in

Jak se vyrábí elektrická energie: fotovoltaika, obnovitelné zdroje

V tomto článku, který navazuje na předchozí text, se podrobněji podíváme na další možnosti získávání elektrické energie, a to zejména z takzvaných obnovitelných zdrojů.

Fotovoltaika

Fotovoltaika je způsob přímé výroby elektrické energie ze slunečního záření. Fotovoltaické panely však využívají pouze část záření ze slunce a převod vhodného záření není úplný, výroba energie nedosahuje 20 %. Při této příležitosti je vhodné si uvědomit, sluneční panely na ohřev vody mají účinnost cca 100 %. Pokud bychom takto ohřátou vodu použili pro výrobu elektrické energie dle Carnotova cyklu, pak s ohledem na její teplotu bude celková účinnost pouze několik procent.

Je nutné upozornit na možný problém s fotovoltaickými elektrárnami. Z minulosti jsou známy erupce sopek, které vyvrhly do ovzduší obrovské množství popela. V současné době neumíme erupci sopek předpovědět a v žádném případě erupci zabránit. Pokud však tato situace nastane a dojde k velké erupci, bude atmosféra zastíněna na celé Zemi. To se již podle údajů v minulosti přihodilo. Fotovoltaika v tom případě nebude produkovat elektrický proud. Dá se také předpokládat, že po vyloučení prachu z ovzduší deštěm budou panely nevratně poškozeny a tedy nefunkční. Tento problém v současné době není při přechodu na zelenou energii zohledněn. Závislost pouze na zelené energii je velmi riskantní.

Větrná energetika

V poslední době vzrostl na celém světě počet větrných elektráren. Větrná energie jako zdroj mechanické energie byla využívaná již v minulosti tam, kde nevadila nerovnoměrnost větru. A větrné mlýny byly stavěny na místech, kde dostatečně foukalo. Staré větrné mlýny jsou k vidění i u nás, ale asi nejvíce je svými mlýny pověstné Holandsko.

V případě větrných elektráren nelze vůbec definovat účinnost přeměny energie větru na energie mechanickou a tím na elektrický proud, protože nelze určit energii větru. Častěji se pro ekonomické vyhodnocení používá koeficient využitelnosti větrných elektráren. U nás je tento koeficient pouze 12,7 %. To znamená, že výroba elektrické energie probíhá pouze po omezenou dobu.  V ČR příliš nefouká, a pokud se rychlost větru zvýší při vichřici, pak je nutno větrnou elektrárnu úplně odstavit, aby nedošlo k jejímu poškození. V tomto případě jsme tedy plně závislí na proměnlivosti počasí, kdy nastane větrné počasí, jak dlouho potrvá a jaká bude síla větru. Bohužel jsme do dnešního dne nedokázali „poručit větru dešti“, jak plánovali sovětští soudruzi v padesátých letech minulého století.

Vodní elektrárny

Stejně jako větrnou energii využívají lidé od nepaměti energii vody. Dříve to bylo k pohonu mlýnských kol u vodních mlýnů, vodních turbín, generátorů nebo jen k čerpání vody. Zde však využívala pouze energie mechanická.

V současné době se vodní elektrárny budují tam, kde má řeka dostatečný spád a voda se pohybuje rychle. Stavba elektráren proto závisí na geografických podmínkách. Příkladem může v Evropě být Norsko nebo Rakousko. Tyto země produkují převážnou část spotřeby elektrické energie velmi levně.

První a zásadní výhodou vodní elektrárny je účinnost přes 90 %. Druhou výhodou těchto elektráren je fakt, že mohou být uvedeny do provozu během několika sekund. Tím mohou zajišťovat rovnoměrnou dodávku elektrické energie do sítí.

Tento fakt se využívá v systému přečerpávacích elektráren. Při nadbytku elektrické energie se voda čerpá do horní nádrže. V případě nedostatku energie slouží voda z horní nádrže pro výrobu energie ve spodní části systému. U nás existuje taková stavba v Dlouhých stráních. Geografické podmínky bohužel neumožňují výstavbu dalších přečerpávacích elektráren mimo jiné i proto, že nádrže zabírají velkou plochu.

Jiný způsob výroby elektrické energie

Přestože radioaktivní prvky vyzařují záření krátké vlnové dálky s vysokým obsahem energie, my však nejsme schopni toto záření převézt na elektrickou energii, tak jak to umíme v případě fotovoltaických panelů.

Přesto je možnost, jak toto záření využít, a to tak, že záření ohřívá obal, na kterém jsou umístěny termočlánky. Termočlánek je vyroben ze dvou různých kovových drátů zapojených do série, kde v místě jejich spojení vzniká napětí. Velikost tohoto napětí závisí na teplotě povrchu obalu zářiče. Termočlánky se běžně používají pro měření teploty v průmyslu a měří teplotu v širokém rozsahu až do teploty tavení termočlánku, to je až do 2000 °C.

Bohužel účinnost takového systému je nízká, napětí je v mV. Přesto je takový systém používán jako dlouhodobý zdroj proudu na satelitech, které se vzdalují od Slunce, a proto zde nelze využít sluneční záření. Jako zdroj tepla pro termočlánky se využívá prvek s dlouhým poločasem rozpadu, například plutonium. Vzhledem k dlouhému poločasu rozpadu až stovek let zajišťuje takový generátor elektrický proud po dobu existence sondy.

Jak takový zdroj proudu, který je využíván v satelitech, je konstruován, uvádí následující obrázek NASA/APL:

Fotografie: nasa-zdroj

Zdroj snímku: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/87/RTG.png

What do you think?

1 point
Upvote Downvote

Comments

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Loading…

0

Comments

0 comments

Výroba elektrické energie

Elektromagnetické záření, část 4: UV záření nebo co to jsou paprsky X