ZÍSKÁVÁNÍ

SLUNEČNÍ ENERGIE

Předmluva

Videoprogram 'Získávání sluneční energie', realizovaný v rámci vi­deotéky ČEZ, který je zároveň 4.dílem řady 'Cesty k vědění' vydá­vané Jednotou českých matematiků a fyziků, je určen především ško­lám, ale je vhodný i pro širší veřejnost.
Protože v krátkém dvacetiminutovém pořadu nebylo možné vyložit základy všech fyzikálních jevů, které zde hrají roli, jsou uvedeny nejdůležitější z nich v této brožurce, i když ani její rozsah neu­možňuje podrobný výklad.

Jedná se o velmi aktuální tematiku, která se rychle rozvíjí. Údaje proto byly brány i z od-borných časopisů posledních let, jejichž seznam je uveden na konci. Je ovšem docela dobře možné, že v době, kdy budete tento text číst, budou některé z nich již překonány. Když se mluví o energii, je velmi důležité znát používané jednotky, přičemž některé z nich nejsou zcela běžné, proto je zde uveden též jejich seznam.

Při použití ve školách by měli učitelé uvážit, které informace je nutno žákům - na základě této brožury příp. dalších pramenů - doplnit, aby byl program dobře srozumitelný a přinesl maximální užitek. Je totiž důležité, aby především mladí lidé byli dobře in­formováni o perspektivách získávání a využití energie a tím se v nich vzbudil zájem o nové možnosti a cesty vývoje.

Některé používané jednotky

Výkon: 1 W = 1 V. 1 A = 1J/s

1 kW = 10³ W, 1 MW = 10⁶ W, 1 GW = 10⁹ W, 1 TW = 10¹²W

Energie: 1 Ws = 1 J

1 Wh (watthodina) = 3600 Ws

1 kWh = 10³ Wh, atd.

1 TWa (terawattrok) = 10¹² W .8760 hodin

1 EJ (exajoule) = 10 ¹⁸J

1 eV (elektronvolt - energie elektronu, který byl urychlen rozdílem potenciálů 1 V)

1 eV = 1,6. 10^-19J

1 MeV = 10⁶ eV

1. ÚVOD - SPOTŘEBA ENERGIE

Problém energie je pro společnost velmi důležitý, jak ukážeme na základě některých čísel v následujících odstavcích. Obecná informace o různých zdrojích elektrické energie je obsažena v dalším videoprogramu 'Zdroje elektrické energie' (1) a v odpovídající brožuře. Slunce je jedním z těchto zdrojů, který je přímo dosud poměrně málo využíván. Proč věnujeme právě tomuto druhu energie sa­mostatný program?

Důvod spočívá v tom, že podle mínění kvalifikovaných specialistů je toto energie budoucnosti. Dnes nejvíce (62 %) využívanými primár­ními zdroji energie – t.j. zdroji vyskytujícími se v přírodě, z nichž se více nebo méně složitým způsobem vyrábí energie elektrická - jsou především tzv. fosilní paliva.
Fosilní paliva vznikla před mili­ony let chemickými procesy z tehdy žijících rostlin (např. přes- liček) a my je dnes používáme ve formě uhlí, ropy a zemního plynu. Jejich zásoby jsou však omezené. Předpovědi o jejich vyčerpání se liší. Neví se, zda nebudou v budoucnosti objevena nová nale­ziště, ale skutečnost, že jejich množství není nekonečně velké, je zcela jistá. Podle (2) stačí současné zásoby uhlí na 200 let, zemního plynu na 60 let a ropy na 40 let. To není pří­liš vzdálená budoucnost. Dvě poslední data leží již v horizontu dnešní mladé generace. Měli bychom však mít na paměti i mnohé generace příští. Další skutečností, která mluví proti využívání těchto zdro­jů, jsou emise škodlivých látek vznikající jejich spalováním. Vedle dioxidu síry, který způsobuje 'kyselé deště' a zabíjí rost­liny, jsou to jedovaté oxidy dusíku, různé organické látky a pevné atmosféru zatěžující prachové částice. Mnohé z těchto látek lze od­stranit z kouřových plynů pomocí vhodných chemických a mechanic­kých procesů ( tyto však nejsou laciné). Oxid uhličitý CO₂, patřící mezi tzv. 'skleníkové plyny', tj. plyny, které mohou vést k nebezpečným změnám klimatu, je při současných technických možnostech neodstranitelný. Musíme tedy hledat nové cesty, chceme-li zachovat udržitelný vývoj na Zemi a předat ji dalším ge­neracím ještě v 'upotřebitelném stavu'. Při nynějším trendu by emise CO₂ stouply podle některých prognóz do r. 2020 o 40 %, za­tímco klimatologové požadují jejich snížení o 20 % do r. 2005.

Nyní je 20 % spotřeby elektrické energie pokrýváno vodními a asi 17 % jadernými elek­trárna-  mi. Pouze asi 1 % tvoří ostatní tzv. 'obnovitelné zdroje energie', k nimž patří kromě sluneční energie i větrná energie, te­pelná energie z nitra země (geotermie), energie mořských vln atd. Tyto zdroje nezatěžují životní prostředí. V současné době jsou využívány různou měrou a mají různé možnosti dalšího vý­voje. Např. v Německu byl v r. 1994/95 potenciál vodní síly využit již asi ze 75 %, zatímco potenciál sluneční energie jen na 2-3 %.

Pro období přechodu od fosilních paliv k plnému využívání obnovitelných zdrojů energie
je velmi důležitá jaderná energie. Proto je v současné době nemyslitelné odstoupení od Jader-
ného programu. Jaderná energie je ovšem 'obnovitelná' pouze s podmínkou, že jako palivo bude využíváno i plutonium, což vzbuzuje určité pochybnosti ve spojitosti s jeho možným použitím v jaderných zbra­ních. Reaktory s jadernou fúzí, které by měly být teoreticky velmi výkonné a neměly by zanechávat prakticky žádný radioaktivní odpad, jsou teprve ve stadiu základního výzkumu a nelze v dohledné době očekávat jejich průmys­lové využití.

Ze skutečně 'obnovitelných' zdrojů se zde budeme zabývat energií sluneční. Jak později ukážeme, je to prakticky nevyčerpatelný zdroj, který nezanechává vůbec žádný odpad a jako primární zdroj poskytuje energii, jež nic nestojí - padá nám v pravém smyslu slova 'z nebe'. Zařízení, která jsou nutná k tomu, abychom mohli tuto energii využít, jsou však dosud poměrně nákladná.

