• Slnko ... darcom života ...

R = 696 000 km,    m = 1,99.10³⁰ kg,  T= 5 700 K,
vekom 5,5.10⁹ roka a str. vzdial. od Zeme 1,496.10⁸ km,

• Celkový žiarivý tok energie opúšťajúci povrch Slnka je asi 3,85 . 10^{26 W}
• Na Zem dopadá ročne .... výkon 1,7.10¹⁷W.
• Na každý m² plochy Zeme vo vzdialenosti 1AU ... E_e = 1 370 W.m^-2

• ^{priameho žiarenia - prešlo atmosférou Zeme bez výraznejších zmien,}

• difúzneho žiarenia - spektrálne zloženie iné ako priame svetlo (rozptyl).

• tzv. globálne žiarenie - zložením 1 a 2 žiarenia (u nás medzi 100 – 1000 W.m^-2)

  ---

                                     aktívne                                                                   pasívne

premena slnečného                   premena slnečného                        premena slnečného žiar.
žiarenia na elektrickú                žiarenia na teplo                              na teplo architektonickým
energiu                                       pomocou kolektorov                         návrhom budovy
                                                                                                               (princíp skleníka)
                                                 kvapalinových      vzduchových

fotovoltaickými      solárno-termická
článkami                premena

Solárne kolektory

• ... zachytávajú globálne slnečné žiarenie a premieňajú ho na tepelnú energiu.
• ... na produkciu teplej úžitkovej vody, s možnosťou ďalšieho vykurovania.

Solárny systém (S.S.) tvorí:

• solárny kolektor,
• obehové potrubie s teplonosnou kvapalinou a
• zásobník teplej vody.

• u zložitejších systémov - obeh. čerpadlo, výmenník tepla a regulačná el.

• so sezónnou dobou prevádzky - teplonosnou kvapalinou je obyčajne voda.

• s celoročnou dobou prevádzky - musí byť umiestnený výmenník tepla. Teplonosnou kvapalinou špeciálna nemrznúca zmes (napr. Solaven-eko od výrobcu Thermo/Solar Žiar nad Hronom).

• samotiažne - cirkulácia vplyvom rozdielnej hustoty teplej a studenej vody. Výhodou: nízke náklady, nezávislosť na inom zdroji elektrickej energie. Nevýhodou - je nižšia účinnosť zapríčinená ťažkým regulovaním prietoku
• s núteným obehom - obeh zabezpečovaný klasickým kúrenárskym čerpadlom.

• jednookruhové ...
• dvojokruhové ...

Podľa teplonosnej látky:

• vzduchové a
• kvapalinové - výkonnejšie

• ploché solárne kolektory
• koncentračné vákuové kolektory

• pohyblivé a pevné

Ploché slnečné kolektory

Absorbér - zachytiť max. množstvo slnečného žiarenia ...

• z medi, hliníka, ocele resp. špeciálnych plastov.
• Vrchná strana absorbéra ... vysokú absorbciu a nízku emisiu.
• nanáša sa galvanicky, napr. Ni-Al₂O₃, alebo je povrch absorbéra natretý špeciálnou farbou.
• Spodná strana absorbéra ... trubkový medený register, čiže zberné potrubie.
• Celá táto sústava je v izolovanej hliníkovej, príp. plastovej skrini ...

• F₀ dopadajúce žiarenie, potom kolektor charakterizujú koeficienty :

priepustnosti   t_e = F_t / F₀

absorbcie (pohltivosti)     a_e = F_a / F₀

kde F_r , F_t , F_a sú zložky žiarenia odrazeného, prepusteného a pohlteného.
 

• Zo ZZE potom musí platiť

• Vysokú účinnosť = minimalizovať r_{e ,te} a maximalizovať a_e.

• Nepriepustnosť vieme dobre zabezpečiť - (a) prejde na tvar

• “dvojvrstva” sklo-absorbér.
• Sklo - malá pohltivosť a_e  (nedostatkom voľných nosičov náboja).
• Odrazivosť pre kolmý dopad svetla je r_{e = 0,05.}
• sklo temer úplne priepustné svetla  až 90-95% ...
• sklo je pre infračervené žiarenie ďalej nepriepustné.

Pre intenzitu vyžarovania telesa s teplotou T platí

M_e = a_e . s . T⁴    resp.     a_e = M_e / s T⁴

Samotná účinnosť solárneho kolektora je daná vzťahom

                h = P / ( S . E_e )

kde P je tepelný výkon, E_e je intenzita ožarovania, S je plocha kolektora.

Koncentrujúce solárne kolektory

• účinnosť do 90%, pričom teplota teplonosnej kvapaliny až 200^oC.

Podľa činiteľa koncentrácie c:

c = 1-10 žiarenie sa sústreďuje priamo na prijímač

c = 10 – 200 žiarenie sa sústreďuje do ohniskovej priamky

c = 200 – 46 100 žiarenie sa sústreďuje do ohniskového bodu.
 
 
 

Najvyššiu efektívnosť dosahujú kolektory:

• orientácia na juh, prípadne 8^o-15^o západne ....

• celodenné osvetlenie priamym slnečným žiarením
• vhodný sklon
• minimálne dĺžka potrubia k výmenníkom tepla (max. pokles 2^oC)

Fotovoltaický článok - veľkoplošná polovodičová dióda (vnútorný fotoelektrický jav)

• premieňú slnečnú energiu dopadajúcu vo forme žiarenia priamo na elektrickú.

• Prvé info. o fotovoltaickej premene z r. 1839, kedy A. E. Becquerel ....
• Energetické využitie v r. 1954 ... Bell Telephone Laboratories na monokryštalickom kremíku s účinnosťou 6%.
• Vývoj fotovoltaických článkov je pevne zviazaný s rozvojom polovodičov.
• V súčasnosti (r.1999) - účinnosť asi 30 %,v praxi s účinnosťou 10-20 %.

Vhodné polovodiče:

E_G ... 1,1eV – 1,7 eV.
(...vysokou pohyblivosťou a dlhou dobou životnosti minoritných nosičov náboja).

Najpoužívanejším materiálom - Si:

Do r. 1981 - monokryštalická forma hrúbky 250-350 mm, v roku 1992 asi 35,2 % účinnosť.

Neskôr - polykryštalický kremíkom hrúbky 150 mm. Účinnosť článkov - 17-22 %,

• Výhodná náhrada - amorfný hydrogenizovaný kremík a -Si:H.

• arzenid gália GaAs. Účinnosť 15 – 20%, hrúbka fotov. článku okolo 60 mm. (v kozme)

1. Autonómne systémy s výkonom do 2kW - nabíjajú akumulátory.
2. Hybridné systémy s  ... do 5 kW - .... ešte pomocné generátory.

Systémy napojené priamo na sieť s výkonom až niekoľko MW.