Jaromír Plešek: Sluneční energie jako přírodní jev a možný primární zdroj technické energetiky, 1998
Slunce vyrábí energii termonukleární syntézou, tedy postupným slitím čtyř jader vodíku na jedno jádro helia. Úbytek hmoty ( asi 0.7 % ) se změní v radiační energii podle známé Einsteinovy rovnice E =m.c2. Z l kg vodíku se tak získá 6.25x105 GJ tepelné energie [CP,11]. Ze známé vzdálenosti Země od Slunce a z jejího průřezu vyplývá, že na ni dopadne dosti přibližně jedna dvoumiliardtina celkového zářivého výkonu Slunce.
Změřením t.zv."sluneční konstanty" (Csol) naopak zjistíme, jaký je celkový energetický výkon Slunce a kolik vodíku se za časovou jednotku změní v helium. Tuto konstantu ovšem třeba změřit vysoko nad atmosférou - přímo je to možné jen na umělých družicích. Všechny údaje před rokem 1960 byly odvozeny nepřímo z pozemských měření, všechny ostatní už měřením na oběžné dráze; jak ukazuje tabulka 1, jednotlivé prameny uvádějí poněkud rozdílné hodnoty.
Tabulka l: Hodnoty Csol podle různých informačních zdrojů, přepočtené na jednotky [W/m2], a celkový zářivý výkon Slunce [krát 1026 Watt].
| Csol | rok určení | zářivý výkon | literatura |
|---|---|---|---|
| 1 320 | 1958 | 3.58 | KEN,310 |
| 1 390 | 1963 | 3.87 | AAS,397 |
| 1 360 | 1980 | 3.90 | ZAA,458 |
| 1 340 | 1984 | 3.77 | CP,ll |
| 1 280 | 1988 | 3.27 | WBE,S 982 |
| 1 373 | 1991 | 3.86 | HBCP,Sect.14 |
Zdánlivé změny sluneční konstanty a zářivého výkonu určitě neznamenají, že Slunce pracuje tak nepravidelně; odráží to spíše potíže s přesným měřením sluneční konstanty. Zde se spolehneme na nejnovější hodnotu, která se zdá být nejbližší realitě. Značný zmatek v literatuře o sekundové spotřebě vodíku ve Slunci a o energetickém zisku z přeměny 1 kg vodíku v helium (tabulka 2) vznikl určitým nedorozuměním. Ve starší literatuře se totiž zpravidla za sekundovou spotřebu vodíku vydává jen hmotový úbytek transmutace vodíku v helium, nikoliv množství přeměněného vodíku. Další rozdíly zapříčiňují i ne zcela korektní "zaokrouhlování" výpočtů a možná i tiskové chyby při přejímání dřívějších údajů.
Tabulka 2: Sekundová spotřeba vodíku ve Slunci [miliony tun] a energetický zisk přeměny 1 kg vodíku na helium [GJ/kg].
| pramen | Přeměna H-->He | Energetický zisk |
|---|---|---|
| WBE,E 273;S 576 | 3.6 | 9.08x107 |
| KEN,310 | 4.2 | 8.50x107 |
| ZAA,259;458 | 4.3 | 9 x107 |
| CP,11 | asi 600 | 6.25x105 |
| HBCP,Sect.14 | 618 (přepočteno) |
Správně platí: Sekundová přeměna vodíku je asi 600 milionů tun, zatímco hmotový úbytek je jen asi 4.3 miliony tun. Přeměnou 1 kg vodíku v helium se uvolní 6.25x105 GJ energie; úplná přeměna 1 kg hmoty v energii vydá 8.98x107 GJ energie.
