Má smysl budování fotovoltaických slunečních elektráren?

26. 11. 2009 / Boris Valníček

V Praze (a v celé ČR) ovšem Slunce v zenitu nemůže být. V průběhu roku jeho poloha osciluje kolem nebeského rovníku (se sklonem 40°nad obzorem) o plus minus 23°. Pak je v poledne o letním slunovratu Slunce nejvýše, se zenitovou vzdáleností 27°a výkon na horizontální ploše bude 89%.

Naopak o zimním slunovratu je zenitová vzdálenost Slunce 73°, a výkon na horizontální ploše 29%. O jarní a podzimní rovnodennosti je zenitová vzdálenost 50°a výkon 64%.

To jsou ovšem jen hodnoty pro pravé poledne. Poloha Slunce nad obzorem se mění od 0°při východu, přes polední hodnotu až zase na 0°při západu. Podle toho také kolísá přijímaný výkon od 0% přes polední hodnotu až po 0% při západu. To je tzv. denní oblouk, který Slunce na obloze opisuje.

Horizontální poloha panelů je tedy vůbec nejméně výhodná a její použití je z fyzikálně-technického hlediska nesmyslem. Pokud by taková instalace byla zdůvodněna např. využitím rozptýleného světla třeba i při zatažené obloze, pak je známo z aktinometrických studií, že takto dopadá na zemský povrch 10-12% energie, takže stává otázka, má-li to vůbec smysl. Přesto se horizontální instalace fotovoltaických panelů dosti často využívá, jak se lze přesvědčit např. na internetu.

Za kompromisní, ale vcelku přijatelné řešení, lze považovat šikmou instalaci panelů se sklonem 40°, tak aby v pravé poledne při rovnodennosti došlo ke kolmému dopadu slunečních paprsků. Během roku pak se úhel dopadu v pravé poledne mění o plus minus 23°, podle změny zenitové vzdálenosti Slunce v závislosti na roční době. Pak v době jarní a podzimní rovnodennosti dává elektrárna plný výkon, při letním a zimním slunovratu je to --cos 23°=92%. Jinak ovšem platí, že nastává úbytek energie se změnou výšky Slunce nad obzorem od 0°při východu až k 0°při západu, kdy výkon se rovná nule. Toto řešení využívá řada pevně instalovaných elektráren.

Nejvhodnějším řešením je umístění slunečních panelů na dvouosé pohyblivé montáži, vybavené motory, řízenými počítačem podle programu pro denní posun Slunce tak, že dopad slunečního záření je od východu do západu Slunce trvale kolmý. Tak je zajištěno optimální využití vlastností fotovoltaických panelů a lze mluvit o rentabilitě takto vyráběné energie-ovšem jedná se o relativně nákladné řešení.

Další faktory ovlivňující činnost fotovoltaických zdrojů.

1. Počasí: v ČR je teoretická roční maximální možná doba slunečního svitu asi 4494 hodin. Počasí tuto dobu nedovolí využít celou, využití je omezeno asi na 35 -- 39% (Např. v Táboře je to 1349 hodin, ve Velkých Pavlovicích asi 1776 hodin, podle 30-letého průměru 1961-1990).

2. Významný podíl na snížení účinnosti sluneční elektrárny má proměnná propustnost atmosféry, závislá na množství vodních par, plynných příměsí a aerosolů, včetně prachových částic. Propustnost atmosféry v naší oblasti může kolísat v rozmezí 70-85%. Zejména v oblastech průmyslových a s velkou hustotou obyvatel může toto rozmezí být ještě širší.

3. Otázkou zásadního významu je použití měničů pro převod stejnosměrného proudu slunečních panelů na proud střídavý, předávaný do rozvodné sítě. Účinnost těchto měničů může být značně proměnlivá a může být zdrojem ztrát těchto instalací, např. Jouleovým teplem, vznikajícím při jejich provozu.

Závěr

Má-li mít budování slunečních elektráren vůbec smysl, pak musí být založeno na principu maximálního využití dopadajícícho slunečního záření, tj. na použití panelů pro kolmý dopad, s trvalou orientací na Slunce. Pak lze uvažovat o podpoře takového podnikání.

Jiné uspořádání, tj. s horizontální či šikmou instalací fotovoltaických panelů má význam pouze jako zdroj energie tam, kde např. není elektrovodná síť, tj. na samotách, chatách v odlehlých oblastech apod. V tom případě musí mít jako nezbytnou součást akumulátory, schopné energii uchovat, s ohledem na její kolísání v průběhu denního oblouku Slunce.

Souhrnná bilance budování slunečních fotovoltaických elektráren v ČR je tedy dosti neradostná. Stabilně montované panely mohou mít smysl v oblasti zemského rovníku, tj. někde na jižní Sahaře, kde dopadající sluneční záření kolísá v rozmezí plus minus 23°kolem zenitu, takže energetický výstup je sice blízko 100%, ale jen v době místního poledne-jinak platí, že jedině efektivní je panely od východu k západu trvale orientovat na Slunce pro kolmý dopad na pohyblivé montáži. Seriozní východisko pak představuje projekt slunečních elektráren v pouštích Sahary a blízkého východu, jak jej navrhuje konsorcium Desertec Industrial (DII). Ten ovšem neuvažuje fotovoltaické panely, ale parabolická zrcadla s kotly v ohnisku, kde vyvíjená pára požene turbiny. Zjevně se jedná o projekt, uvažující trvalé vedení zrcadel za Sluncem k docílení maximálního efektu. Získanou energii by bylo možno přenášet do Evropy.

Položme si otázku, jaký je smysl překotného budování slunečních elektráren v ČR? Energetický problém to neřeší-při těch asi 30-40% účinného využití teoretické doby slunečního svitu a při minimálním výkonu v zimním období se to stává prakticky bezvýznamné. Kromě toho je třeba stejně držet dostatečné rezervy klasických energetických zdrojů, zejména pro zimní období. Zdá se tedy, že u těchto elektráren nejde o energetiku, jde především o těch 13 Kč, vyplácených za kilowat. Peníze jsou silnou motivací-ovšem jen takové, které přinášejí skutečný užitek. Nemohou to být peníze, které nakonec platí spotřebitel namísto haléřové ceny za proud z jaderné elektrárny.

Vytisknout