Říká se, že spotřeba energie, především pak energie elektrické, je znakem hospodářského rozvoje a hmotného blahobytu země. Podle úda­jů mezinárodních organizací toto tvrzení skutečně souhlasí.

Podle informací OSN (3) byla v r. 1994 střední spotřeba energie pro celou zeměkouli 2245 kWh na hlavu. To v přepočtu odpovídá tr­valému výkonu asi 250 W na každého člověka.

Rozdíly mezi jednotlivými zeměmi jsou ovšem ohromné: Pro Norsko je to 26 205 kWh, pro USA 12 711 kWh, pro Německo 6528 kWh za rok na jednoho obyvatele, zatímco pro Bangladéš je to pouze 855 kWh a pro Čad dokonce jen 14 kWh/rok/hlavu.
V Africe, Asii a Jižní Americe žije 76 % lidí. Spotřebují však pouze 27 % primární energie a jen 20 % elektrické energie. Podle jiných pramenů (4) je globální roční spotřeba energie 10 až 12 TWroků (TWa). Prognózy dalšího vý­voje se též významně liší, protože mnohé údaje jsou nejisté (např. jak rychle poroste počet obyvatel). V (3) je udáván koeficient 1,1 až 1,9 pro nárůst do r. 2020 ve srovnání s dneškem. To znamená, že do r. 2020 by mohla roční spotřeba stoupnout až na 22 TWa. Počet obyvatel roste zejména v málo rozvinutých zemích, kde je též třeba počítat se zvýšením spotřeby na hlavu. To by bylo při současném využívání primárních zdrojů energie pro trvalý rozvoj na Zemi zce­la neúnosné.

Počet obyvatel roste především v zemích, kde je mnoho slunečního svitu, proto zde má využití obnovitelných zdrojů, tedy slu­neční energie (ale i biomasy, která tam rychle roste) velké per­spektivy. Nicméně, jak uvidíme později, nejsou vyhlídky špatné ani v zemích mírného pásu, tedy i ve Střední Evropě.

2. SLUNEČNÍ ENERGIE

2.1 Původ

Energie slunečního záření má svůj původ v jaderné fúzi, kterou již umíme realizovat i v pozemských podmínkách. Děláme to však zatím pouze v malém měřítku, ve kterém nám ještě nemůže sloužit jako zdroj energie.

Jaderná energie souvisí s vazebnou energií částic v atomových jád­rech. Každé částici v jádře (nukleonu), tj. každému neutronu a kaž­dému protonu přísluší vazebná energie, která se prvek od prvku mě­ní (viz obr.1.) Když se spojí více protonů a neutronů v nějakém jádře, má toto jádro vždy menší hmotnost, než je součet hmotností jeho součástí. Vzniká hmotnostní úbytek. Každé hmotnosti odpovídá podle Einsteina energie E = m.c², kde m značí hmotnost a c rychlost světla ve vakuu. Jádro, které vykazuje hmotnostní úbytek dm, ztratilo tedy energii dm.c², která se uvolní. Při štěpení těžkých atomových jader - např. uranu - vznikají dvě lehčí atomová jádra (plus 2 - 3 neutrony) a výsledná hmotnost je menší než hmotnost původního jádra. Rozdílu odpovídá opět energie dm.c², která se uvolní. Využíváme ji většinou ve formě tepelné energie (je to pře­devším kinetická energie produktů štěpení, určitou část tvoří energie záření).

Obr. 1: Vazebná energie na jeden nukleon jako funkce hmotnostního čísla

Když se naopak spojí dvě lehká jádra v jádro těžší, je rozdíl va­zebných energií na jeden nukleon větší (viz obr. 1), získáme tedy mnohem větší efekty. Proto je energie získaná při jaderné fúzi tak velká. Pro uskutečnění takové reakce je však třeba, aby se lehká jádra srazila s velkou energií (rychlostí), a aby byly překonány od­pudivé síly (jádra mají kladný náboj!). To je možné, je-li teplota velmi vysoká, řádově miliony stupňů. Proto je realizace jaderné fúze v pozemských podmínkách tak obtížná a vyžaduje složité a vel­mi drahé přístroje. Velmi rychle probíhající reakce, uvolňující najednou obrovské množství energie, byla realizována ve vodíkové bombě. Vysoké teploty je zde dosahováno použitím 'normální' atomo­vé bomby jako jakési rozbušky.

Díky příznivým podmínkám probíhají podobné reakce na Slunci samovolně. Nejčastějšími prvky na Slunci jsou vodík (81 objem. %) a helium (18 objem. %). Teplota na povrchu Slunce je zhruba 6000 K, uvnitř však dosahuje hodnoty více než 15 mil. K. Hmota na Slunci exis­tuje v podmínkách extrémně vysokých tlaků, atomy jsou pouhá atomo­vá jádra bez elektronového obalu. Podmínky pro jadernou fúzi vodí­ku a helia a tvoření těžších prvků (např. lithia a jiných) jsou splněny. Dochází přitom ke zmíněnému hmotnostnímu úbytku - je uvolňována energie. Každou vteřinu ztrácí Slunce hmotnost 6 milionů tun! To odpovídá energii 4,5.10²⁶ Joule. Za rok to reprezen­tuje energii 10⁷ TWa (viz přehled jednotek energie). Slunce má přitom zářit ještě asi 5 miliard let.

2.2 Sluneční záření na povrchu Země

Na povrch Země dopadá přirozeně jen malá část této energie. V dů­sledku vzdálenosti Země od Slunce je faktor oslabení 2,18.10^-5. Výkon dopadající na čtvereční metr vně atmosféry je asi 1,35 kW/m², na povrchu je to zhruba 1 kW/m², liší se však podle po­lohy místa. Závisí přirozeně též na aktuálních povětrnostních pod­mínkách. Efekty, o kterých budeme dále mluvit, jsou ovlivněny i tím, zda se v daném případě jedná o přímé ozáření nebo záření difuzní,rozptýlené na mracích.