Z celkového zářivého výkonu Slunce dosáhne naši planetu o něco méně než 2 miliardtiny. Vzhledem k nejistotám, které se odrážejí v tabulkách l a 2, není vlastně pozemský příděl přesně známý. Podle tabulky 1 leží někde mezi 1.64x1017 W [WBE, S 982] a 1.93x1017 W [HBCP, Sect.14]; to odpovídá ročnímu přídělu mezi 5.2 až 6.1 krát 1015 GJ sluneční energie. Z toho se ovšem podstatná část ihned rozptýlí na molekulách atmosféry nebo se odrazí od zrcadel oceánů a ledovcových polí. Tento jev se nazývá albedo, které v případě Země činí asi 35% [HBCP,Sect.14]. Na zemském povrchu, v oceánech a atmosféře se tedy na přechodnou dobu absorbuje ročně 3.4-4.0 krát 1015 GJ sluneční energie. Poslední hodnota se zdá být nejbližší skutečnosti. Lidská výroba (a spotřeba) dodatečné energie ročně je téměř přesně jedna desetitisícina sluneční dodávky. Slunce dodá stejné množství na zemský povrch už během 53 minut. Roční přísun slunečního tepla by stačil roztavit asi 26 m tlustou vrstvu ledu nad celým povrchem planety [Údaj podle KEN,314 (36 m tlustá vrstva) evidentně zanedbává albedo. Při jeho započtení by se tamní údaj musil opravit na 24 m ]. Rozdíl proti našemu výpočtu je dán nižší sluneční konstantou, uvažovanou v této encyklopedii [KEN,310].
Dodaná sluneční energie zůstane na přechodnou dobu uložena v různé formě v atmosféře, oceánech a na povrchu souše.Postupně se vyzáří zpět do meziplanetárního prostoru ve formě infračerveného záření. Tím se udržuje tepelná rovnováha a průměrná teplota na Zemi zůstává více méně konstantní již mnoho milionů let - pokud odhlédneme od periodicky se opakujících ledových dob. Ty pravděpodobně souvisejí spíše s pozemskými ději, než s aktivitou Slunce - vzpomeňme jen např. Milankovičovu teorii ledových dob. Než se však absorbovaná sluneční energie vyzáří zpět do okolí, ukládá se přechodně v různých formách v atmosféře a na zemském povrchu. Přehledná tabulka 3 ukazuje kolik a v jaké formě:
Tabulka 3: Přechodné uložení sluneční energie na Zemi.
Za rok dopadne na Zemi asi 6x1015 GJ sluneční energie. S odečtením 35% (albedo) se tedy přechodně absorbuje asi 4xlO15 GJ tepelné energie (100 %). Odpovídá to přesně 10 000 -násobku energetické spotřeby lidstva (4x1011 GJ/rok) v roce 1997.
Forma přechodného % Násobek lidské
uložení z celku spotřeby
______________________________________________
Ohřátí atmosféry 60% 6000
Ohřátí povrchu 40% 4000
v tom:
Odpařování vody 20.5% 2050
Vítr 2.4% 240
Deště 0.6% 60
Růst rostlinstva 0.01% 1.0
Tekoucí voda 0.004% 0.4
----------------------------------------------
Uložení:
Přechodně a obnovitelně:
potenc.energie mraků 200% 20000
Neobnovitelně:
Všechna fosilní paliva 6.2% 620
______________________________________________
Sestaveno podle KEN,362 s opravami, přepočty a doplňky podle CP,323;AAS,13;HBCP,Sect.14 a WBE,S 982.
Čísla v pravé kolonce tabulky 3 jsou velmi povzbudivá, tím spíše, že většinou jde o obnovitelné zdroje, které nezvyšují obsah CO2 v atmosféře . Je zvláštní, že nekritické příznivce "alternativních" zdrojů energie nezaráží prokázaná skutečnost, že prakticky všechny "alternativní" zdroje energie lidstvo využívalo od nepaměti, ale přes jejich výhody nakonec přešlo ke konvenčním primárním zdrojům energie (fosilní paliva a nukleární energie) přesto, že jsou neobnovitelné a ekologicky velmi sporné.
Důvod je zřejmý - energie "alternativních" zdrojů je totiž nesmírně zředěná - jak ukazuje tab.4 (tabulka je odvozena přepočtem z tabulky 3):
Tabulka 4: Relativní hustota energie ve srovnání s přímým kolmým osluněním (asi 900 W/m2 na zemském povrchu, rovná se l.0). Udává, jaký zlomek dodané sluneční energie se přemění v danou formu.
