trh, nebude to trvat dlouhou dobu než se na trhu objeví. Toto jistě přinese revoluci ve využití solárních systémů.
Solární silnice
Ano, čtete správně - silnici. Jedním z hlavních nedostatků elektrických vozidel je jejich kratší dojezd oproti svým benzínovým protěškům a častější nabíjení. Nabíjení také trvá mnohem déle než běžné doplňování pohonných hmot benzínového motoru. Jedním ze způsobů, jak překonat tyto nevýhody, je zásobovat elektrické automobily konstantním zdrojem energie. Zatímco některé návrhy zahrnují instalaci bezdrátových nabíjecích stanic na semaforech, existují další nápady v mnohem větším měřítku. Testování takových solárních vedení se uskutečnilo v několika zemích, jako je Čína, Francie, Nizozemsko nebo USA. To ukazuje, že takováto inovace se setkává s celosvětovým zájmem a bude se využívat po celém světě. Cena a výkon zůstávají stále překážkou, již existují slibné pokusy použití, například instalace nové technologie na parkovištích.
Střešní šindele
Jak již bylo zmíněno, většina z nás spojuje sluneční energii s tmavými solárními panely na střechách energeticky uvědomělých majitelů domů. Ty jsou účinné, ale nejsou každým vnímány jako esteticky příjemné: pro některé jsou to elegantní budoucí technologie, které se staly skutečností, pro jiné to není nic hezkého na pohled. Naštěstí se design více a více přizpůsobuje designu střech domů. Fotovoltaické "šindele" odpovídají stávajícím střešním plochám a v některých případech se střecha může skládat výhradně z nejmodernějších solárních panelů. Výhody zůstávají stejné jako u konvenčních panelů:
- Snížení emisí CO2
- Daňové výhody
- Nižší účty za elektřinu
... nová verze se dokonce nabízí v atraktivním vzhledu. Díky této inovaci existuje mnoho možností, jak přizpůsobit vzhled téměř každého domu a udržet náklady na výstavbu domu co nejnižší - opravdová výhra pro všechny.
Závěrečné myšlenky
Solární články a sluneční energie jsou ve fázi vývoje s velkým potenciálem ke zlepšení. Brzy budou tyto ultramoderní solární technologie součástí každodenního života. Vzhledem k všestrannosti spojené se solární energií, od solárních automobilů po solární články všité do oblečení, není pochyb o tom, že je solární energie nejslibnější ze všech obnovitelných energií.