Dopadající energie je tedy energie záření, světlo, které má zhruba složení záření černého tělesa s teplotou 6000 K (energii různých nabitých částic, které Slunce též vyzařuje, můžeme v této souvis­losti zanedbat). Má infračervenou část (tepelné záření s vlnovou délkou nad 780 nm, 620 W/m²), viditelnou část (vlnové délky 380 - 780 nm, 640 W/m²) a ultrafialovou část (do 380 nm, 95 W/m²). Průchod světla atmosférou mění nejen jeho intenzitu, ale ovlivňuje i jeho spektrální složení, protože na částečkách vzduchu dochází k rozptylu a absorpci.
Tak se objevují např. absorpční pásy O₂ , N₂ , O₃ a vodní páry (ozon O₃ absorbuje totálně záření s vlnovou délkou pod 290 nm).
Pásy způsobené absorpcí spojenou s vybuzením rotačně vibračních stavů molekul leží převážně v infračervené ob­lasti. Aby bylo možno v hrubých rysech charakterizovat skutečné podmínky, zavádí se veličina AM (air mass, tj. vliv vzduchové vrs­tvy), která popisuje v daném případě vliv atmosféry: AM 0 znamená záření, které ještě neprošlo atmosférou, AM 1 záření, které prošlo atmosférou kolmo, tj. proniklo celou vrstvou atmosféry. AM 1,5 znamená záření, které prošlo atmosférou po dráze, která je 1,5krát větší než její tloušťka. Pro difuzní záření se často bere AM 1,5 jako střední hodnota. Obr. 2 ukazuje rozdíly mezi AM 0 a AM 2 v porovnání s křivkou záření absolutně černého tělesa.

Obr. 2: Spektrální složení slunečního záření pro AM 0 a AM 2

Intenzita záření se nemění pouze v závislosti na místě. Ještě vý­znamnější jsou její časové změny během dne a roku. Střední ener­gie, která dopadne v naší zeměpisné šířce na 1 m² povrchu, činí v průměru 1028,6 kWh/m². Ve Španělsku je 1,7krát a na Sahaře 2,5krát větší. Přehled rozdělení na celém světě uvádí obr. 3.

Obr. 3: Sluneční záření v kWh/m dopadající na vodorovnou plochu na různá místa zemského povrchu za jeden rok.

Tato okolnost je pro využití sluneční energie neobyčejně významná. Znamená totiž, že zdroj neposkytuje konstantní tok energie. Přitom velká část energie, kterou spotřebováváme, je určena pro vytápění a osvětlování. Potřebujeme ji tedy zejména v zimě a v noci, tj. právě tehdy, když slunce nesvítí. To znamená, že prvořadým úkolem bude vyřešit problém ukládání – střádání(akumulace)energie. Jak uvidíme dále, používáme buď přímo tepelnou energii nebo různými přeměnami vznik­lou energii elektrickou. To znamená, že možnosti ukládání se musí týkat právě těchto forem energie.

3. FYZIKÁLNÍ PRINCIPY VYUŽITÍ SLUNEČNÍ ENERGIE

3.1 Nepřímé a přímé využití sluneční energie

Ačkoliv se v této kapitole budeme zabývat především přímým využitím sluneční energie, zmíníme se krátce i o jejím nepřímém využití.

Lze říci, že téměř ve všech ostatních formách primární energie, které využíváme, je sluneční energie nějak 'schovaná'. Fosilní pa­liva, uhlí, ropa a zemní plyn v sobě uložily energii ze Slunce formou fotosyntézy a následných chemických reakcí a přeměnily ji tak v energii chemickou. Proces ukládání trval miliony let a byl před miliony let prakticky ukončen. Hrozí, že to, co bylo shromaž­ďováno miliony let, využijeme nyní během několika málo stovek let.
V této souvislosti je ovšem třeba zdůraznit, že proces, kterým rostliny ukládají energii, v nich probíhá i nyní a je tedy možné využít 'biomasu' tak, že ji užijeme buď přímo jako palivo, nebo - podobně jako příroda - vytvoříme z ní vhodnými procesy plyn - bioplyn - který má podobné využití jako zemní plyn. CO₂ vznika­jící spálením biomasy se spotřebovává při další fotosyntéze a at­mosféru tedy prakticky nezatěžuje.

Vodní elektrárny využívají potenciální nebo kinetickou energii vo­dy, která se právě v důsledku slunečního záření dostala díky vypa­ření a následujícím srážkám do vyšších poloh. I vítr vane v dů­sledku rozdílů teploty vyvolaných slunečním zářením. Dokonce i ja­derná energie souvisí - byť nepřímo - s procesy probíhajícími ve Slunci a jiných hvězdách, neboť díky jim se vytvořily těžší prvky, které nyní umíme štěpit. To je ovšem již velmi složitá souvislost, kterou za nepřímé využití sluneční energie nepovažujeme. Zde se o této okolnosti zmiňujeme spíše proto, abychom poukázali na vzá­jemnou provázanost přírodních jevů.

Přímo se využívá, jak jsme se již zmínili, tepelná energie sluneč­ního záření a zářivá energie, která se mění na energii elektric­kou.

V prvním případě zahřívá sluneční teplo kapalinu, která se pak vy­užívá přímo, nebo ohřívá ve výměníku tepla jinou kapalinu, která pak proudí např. v ústředním topení. Může se ovšem použít i k vytváření velmi vysokých teplot, které jsou nutné pro různé techno­logické procesy. K přímému využití je možné zařadit i tzv. využití 'pasivní', které se realizuje především vhodnou konstrukcí budov ('solární architektura'), modifikací jejich větrání, využitím odpadního tepla atd.

Může se využít i tepla okolí, vzduchu, vody apod., což ovšem není tak jednoduché. K tomuto účelu se konstruují tzv. 'tepelná čerpad­la', která umožňují využít i teplo při nízké teplotě. Při tom je sice nutno vynaložit určitou energii, ale energie získaná je pak dvakrát až třikrát větší. Tepelná čerpadla pracují na podobném principu jako chladnička, jenže využívají tu část procesu, při níž se teplo uvolňuje. V rámci této brožurky se tímto zajímavým téma­tem nemůžeme blíže zabývat.

V druhém případě se energie slunečního záření mění přímo na ener­gii elektrickou pomocí tzv. fotovoltaického jevu. Tento jev objas­níme blíže v další části.

3.2 Sluneční kolektory

3.2.1 Ploché sluneční kolektory

Uspořádání, sloužící k přímému využití slunečního tepla, nazýváme kolektor (sluneční neboli solární kolektor). Podmínky, které je nutno splnit pro dosažení jeho dobré efektivity, jsou:

1) sluneční záření musí být podle možnosti úplně absorbováno, tj. nesmí se na povrchu odrážet a musí se v absorpční vrstvě totálně změnit v tep­lo, 2) energie přeměněná v teplo se nesmí zpětně vyzářit, 3) teplo se musí co nejdokonaleji předat teplonosné kapalině, 4) je nutno vyhnout se ztrátám tepla vedením a prouděním.