| Forma energie | Zředění (kolikrát) |
|---|---|
| Kolmé oslunění | 1 |
| Větrná energie | 42 |
| Biomasa | 10 000 |
| Tekoucí voda | 25 000 |
Energii padajícího deště zatím nikdo nenavrhl využít jako primární zdroj a ze zjevných důvodů to asi nikdo ani nenavrhne. Spíše abychom se jí aspoň lokálně obávali. Totéž se týká obrovské potenciální energie uložené v globální oblačné přikrývce. Ta představuje celkem dvojnásobek veškeré energie, kterou Slunce dodá za celý rok, a kdyby se nějakým způsobem náhle uvolnila, byl by důsledek asi horší, než dopad mnoha velkých komet současně. Energii uloženou ve fosilních palivech pilně využíváme, dokud zásoba stačí, a dokud nevyvoláme katastrofální a záhubný "skleníkový efekt".V tomto článku se jí budeme zabývat jen okrajově a pro srovnání. Zde se budeme věnovat jen energetické využitelnosti přímé sluneční energie, energie větru, tekoucí vody a energie uložené v biomase. Probereme je v pořadí jejich významu pro současnou energetiku a odvážíme se i výhledu do dohledné budoucnosti.
Lidé zapřáhli do svých služeb vodní energii již pradávno. Vynález vodního kola umožnil čerpání vody pro zavlažování, mletí zrnin, drcení rud a jiných látek ( např. výrobu střelného prachu ) a později pohon manufaktur a hamrů. Vodní kola postupně vytěsnily mnohem účinnější vodní turbiny, a jejich spřáhnutí s generátory elektřiny vedlo až k současnému efektivnímu využití energie, skryté v proudící a nahromaděné vodě. Asi 20 % veškeré elektrické energie se dnes vyrábí tímto způsobem. Při tom je vodní energie daleko nejzředěnější formou nepřímé energie sluneční ( viz tab.4 ); její rozsáhlé využití je možné jen proto, že se samovolně koncentruje sběrem s obrovských povodí do jednotlivých řek, případně ledovců. V důsledku toho je ovšem velmi lokalisovaná a rozumně využitelná jen v několika šťastně situovaných zemích. Dva extremní příklady z Evropy: Norsko ( asi 4 miliony obyvatel ) vyrábí veškerou elektřinu přeměnou vodní síly, jsou světovými rekordmany ve spotřebě na hlavu a i tak ještě přebývá pro energeticky náročný průmysl. Naproti tomu v naší republice ( 10.3 milionu obyvatel ) se vyrábí jen 3 % elektrické energie ve vodních elektrárnách - více rozumně využitelné vodní síly prostě není k disposici.
Vodní energie má celou řadu předností: Přehradní nádrže mohou akumulovat veliký potenciál a hydroelektrárny jsou schopné během několika minut pracovat s plným instalovaným výkonem. Jsou téměř ideální pro vyrovnávání špičkových požadavků. Navíc se při jejich provozu neuvolňují žádné škodlivé emise. Ze stejných důvodů patří t.zv.přečerpávací vodní elektrárny k technicky téměř ideálním akumulátorům energie. V době relativního nadbytku čerpají jejich turbiny vodu do vysoko položené nádrže, odkud v době zvýšené potřeby proudí přes stejné turbosoustrojí v obráceném směru a dodávají elektřinu do sítě. Vodní energie je zdánlivě zadarmo, jakmile se vrátí původní vysoké investiční náklady na stavbu příslušného vodního díla. Ale není tomu tak docela. Uvažme alespoň některé aspekty:
Výhledy dalšího rozvoje hydrocentrál jsou poněkud nejisté; zdá se, že jejich podíl na výrobě elektřiny poroste i v dohledné budoucnosti (příklady: Obří elektrárna Itaipu na hranicích Brazilie a Uruquaye, nedávno uvedená do provozu, a ještě větší na Žluté řece v Číně, která se právě staví); ale nečekejme zázraky. V globálním měřítku je prostě vodní energie málo (tab.3) a i kdybychom snesli každou řeku a potůček doslova po schodech kaskád, nestačila by ani zdaleka ke krytí současné potřeby, nemluvě o budoucnosti. K tomu připočtěme technické potíže s přenosem elektrického výkonu do velké vzdálenosti od často velmi vzdáleného místa výroby k oblastem energeticky hladovým.