To znamená, že velmi důležité jsou optické vlastnosti kolektoru. Koeficient odrazu musí být pro celé sluneční spektrum velmi malý a absorpční koeficient absorbéru naopak co nejvyšší. Ve videoprogramu je možné vidět principiální konstrukci kolektoru. Horní deska je často opatřena antireflexní vrstvou, jakou známe i z jiných optických přístrojů (např. objektivů fotoaparátů, dalekohledů apod.). Absor­bér se musí chovat jako 'černé těleso', tj. musí absorbovat vše­chny vlnové délky záření. Horní vrstva musí zároveň zamezit opět­nému vyzáření tepelné energie vzniklé v kolektoru do okolí, musí mít tedy velký koeficient odrazu pro dlouhovlnné záření vycházejí­cí z vnitřku kolektoru. Pro tento účel byly vyvinuty speciální systémy, které ve velké míře splňují tyto podmínky. Velmi podrobné zpracování těchto otázek lze nalézt v literatuře např. (6). Obr. 4 ukazuje některá možná řešení.

Obr. 4: Různé způsoby zvýšení selektivní absorpce slunečního záření

Jak je vidět z obrázků ve videoprogramu, je k absorpční vrstvě těs­ně připevněna trubice, kterou proudí teplonosná kapalina (např. je přivařena nebo absorbér může být ovinut kolem trubek), aby se co nejvíce omezily ztráty při přenosu tepla. Celý systém musí být od okolí dobře tepelně izolován, přičemž zdola a ze stran je izolace neprůhledná, nahoře však musí být dokonale průhledná.

3.2.2 Kolektory s koncentrací záření

Jak jsme již uvedli, je hustota záření na zemském povrchu po­měrně nízká. Pro dosažení větších efektů se tedy používá koncen­trace záření. K tomu slouží různé tvary zrcadel, z nichž některé jsou v programu uvedeny. Převážně to bývají parabolická zrcadla, buď rotační paraboloidy nebo parabolické žlaby. V ohnisku (ohnis­kové čáře) je umístěn element s teplonosnou kapalinou, která má být zahřívaná.

Je třeba respektovat pohyb Slunce během dne i roku, zrcadla proto bývají často pohyblivá a sledují automaticky pohyb Slunce, aby trubka s kapalinou byla stále v ohnisku. To přirozeně znamená zdražení systému.

3.2.3 Heliostaty, sluneční pece

Je možno použít i systémy složené z velkého počtu plochých zrcadel (heliostaty), které jsou uspořádány tak, že během dne se odražené sluneční záření fokusuje vždy do téhož místa, ve kterém je nádoba s kapalinou. V ohnisku mohou vznikat velmi vysoké teploty, takže tam může vznikat pára o vysokém tlaku, která se pak využije v normální parní elektrárně.
(Celý tento proces je na snímku patrný). Vysoké teploty mohou být použity i pro jiné vysokoteplotní technologické procesy. Ve všech těchto případech mluvíme o sluneční peci.

3.2.4 Ukládání tepelné energie

Tepelná energie získaná ze Slunce může být využívána přímo, např. ve formě teplé vody ke sprchování, v pla­veckých bazénech apod., v mnoha případech je však nutné uchovat ji pro večer a pro chladnější období. To lze uskutečnit tak, že se zásoba teplé vody z kolektorů uloží v dobře izolovaném zásobníku a použi­je se později. Pro uchování většího množství vody se staví spe­ciální podzemní nádrže pod domy s objemem mnoha m³ , které pak mo­hou dodávat teplou vodu po mnoho dní. Voda má poměrně velké měrné teplo, a proto je tepelná kapacita takové nádrže velká. Používají se i jiné systémy, jako např. podzemní nádrže se štěrkem, ze kterých se pak teplo získává proháněním vzduchu.

Velmi efektivní způsob ukládání zářivé energie Slunce realizují zelené rostliny pomocí fotosyntézy. K této otázce se vrátíme ještě později (kap. 3.3.4).

3.3 Fotovoltaika

Elektřina je velmi výhodnou formou energie, která se využívá pro mnoho účelů a lze ji dobře transportovat na velké vzdálenosti. Proto je přímá přeměna sluneční energie na energii elektrickou velmi atraktivní možností. Realizuje se pomocí jednoho z fotoefek­tů, tzv. fotovoltaického jevu.

3.3.1 Princip

Existují tři různé fotoefekty: vnější fotoefekt - fotoemise, vnitř­ní fotoefekt - fotovodivost a fotovoltaický efekt. Ve všech těchto případech se jedná o absorpci energie světelného kvanta (fotonu), která se předá elektronu - většinou v pevné látce. V prvním přípa­dě slouží získaná energie elektronu k překonání výstupní práce látky a vzniká možnost, že elektron je z látky emitován. Efektivi­ta tohoto procesu je velmi nízká, takže pro přímou přeměnu energie záření na elektřinu nepřichází prakticky v úvahu. Tento proces je ovšem použí­ván k jiným účelům, např. registrace a měření světla, fotoelektronová spektroskopie atd. Druhý efekt spočívá v tom, že elektrony váza­né v látce jsou absorpcí světla převedeny do stavu volných vodi­vostních elektronů. Tím se zvyšuje vodivost materiálu. I tento efekt má řadu důležitých aplikací (fotoodpory, snímací televizní elektronky, rozmnožovací přístroje atd.), ale ani on se nehodí pro energetické účely. Ze tří uvedených jevů je tedy pro přímou přemě­nu zářivé energie na elektrickou vhodný pouze třetí - fotovoltaický jev.

Abychom procesy, které přitom probíhají, lépe pochopili, vyjdeme z tzv. pásového modelu pevných látek. Ten nám umožní si znázornit energie elektronů v pevné látce a jejich změny. Prakticky používa­ný fotovoltaický jev nastává na tzv. p-n přechodu. Ve videoprogra­mu je naznačeno, jak vzniká polovodičový materiál (v tomto případě křemík) s vodivostí n (vodivost zprostředkují negativní částice - elektrony) a s vodivostí p (vodivost zprostředkují kladné - pozitivní částice, tzv. díry) a jak spojením obou typů vzniká přechod p-n. Ten je pro vznik fotovoltaického jevu podstatný. Na něm dojde k vytvoření rozdílu potenciálů, tzv. difuzního potenciálu U_d. Při spojení obou typů materiálu dochází k přechodu nosičů. Negativní elektrony, kterých je mnoho v materiálu n a málo v materiálu p, přecházejí díky tomuto rozdílu koncentrací do p a u kladných děr je tomu na­opak. Materiál typu p se tedy nabíjí záporně, materiál n kladně. To pokračuje tak dlouho, až při zcela určité hodnotě U_d nastane rovnováha. Hodnoty U_d jsou většinou menší než 1 V.