Rovněž větrná energie se využívá pro lidské potřeby od pradávna. Sloužila především k pohonu plachetnic a k roztáčení lopatek větrných mlýnů, případně čerpadel. Novější a účinnější kombinace větrných turbin s generátory elektřiny může být velmi užitečná ke krytí místní spotřeby v místech vzdálených od elektrické sítě. Celkový obsah energie proudících vzduchových mas se odhaduje na asi 600-násobek energie tekoucích vod (tab. 3). Avšak na rozdíl od vodní energie zde prakticky chybí koncentrace do definovaných "větrných řek". Vítr různé stálosti a síly se prohání více méně rovnoměrně nad celým zemským povrchem. Jeho nestálost i v nejpříznivějších lokalitách vyžaduje výstavbu velikých akumulačních systémů, pokud trváme na rovnoměrné dodávce energie. Současné větrné elektrárny jsou totiž schopny pracovat na plný instalovaný výkon jen asi z 20 % času (asi 73 dny z 365 dnů ročně). To je velmi nepříznivé ve srovnání s ostatními zdroji elektrické energie (spalovací tepelné elektrárny pracují naplno asi 85%, nukleární asi 80% a vodní přes 90% času). Účinnost větrných turbin je podstatně nižší, než turbin vodních, výška příslušných věží a průměr vrtulí představují určité problémy pro leteckou dopravu a mohou rušit přenos krátkovlnných signálů (televise,radiokomunikace, radary, atd.). Nezanedbatelné je i "hlukové znečištění".
Využití větrné energie ke generaci elektřiny sice zřetelně stoupá, ale v současnosti přispívá stěží 1 % k celkové výrobě elektřiny ve světě. U nás je její přínos zatím zcela zanedbatelný. Na druhé straně je energie větru ekologicky ještě čistější, než energie vodní a bylo by nerozumné ji odmítat a nevyužívat v místech s obzvlášť příhodnými podmínkami, nebo daleko od elektrické sítě. Samozřejmě je dobré započíst investiční náklady a nepřehlédnout ani potřebu akumulace pro dlouhá období bezvětří nebo naopak větru příliš silného.
Bez pěstitelských zásahů je asi 10 000 krát zředěnější než přímá sluneční energie (tab. 3 a 4). Přesto však bylo spalování biomasy pravděpodobně prvním vědomě využívaným zdrojem energie už u dávných předchůdců moderního člověka a dodnes jej většina lidstva ve skromném rozměru a lokálně využívá k ohřevu svých obydlí a k přípravě potravy. S ekologického hlediska můžeme rozumné spalování biomasy označit za neutrální. Při hoření se sice tvoří oxid uhličitý, ale stejné množství se jej naopak spotřebovalo k růstu příslušné biomasy. Reálnému využití ve velkém však brání velmi vážné důvody. Nesmírné zředění energie v biomase vzhledem k původní energii sluneční se reálně nedá překonat.I kdybychom cíleným pěstěním (např."energolesy") zvýšili výtěžek biomasy stonásobně proti rovnovážnému přirozenému stavu, nemohlo by to stačit. Navíc bychom spotřebovali aspoň stonásobek vody a nezbytných živin. Uvažme dále potřebnou plochu, která by se dala využít jinak, náklady pěstování, sklizně a dopravy velkoobjemového paliva o nízké výhřevnosti (asi jako hnědé uhlí průměrné kvality), atd. Ani tento "alternativní" zdroj energie tedy není příliš nadějný pro řešení makroenergetických problémů. Lokální význam, především k výrobě tepla, mu ovšem nelze upřít a ani u nás by se neměl zanedbávat. Rozhodně by stálo za úvahu využití především lesních a některých zemědělských odpadů, kterých zase není tak málo.
K energii z biomasy je třeba započíst i kvasný ethanol a t.zv. bionaftu z řepkového a jiných olejů. Platí zde v ještě větší míře to, co už bylo řečeno výše. Uvažme výtěžek brambor, řepy, zrnin, řepky, atd. z hektaru ročně, započtěme pěstební, sklizňové a jiné náklady, dopravu do zpracovatelských závodů, fermentační, hydrogenační a destilační náklady - a kolik energie vynaložíme na celý cyklus předem. Ani kvasebný ethanol, ani bionafta prostě nemohou nahradit ani zlomek procenta pohonných hmot, které se v současnosti získávají z fosilních zdrojů. Často se operuje příkladem Brazilie, kde snad skutečně většina automobilů jezdí na kvasný ethanol, ale příčiny této světové rarity jsou spíše politické než ekonomické. Tyto alternativy byly a jsou uvažovány i v jiných zemích, ale jde většinou spíše o nepřímou podporu zemědělství nebo ulehčení krátkodobých krizí z nadvýroby, než vážně míněný pokus o eliminaci ropných produktů. V reálněm světě se asi daleko více alkoholu vypije, než spálí v motorech. Navíc všechno nasvědčuje tomu, že v dohledné době bude lidstvo potřebovat každé jedlé zrno či hlízu jako potravinu.
V současné době přispívají energetické zdroje z biomasy k energetické spotřebě lidstva méně než 1%; u nás je jejich příspěvek pravděpodobně ještě nižší.
Sluneční energie je základní hnací silou veškerého života, rozhodující faktor klimatu, je prakticky věčná, nevyčerpatelná a ekologicky nejčistší. I se započtením albeda jí na zemský povrch dopadá asi 10 000-krát více, než jí lidé v technických zařízeních vyrobili za celý rok 1997. Člověk ji od nepaměti využívá ke konservaci potravin, sušení úrody a krmiv i k získávání soli v mělkých mořských zálivech. V současné době se k ní obracejí naděje mnoha lidí. Zejména její využití pro vytápění obydlí, ohřev vody a dokonce i k vaření či jiné tepelné úpravě potravin může být praktické už nyní. Smutné však je, že není k disposici právě v době největší potřeby - v noci a zejména v zimě - a že jí často celé týdny blokují mraky a mlhy. Odtud vyplývá potřeba velkých akumulačních systémů, aby dodávka tepla a případné elektřiny byla aspoň snesitelně rovnoměrná. Ačkoliv je podle tabulky 3 daleko koncentrovanější než v ostatních "alternativních" zdrojích, je pro technické účely přece jen příliš zředěná (naštěstí pro život ovšem). Spálením l kg uhlí se získá tolik tepelné energie, kolik jí dopadne ze slunečního záření na 35 000 m2/sec (tři a půl hektaru na rovníku v pravé poledne).
Pro využití ve velkém z toho vyplývá nezbytnost obrovských ploch kolektorů jakéhokoliv typu dnes i v budoucnu, bez ohledu na technickou pokročilost našich vzdálených potomků. Tyto kolektory by měly být natáčivé a sklopné, aby sledovaly zdánlivou dráhu Slunce. Ráno by mířily k východu a byly téměř kolmé k povrchu, navečer k západu. Jejich sklon by se musil plynule měnit podle výšky Slunce nad obzorem. Na příklad u nás je Slunce v poledne o zimním slunovratu 17 stupňů nad obzorem, zatímco o letním slunovratu je to 63 stupňů. Kolektory by samozřejmě musily být odolné k povětrnostním rozmarům a k tepelnému namáhání. Plochy terénu, jimi zastíněné, by ztratily význam pro zemědělskou produkci, atd. Část těchto problémů by se anulovala umístěním kolektorů v pouštních oblastech co nejblíže k rovníku, pokud by se podařilo vyřešit dálkový přenos nasbírané energie v jakékoliv formě bez velkých ztrát. Ale i tady je dobré krotit fantasii. Pouze 20% rovníku probíhá nad pevninou, takže tu máme čistě geografické omezení. Pohledem na globus s uvážením geograficko-politické situace v těchto končinách zjistíme, že to zatím rozhodně v úvahu nepřipadá - je to momentálně asi stejně reálné, jako umístit obří kolektory poblíž místa největší spotřeby ve vyšších zeměpisných šířkách. Tyto skutečnosti musíme vzít na vědomí při všech úvahách o využitelnosti sluneční energie pro makroenergetiku.
V současnosti se dá uvažovat především o třech způsobech využití sluneční energie:
K těmto třem možnostem může v dohledné době přibýt ještě přímá či nepřímá fotolysa vody na vodík a kyslík. Je velice lákavá, protože vodík by se dal akumulovat i transportovat plynovody na velké vzdálenosti a na konci převést s vysokou účinností v elektřinu v palivových článcích. Ale v současné době jde spíše o science fiction.