V oblasti p-n přechodu se tedy potenciál mění, existuje tam elek­trické pole. Když je v látce absorbován foton a předá svou energii některému z elektronů, převede ho ze základního pásu (s nižší energií) do vodivostního pásu (s vyšší energií). Ve vodivostním pásu tedy přibude elektron a v základním pásu vznikne díra, která se chová jako kladná částice. Pokud se proces odehraje v ob­lasti přechodu, bude na obě částice působit v tomto místě existující elek­trické pole, které oba náboje díky jejich opačnému znaménku od se­be rozdělí: elektron se bude pohybovat směrem ke kladné části, dí­ra směrem k záporné. Pokud bude takových procesů probíhat mnoho, vznikne při uzavřeném vnějším okruhu elektrický proud úměrný počtu absorbovaných světelných kvant. Je-li vnější okruh otevřen, namě­říme mezi oběma částmi polovodiče fotovoltaické napětí. Z toho, co bylo řečeno, vyplývá, že je opačného směru než U_d, ale nemůže být větší, neboť pak totiž zmizí síla, která náboje od sebe odděluje.
V důsledku této okolnosti ma­jí fotovoltaická napětí vesměs malé hodnoty, většinou jsou menší než 1 V. To je bohužel nepříznivé pro jejich aplikace.

3.3.2 Křemíkové solární články, solární panely

Popsané procesy se realizují v slunečních ne­boli solárních článcích. Ty jsou dosud vyráběny většinou z křemíku, pro­tože to je materiál, jehož technologie byla pro účely mikroelek­troniky velmi podrobně propracovaná a může být ve značné míře pou­žita i pro sluneční články. Fotoelektrické parametry křemíku jsou pro tento účel též vhodné. Šířka zakázaného pásu E_g (tj. energe­tický interval mezi základním a vodivostním pásem, přes který elektrony při excitaci světlem přecházejí) je zhruba 1,2 eV. V následujícím odstavci uvedeme i další materiály, jež přicháze­jí v úvahu.

Přechod p-n nelze realizovat tak, že by se dva kousky materiálu s opačným typem vodivosti prostě přitiskly k sobě. Pro funkci článku je důležité, aby krystalová mřížka byla v oblasti přechodu co nejdokonalejší, a aby obsahovala co nejméně poruch. Kdyby tomu tak nebylo, nosiče proudu - elektrony a díry - by se na nich na­vzájem opět spojily, tj. zmizely by. Tento proces, který nazýváme rekombinací, by fotoelektrický efekt znemožnil. Přechody p - n se proto většinou vytvářejí z monokrystalu, do jehož částí se pomocí difuze zavedou příměsi způsobující opačný typ vodivosti. O jiných možnostech se zmíníme později.

Když má solární článek fungovat, musí se světlo absorbovat v oblasti přechodu nebo v jeho bezprostřední blízkosti. Měl by přitom mít velkou plochu, aby zachytil co nejvíce záření. Tento problém byl vyřešen tak, že přechod leží v rovině rovnoběžné s povrchem. Světlo tedy musí projít materiálem jednoho typu vodivosti, aby se dostalo do oblasti přechodu. To znamená, že tato vrstva musí být poměrně tenká a kontakt na jejím povrchu co nejprůhlednější. Spodní vrstva je kompaktní a nese druhý kontakt. Schematicky je to znázorněno na obr. 5.

Obr. 5: Schematické znázornění křemíkového solárního článku (p a n⁺ znamená oblasti
s velkou koncentrací příměsí, které mají zajistit dobrý kontakt)

Účinnost (efektivita) takových článků z monokrystalického křemíku je asi 15 %.
Byly dosaženy už i rekordní hodnoty 20 % (7). Tyto články jsou však dosud poměrně drahé. Podle technologie používané v mikroelektronice jsou taženy velmi čisté válcovité monokrys- taly Si obsahující velmi málo poruch, z nich se vyřezávají destičky (tloušťky 250 - 350 mm), které jsou pak dále zpracovávány (leptá­ním, difuzí příměsí, nanášením kontaktů atd.). Při řezání se však mnoho cenného materiálu ztratí a články jsou mnohem tlustší, než je pro jejich funkci nutné. Proto jsou hledány jiné metody pěsto­vání monokrystalů, při nichž se z taveniny táhnou přímo tenké plátky křemíku. Avšak i při této metodě jsou křemíkové vrstvy ješ­tě zbytečně tlusté. Kromě toho bývají spíše polykrystalické než monokrystalické. Je ovšem možné volit takový tvar mikrokrystalů v nich, že rozhraní mezi jednotlivými zrny účinnost příliš neo­vlivní.

Řešením je napařování nebo jiná metoda depozice tenkých vrstev, např. různé druhy katodového naprašování nebo chemické metody na­nášení (zejména tzv. CVD - Chemical Vapor Deposition - chemická depozice z plynné fáze) tenkých křemíkových vrstev na vhodné pod­ložky, tedy výroba tzv. tenkovrstvových článků. Ty mohou mít též mnohem větší plochy. Při tomto procesu vzniká však obyčejně - pod­le podmínek depozice - polykrystalická nebo amorfní vrstva. V po­sledních letech se těmto článkům věnuje velká pozornost, protože vysoká cena klasických článků je jednou z největších zábran pro jejich širší využití. Mikrokrystalické (mc-Si) a amorfní (a-Si) křemíkové články nedosahují sice tak vysoké efektivity, ale jsou mnohem lacinější. Vyskytuje se však u nich problém, že nejsou zcela stabilní, zejména při ozáření (označuje se to jako foto­desintegrace). Amorfní články jsou většinou nasyceny vodíkem, kte­rý váže nenasycené vazby v amorfním materiálu a tak zlepšuje elek­trické parametry. Označují se a-Si:H. V posledních letech (8) byly částečně i pomocí kombinace vrstev mc a a - Si:H v tomto směru získány nadějné výsledky. (Některé laboratoře v Japonsku a USA dosáhly stabilních hodnot účinnosti 10 - 13 %.)

Používají se též amorfní články s poměrně 'tlustou' vrstvou vyso­koohmového křemíku - i-Si (i znamená intrinsický, tj. bez přímě­sí). Schéma takového článku ukazuje obr. 6. Světlo zde může být absorbováno ve větší tloušťce materiálu a vzbuzené elektrony (kte­rých je proto více) pak do oblasti přechodu difundují. (V materiá­lu bez příměsí je jejich 'difuzní délka', tj. vzdálenost, do které v materiálu mohou dospět, aniž by rekombinovaly, mnohem delší).