Bez předchozí koncentrace sluneční energie je možné se obejít jen v případě A a S-FOTO. V ostatních případech je nezbytné záření fokusovat za cenu podstatného zvětšení plochy zrcadel. Fixní kolektory je možné tolerovat jen v případě A, za cenu snížení účinnosti až na 1/2 teoretické.
Použití:
Sluneční krby:
Malá, lehká, mobilní zařízení k dosažení teplot až 250 stupňů C v nevelkém prostoru, tepelně isolovaném keramickou pěnou. Ručně se natáčejí ke slunci. Ve vložených varných nádobách dovolují běžnou tepelnou úpravu potravin (vaření, pečení, atd.) bez potřeby paliva. Mohou mít velký význam pro obyvatele bezlesých oblastí v nízkých zeměpisných šířkách, např. ve většině afrických zemí, v Indii, Číně, atd. V současné době jedno z nejrealističtějších praktických využití přímé sluneční energie.
Sluneční pece:
Nejproslulejší a dlouhodobě fungující byla uvedena do provozu přibližně v roce 1960 v Odeillo na jižních svazích francouzských Pyrenejí. Má 64 heliostatů o celkové ploše 2835 m2, které odrážejí světlo do dutého mosaikového zrcadla o ploše 2000 m2; to je fokusuje na kruhovou plochu o průměru 45 cm, kde se dosahuje teploty až 3800 stupňů C (koncentrace záření asi 12000 krát). Tepelný výkon při plném oslunění je asi 1600 kW. Podobné zařízení je i v Albuquerque v Novém Mexiku. Tyto velmi nákladné sluneční pece jsou vzácným příkladem technologického využití přímé sluneční energie. Dovolují přetavit značná množství libovolného materiálu za nejčistších podmínek [OEM,78].
Ale nic nového pod Sluncem. Podle dávných legend použil slavný Archimedes fokusace sluneční energie dutými zrcadly k zapálení římského loďstva už asi 210 let před Kristem.
Nepřímá přeměna:
Je založena na klasické generaci páry a jejím využití v standardním turbogenerátoru jako u každé jiné tepelné elektrárny. Zdrojem tepla však je sluneční záření a některý kolektor typu B. První pokusná elektrárna typu S-TEP byla uvedena do provozu už roku 1980 v Adranu na Sicilii. Jiné uspořádání, ale stejný princip, měla mnohem proslulejší a podstatně větší Solar One v Daggetu v Mohavské poušti (Kalifornie). Je to místo mimořádně slunné. Ročně tu s bezmračné oblohy svítí slunce 4 000 hodin, t.j. 46% celoroční doby! Solar One byla vybavena t.zv."sluneční věží", na kterou soustřeďovalo záření asi 1800 rovinných heliostatů, sklopných kolem otočných čepů. Každý měl plochu 40 m2, takže jejich celková plocha byla asi 73000 m2. Byly uspořádány v eliptickém areálu, který zabíral plochu 2.9 km2. Elektrárnička dodávala v létě 10 MW elektrické energie po dobu 8 hodin denně, a její mohutný tepelný akumulátor dovolil výrobu dalších 7 MW po dobu 4 hodin po západu slunce. Pořizovací náklady byly 141 milionů dolarů, vypočtená účinnost byla asi 14%. Pracovala od roku 1982 a byla uzavřena koncem roku l992 [OEM, 400]. Nyní se poblíž staví desetkrát výkonnější Solar Two. Je to rovněž tepelná elektrárna, ale její kolektory mají tvar obřích půlválcových koryt, otáčivých kolem osy; teplosměnné medium proudí trubicí ve válcovém ohnisku kolektoru. Měla by mít účinnost asi dvojnásobnou a sběrná plocha kolektorů bude asi 250 000 m2.
Přímá přeměna:
Podstatou elektráren typu S-FOTO je fotoelektrický efekt. Polovodičové fotočlánky dovedou přeměnit sluneční světlo v elektřinu s účinností až 15%, zatímco maximální teoretická účinnost je kolem 20%. Tato přímá konverse se již po několik desítek let používá jako zdroj elektrické energie nesčetných družic, včetně telekomunikačních a velkých kosmických laboratoří.