Obr. 6: Solární článek p-i-n z amorfního křemíku, ITO je průhledná vodivá vrstva,
SS - spodní kontakt

Již jsme řekli, že napětí článků je prakticky menší než 1 V. Pro aplikace potřebujeme obyčejně větší napětí a též větší proudy, než je možno odebírat z jednoho článku. Proto se kombinuje větší počet článků do tzv. solárních panelů, kde jsou zapojeny paralelně nebo sériově anebo v různých kombinacích obou. Tím lze též vytvořit sys­témy s větší plochou.
Když jsou vyžadovány větší výkony, používají se celá 'pole' takových panelů ( pole je možné vidět i na videu).

Problém efektivity jednotlivých článků je však zcela prvořadý. Existují možnosti, jak ji zvýšit. Lze změnit konstrukci člán­ku, použít koncentraci světla, zapojit nové materiály nebo dokonce i nové principy přeměny zářivé energie na elektřinu.

3.3.3 Zvýšení účinnosti solárních článků

Jednou cestou zvýšení efektivity je změna konstrukce článku. První podmínku, tj. pokud možno úplné proniknutí záření do článku, lze splnit pomocí antireflexní vrstvy (vrstva je naznačena na obr. 5). Jinou možnost skýtá použití speciálního tvaru povrchu, zaručujícího vícenásobný odraz, který zavede nakonec paprsek většinou dovnitř materiálu (viz obr. 7, systém 'obrácených pyramid').

Obr.7: Zmenšení efektu odrazu na povrchu změnou jeho tvaru, (100) a ( 111)v levé
části obrázku jsou krystalografické směry v monokrystalickém křemíku.

Odstínění části světla horním kontaktem lze odstranit konstrukcí, při níž se oba kontakty nacházejí na zadní straně (článek s bodovým kontaktem) atd.

Existuje již celá řada různých konstrukcí. Některé z nich uvádí obr. 8.

Obr. 8: Konstrukce ke zvýšení účinnosti článků (podle (9)):

a) Článek s bodovými kontakty bez odstínění přední strany. Kontakty p a n jsou na zadní straně. Dosažená účinnost je 21 %.

b) Velký průřez kontaktu při malém odstínění pomocí 'příkopů' vytvořených laserem zlepšuje účinnost.

c) Článek zvaný PERL s účinností až 24 % podle Greena.

Je výhodné sbírat záření z plochy, která je větší než plocha samotného článku, metodou koncentrace záření. Obr. 9 ukazuje některé možnosti realizace tohoto principu.

Obr.9: Možnosti koncentrace světla: a) sférická čočka, b) lineárně fokusující Fresnelova čočka, c) sférické zrcadlo, d) lineárně fo­kusující zrcadlo.

Byly přirozeně vyzkoušeny i mnohé jiné polovodiče a jejich kombinace s cílem získat článek s větší efektivitou. Pokrok byl umožněn roz­vojem technologie tenkých vrstev. Ta totiž vypracovala metody, jak vytvářet velmi dobře definované vrstvy (s definovaným chemickým složením, krystalovou strukturou, tloušťkou atd.) a vícevrstvové systémy. Takové 'epitaxní' systémy (tj. monokrystalické, skládají­cí se z většího počtu na sobě ležících vrstev s minimální koncen­trací poruch na rozhraních) umožnily realizovat i tzv. 'hetero­přechody', tj. přechody, u nichž materiály typu p a typu n jsou chemicky různé látky, a též složitější systémy s větším počtem vrstev.

Existuje skupina článků, která využívá různé sloučeniny prvků Cd, Se, S, In atd., tedy prvky ze II. a VI. skupiny Mendělejevovy ta­bulky (viz příklad na obr. 10). Tak byla např. pro článek se slo­žením Cu(In,Ga)Se₂/CdS/ZnO naměřena účinnost 17,7 % (8), pro CuInSe₂/CdS/ZnS - účinnost 15,3 %.

Obr.10: Schematické znázornění efektivního článku s CuInSe (TCO označuje průhledný vodivý oxid)

V systémech z většího počtu na sobě ležících vrstev s různou šířkou zakázaného pásu (tande- mových strukturách) mohou vznikat vnitřní pole, která ovlivňují pohyb nosičů náboje, i další
efekty. Některé z nich uvedeme.

Materiály s velmi dobrou perspektivou jsou GaAs a z něho odvozené další sloučeniny. Mono- krystalické epitaxní tenkovrstvové systémy z těchto materiálů na lehkých tenkých(80 mm) germaniových podlož­kách jsou často užívány v kosmických solárních systémech. Výhodná je přitom jejich odolnost proti účinkům vysoce energetického záře­ní a vysoká účinnost.
Různé laboratoře uvádějí hodnoty 24 %, někdy do­konce až přes 30 %. Pro pozemské aplikace jsou však tyto články zatím příliš drahé.

Velmi důležitá je možnost vytvářet použitím jiných prvků ze III. a V. skupiny (např. Al, In, P) ternární a kvaternární (tj. složené ze tří resp. čtyř prvků) heterosystémy se shodnými nebo alespoň téměř shodnými mřížkovými konstantami.
Krystaly takových sloučenin na sobě vzájemně dobře rostou a přitom je možné prakticky spojitě měnit šířku jejich zakázaného pásu pomocí chemického složení. Ma­teriály s různě širokým zakázaným pásem absorbují světlo až do růz­ných vlnových délek, takže pomocí takové tandemové struktury lze dobře využít celé sluneční spektrum, jak to znázorňuje obr. 11. (Aby světlo mohlo být absorbováno a vybudit elektron, musí být energie jeho kvanta alespoň rovna šířce zakázaného pásu E_g.) Na obr.12 jsou uvedeny prakticky použité materiály takového systému.

Obr. 11: a) Schematické znázornění absorpce slunečního spektra AM 2, b) uspořádání monolitické tandemové struktury.

Obr. 12: Tandemový solární článek s ternárními sloučeninami typu III – V.

Pomocí takových článků lze dosahovat účinností až přes 30 %. (Po­dle (8) 30,3 % pro GaInP/GaAs). U těchto článků je nepříjemné, že některé v nich používané látky jsou jedovaté (např. As, Cd).

U galium-arsenidových a jim podobných článků je výhodné využití koncentrace záření. Vedle možností znázorněných na obr. 9 se pou­žívají též dielektrické systémy s totálním odrazem a systémy s li­neárně fokusujícími Fresnelovými čočkami znázorněné na obr. 13. Koncentrace záření má nejen ten důsledek, že se využije energie z větší plochy, ale při zvýšené koncentraci nosičů náboje se mohou projevit i další fyzikální efekty: Sériový odpor článku vždy sni­žuje účinnost. Při velkých koncentracích nosičů se vodivost zvyšu­je, sériový odpor článku tedy klesá a účinnost se zlepšuje. Je o­vlivněna i rekombinace nosičů, může se zvýšit napětí článků na­ prázdno (tj. bez zatížení) a fotoproud může s tokem světelných kvant růst rychleji než lineárně.

Obr. 13: a) Dielektrický totálně reflektující koncentrátor.

b) Použití fokusující Fresnelovy čočky a sekundárního koncentrátoru.

Uvedeme zde i jinou možnost koncentrace světla, která je důležitá zejména pro případ difuzního záření, jenž je v našich zeměpisných šířkách velmi častý. Je to koncentrace s využitím fluorescence. Princip je patrný z obr. 14: světlo dopadá (shora) na plochu opa­třenou antireflexní vrstvou a proniká do oblasti, která obsahuje barvivo (např. rhodamin) rozpuštěné ve velkoplošné akrylové desce. Když se foton absorbuje v barvivu, vyvolá tam fluorescenci. Stěny jsou opatřeny zrcadlovou vrstvou, takže vzniklé záření se ještě mnohonásobně odrazí než dopadne na pravou stěnu, kde jsou umístěny solární články. Tak mohou být využity mnohé fotony, které dopadají na desku pod nejrůznějšími úhly.

Obr. 14: Koncentrátor využívající fluorescenci.

Je ovšem třeba říci, že složitost vícevrstvých struktur a použití systémů pro koncentraci světla, které vedou k nejvyšším dosaženým účinnostem, prozatím technologii značně prodražují.

3.3.4 Jiné možnosti přímé přeměny energie

K přeměně energie mohou být využity i jiné fyzikální procesy než popsaný fotovoltaický jev. Z nich zde zmíníme pouze princip tzv. injekčního článku. Ten je vlastně podobný způsobu, pomocí něhož využívají sluneční energii rostliny při fotosyntéze. Jak efektivní je tato metoda, vidíme z toho, že podíl energie uložené na Zemi za rok pomocí fotosyntézy činí asi 3000 exajoulů (tedy zhruba deset­krát více, než je celková spotřeba energie - odpovídá to výkonu 95 TW). Mohlo by se tedy vyplatit, zkusit něco takového napodobit.

Proces se realizuje v tzv. nanokrystalickém injekčním článku (10). Obr.15 ukazuje jeho princip. Fotony vybudí v barvivu (používají se komplexy ruthenia) elektron do vyššího stavu označeného F^* (a) a ten pak přechází do polovodiče (TiO₂) přes (b, c). Vnějším okruhem přejde do protější elektrody a odtud do elektrolytu (d), kde se podílí na oxidačně-redukční (redox) reakci. Touto se navrá­tí zpět do barviva (e). Napětí článku je V (viz obrázek). Polovodič TiO₂ má velkou šířku zakázaného pásu (3,2 eV) a sám není fo­tocitlivý. Aby se zajistil efektivní přechod elektronů z barviva (senzibilizátoru) do polovodiče, musí mezi nimi být velmi těsný kontakt - barvivo musí být na polovodiči přímo adsorbováno. Pro dosažení velkých efektů je nutno zajistit velkou plochu rozhraní. Proto je TiO₂ ve tvaru velmi malých krystalů, tzv. nanokrystalů (10 - 30 nm). Redox systém tvoří kapalný systém jodidu-trijodidu nebo polovodič s děrovou vodivostí (tj. polovodič typu p). Zatím dosažené účinnosti jsou 9 - 11 %, časová stabilita je velmi dobrá. Zlepšení by se mohlo dosáhnout rozšířením citlivosti do infra­červeného oboru. Velkou předností je, že všechny součásti jsou levné a nejedovaté.

Obr. 15: Znázornění funkce injekčního solárního článku.

3.3.5 Ukládání elektrické energie

Jak jsme se již zmínili, je vyřešení problému ukládání elektrické energie ve spojitosti s jejím získáváním z energie sluneční neobyčejně důležité. Jedna cesta vede přes elektrochemické akumulátory (o nich viz více v (1)). Ačkoliv moderní akumulátory mají větší kapacity a životnosti než klasické olověné akumulátory, stále ještě jejich parametry nestačí k ukládání velkých množství energie. Prvních úspěchů bylo dosaženo u elektromobilů.

Hledají se tedy nové možnosti. Jednou z nich je tzv. vodíkové hos­podářství, jehož princip je naznačen ve videosnímku: elektrická energie získaná z energie sluneční se použije
k elektrolýze vody a vzniklý vodík funguje jako nosič energie. Je to nyní opět chemická energie, která se střádá a kterou je možno následně pře­měnit spálením vodíku v energii tepelnou nebo v tzv. elektroche­mických palivových článcích přímo v energii elektrickou.
V tomto případě se netransportuje elektrická energie, ale vodík. Ve videopořadu je ukázáno, jak probíhají jednotlivé přeměny a k jakým účelům lze vodík využít.

Předpokládá se, že by se vodík mohl dopravovat v potrubí podobně jako zemní plyn, dokonce by se stávající potrubí mohla k tomuto účelu využít. Přirozeně při neopatrném zacházení hrozí nebezpečí výbuchu. Toto nebezpečí hrozí ovšem i u zemního plynu, i když v poněkud menší míře (vodík je součástí zemního plynu). Hranice koncentrací směsi se vzduchem, při kterých vodík hoří, jsou značně široké (13).

Též byly vyvinuty vodíkové motory, které jsou z hlediska životního prostředí naprosto nezávadné, protože odpadem při jejich funkci je pouze voda. K tomuto účelu je ale nutno mít možnost vodík 'natan­kovat', tj. vzít ho s sebou dostatečné množství. Obsah energie v něm je vysoký - pro kapalný vodík při nízké teplotě (-253^o C) je to 141 MJ/kg, tj. 10 MJ/litr.
Vodík v plynné formě není použitel­ný. Je třeba ho silně stlačit a zkapalnit. To znamená, že musí být ve velmi pevných vysokotlakých nádobách. Takové nádoby jsou však těžké, nádoba je mnohokrát těžší než palivo, které obsahu­je. To je přirozeně pro vozidla nevýhodné.