Velkoplošné fotovoltaické konvertory však pracují s účinností jen asi 10%. Takové byly použity v pokusné elektrárničce v Hesparii v Mohavské poušti [OEM,79]. Celková plocha otáčivých a sklápěcích kolektorů byla asi 1 hektar a maximální výkon zařízení byl asi 1 MW, pochopitelně při plném osvětlení. U stacionárních kolektorů (např.střešní panely) by účinnost klesla zhruba na pouhou jednu polovinu.
V našich končinách vzhledem k vyšší zeměpisné šířce a velmi krátké době slunečního svitu bychom tedy mohli očekávat "instalovaný výkon" jen asi 12.5 W/m2 (t.j. schopnost trvalé dodávky elektrického proudu celoročně - pochopitelně s účinným akumulačním systémem, který by překlenul asi 85% doby bez slunečního svitu). Je to 2% průměrné spotřeby obyvatele ČR a asi l0% jeho průměrné spotřeby v domácnosti. Stacionární kolektor by poskytl jen polovinu tohoto výkonu.
Pokusné elektrárničky v Adaru, Daggetu i Hesparii ukazují,jak obtížné je a jistě ještě dlouho bude využití sluneční energie pro výrobu elektřiny ve větším měřítku. Sběrné plochy jsou a budou vždy obrovské i v tak ideálních místech. Pro trvalý výkon na dané úrovni by musily být nejméně dvojnásobné s akumulací elektřiny na noční nečinnost. Kromě toho ani na Sicilii, ani v Mohavské poušti nežije mnoho spotřebitelů v nejbližším okolí a přenos elektrické energie na velké vzdálenosti je stále problematický. A to jsme nemluvili o investičních nákladech, zejména pro typ S-FOTO. Dnes jsou přímo závratné, a i když časem jistě podstatně poklesnou, vždy budou limitujícím faktorem, stejně jako jejich trvanlivost a problémy s ochranou proti místním klimatickým rozmarům.
Ale naši vzdálení potomci to budou musit zvládnout. Sluneční energie je totiž jediná, která nezahltí naši planetu odpadním teplem. Protože se všechny energie nakonec změní v tepelnou, přídavek z jiných primárních zdrojů by nakonec porušil tepelnou rovnováhu Země stejně, jako obávaný "skleníkový efekt". Dnes to ještě nepociťujeme, protože nynější lidský přídavek je jen 0.01%. Ale s rostoucím počtem obyvatel a jejich rostoucími nároky na energii se to časem stane limitujícím faktorem, jako jím už dnes je obrovská produkce oxidu uhličitého a jiných skleníkových plynů.
Některé údaje z Handbook of Chemistry and Physics, 75-th Edition 1994, Sect.14:
| Hmotnost Slunce | 1.9891x1030 kg |
| Poloměr | 6.9599x108 m |
| Povrch | 6.087x1018 m2 |
| Objem | 1.412x1027 m3 |
| Průměrná hustota | 1.409 tun/m3 |
| Celkový radiační výkon | 3.86x1026 W (6.34x107 W/m2) |
| Sluneční konstanta | 1373 W/m2 |
| Zemská ztráta tepla zářením | asi 1021 J/rok |
| Hmotnost živé biomasy | 3.6x1014 kg |
Maximální účinnost stacionárního teplosměnného kolektoru s 80%-ní technologickou účinností v závislosti na sklonu od vodorovné roviny, s přihlédnutím k dennímu a ročnímu "chodu" Slunce v % teoretického maxima.
Teoretický kolektor se 100%-ní technologickou účinností, heliostatický, příkon 900W/m2, t.j. 775 kcal/hod/m2, rovná se 100%.
| referenční den | výška Slunce | sklon kolektoru | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0 stupňů | 27 stupňů | 50 stupňů | 75 stupňů | ||
| 21.březen | 40 stupňů | 25.6% | 36.8% | 40.0% | 36.8% |
| 21.červen | 63 stupňů | 35.6% | 40.0% | 36.8% | 27.6% |
| 23.září | 40 stupňů | 25.6% | 36.8% | 40.0% | 36.8% |
| 21.prosinec | 17 stupňů | 11.6% | 27.6% | 36.8% | 40.0% |
| průměr | 40 stupňů | 25% | 35% | 38% | 35% |