Existuje ještě jiná možnost, jak skladovat vodík. Některé kovové hydridy mohou totiž obsaho- vat velké množství vodíku, který z nich lze uvolnit zahřátím. K tomuto účelu se používají zejména slitiny více kovů, např. TiFe, TiZrFeCrMn, LaNiMg atd.
Hydrid v poslední z uvedených slitin má obsah energie až kolem 9 MJ/kg neboli až 20 MJ/l. (Pro srovnání: akumulátorová baterie má asi 0,2 - 0,3 MJ/l (13) ). Takovéto systémy jsou v současné době zkoušeny v po­kusných elektromobilech.

4. VYUŽITÍ SLUNEČNÍ ENERGIE

Během minulých kapitol jsme již mnohokrát poukázali na praktické aplikace.
Sluneční kolektory se již poměrně dlouho využívají k přípravě teplé vody a k vytápění. To může být spojeno se speci­álními opatřeními v budovách. Tzv. solární architektura se stará o optimální orientaci budov, o co nejlepší tepelnou izolaci stěn, oken a střechy, o znovuzískávání odpadního tepla. Tato opatření jsou kombinována se slunečními kolektory a panely na střeše (so­lární střešní tašky) a na stěnách (solární fasády). Ukládání tepla v podzemních nádržích a použití tepelných čerpadel může společně s ostatními zmíněnými metodami vést až k domu
's nulovou spotřebou energie', lépe řečeno domu nezávislému na dodávkách energie z vnějších zdrojů.

Použití solárních článků a panelů je rozšířeno již v mnoha smě­rech. Využívají se nejen v hodinkách, kalkulačkách a podobných malých mobilních přístrojích, ale i ve veřejném osvětlení a signalizaci, telekomu­nikacích, majácích, vodních čerpadlech, zajišťování spotřeby elek­třiny na osamělých místech a v neposlední řadě na vesmírných lo­dích a družicích. Použití elektromobilů je ve zkušebním stadiu. Existují solární elektrárny, které dodávají energii do veřejné sí­tě. Např. v USA byly v r. 1997 zařazeny 2 MW. Každým rokem tam vzniká okolo 100 takových zařízení. Těžiště leží přirozeně ve stá­tech se silným slunečním svitem (zejména Kalifornie), ale investu­je se i v severních státech (11). Ve Švýcarsku má být v rámci programu Energie 2000 instalován výkon 50 MW, tj. desetkrát více než existuje dnes (12). Z obr. 16 je patrné, jak byl rozdělen po­čet a výkon solárních zařízení ve Švýcarsku v r. 1995. Obr. 17 znázorňuje, jak velmi malý je v současnosti podíl fotovoltaiky na výrobě elektrické energie, a jak málo je potenciál tohoto zdroje využit.

Obr. 16: Nová fotovoltaická zařízení instalovaná ve Švýcarsku v r. 1995.

Obr. 17: Vlevo je znázorněn podíl fotovoltaiky na celkové spotřebě elektrické energie ve Švýcarsku. Vpravo je celková roční spotřeba jako malá špička na pyramidě, která znázorňuje energii slunečního záření dopadající za rok na území Švý­carska.

Často slyšíme, že investice do fotovoltaiky jsou příliš vysoké. Ceny však neustále klesají. Ve srovnání se sedmdesátými léty se fotovoltaika stala desetkrát levnější. S rozšířením masové výroby budou ceny dále klesat. Obr. 18 ukazuje předpověď (12), jak se budou v dalších letech vyvíjet investiční náklady fotovoltaických zařízení. Horní křivka odpovídá předpokladu, že vše se bude vyvíjet jako dosud, dolní křivka ukazuje totéž za předpokladu, že se uskuteční zamýšlený podpůrný projekt (SMUD). Je patrné, že v obou případech by měly investiční náklady dosáhnout již v prvních letech 21. století hodnot, které zajišťují konkurenceschopnost.

Obr. 18: Předpověď investičních nákladů na fotovoltaická zařízení.

Kromě toho je nutné uvážit, že při srovnání s konvenčními elek­trárnami nejsou dostatečně započteny skutečné náklady na likvidaci odpadů (u jaderných elektráren kromě jaderných odpadů i likvidaci samotných elek­tráren po skončení jejich životnosti), cena poškození životního prostředí a celkového ohrožení, které většinou nelze penězi vůbec vyjádřit. V každém případě budoucnost náleží obnovitelným zdrojům energie a mezi nimi bude sluneční energie jistě hrát významnou roli.

LITERATURA

(1) Zdroje elektrické energie, videoprogram, Videotéka ČEZ 1998

(2) Energie Spektrum, 1997, č. 12, s. 16

(3) Bulletin SEV/VSE, 1997, č. 24, s. 54

(4) Vollmer H., Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 1997, č. 1/2, s. 12

(5) Using Energy in an Intelligent Way, edit. E.W.A. Lingemann, EPS, Ženeva 1993

(6) Materials Science for Solar Energy Conversion Systems, edit. C.G. Granqvist, Pergamon

Press, Oxford, 1991

(7) Lewerenz H.J., Jungblut H.: Photovoltaik, Springer, Berlin 1995

(8) Wettling W., Sonnenenergie und Wärmetechnik, 1997, č. 5, s. 24

(9) Wettling W., Sonnenenergie und Wärmetechnik, 1997, č. 4, s. 36

(10) Grätzel M., Elektrotechnik und Informationstechnik, 1997, č. 10, s. 579

(11) Meier Ch., Bulletin SEV/VSE, 1996, č. 10. s. 11

(12) Edinger R., Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 1998, č. 3, s.177

(13) International Water Power and Construction, 1995, č. 5, s. 4

(14) Speiser A. P., Bulletin SEV/VSE, 1997, č. 1. s. 11

OBSAH

Předmluva 2

Některé používané jednotky 2

1. Úvod - spotřeba energie 3

2. Sluneční energie a sluneční záření 5

2.1 Původ 5

2.2 Sluneční záření na povrchu Země 6

3. Fyzikální principy využití sluneční energie 8

3.1 Nepřímé a přímé využití sluneční energie 8

3.2 Sluneční kolektory 9

3.2.1 Ploché sluneční kolektory 9

3.2.2 Kolektory s koncentrací záření 10

3.2.3 Heliostaty, sluneční pece 10

3.2.4 Ukládání tepelné energie 11

3.3 Fotovoltaika 11

3.3.1 Princip 11

3.3.2 Křemíkové solární články, solární panely 12

3.3.3 Zvýšení účinnosti solárních článků 15

3.3.4 Jiné možnosti přímé přeměny energie 21

3.3.5 Ukládání elektrické energie 22

4. Využití sluneční energie 23

Literatura 25

a Ludmila Eckertová, 1998