Solárne systémy - Slnečné žiarenie

 




Zdroj energie Slnka predstavujú termonukleárne reakcie prebiehajúce v stredových oblastiach Slnka nazývaných aj jadrová fúzia, pri ktorej sa uvoľňuje obrovské množstvo energie. Z ľudského pohľadu predstavuje Slnko mohutný a takmer nevyčerpateľný zdroj energie, ktorý nám zadarmo ponúka energiu, ktorá prevyšuje súčasné energetické potreby ľudstva 11 000 krát. V podstate to znamená asi toľko, že za menej ako pol hodiny(!) vyžiari Slnko toľko energie na Zem, koľko spotrebuje ľudstvo za jeden rok. Každý m2 slnečného miesta Zeme príjme od Slnka viac ako 2 000 kWh energie ročne.

Slnečný výkon, čiže žiarenie Slnka je 3,8*1023 kW, čo je mnohonásobne viac ako spotrebúva celé ľudstvo dohromady. Z toho sa v planetárnej sústave zachytí jedna stomilióntina a na Zemi len jedna dvojmiliardtina. Ide síce o malú časť z celkového slnečného žiarenia, ale aj napriek tomu je pre Zem životne dôležitá. Táto energia dopadá na najvyššie vrstvy zemskej atmosféry, ktorá pohlcuje niektoré druhy žiarení nebezpečných pre život na zemi (röntgenové a ultrafialové) a iné zase prepúšťa na zemský povrch.

Druhy slnečného žiarenia - Slnečné žiarenie, ktoré prejde atmosférou a dopadne na zemský povrch, sa buď odrazí (cca 1/3 z celkového množstva slnečného žiarenia dopadnutého na zem) alebo ho pohltí pevnina a more a premení na teplo. Na zemskom povrchu registrujeme tri základné druhy slnečného žiarenia – priame slnečné žiarenie, rozptýlené (difúzne) žiarenie a žiarenie odrazené buď od zemského povrchu a iných objektov.

Energetické spektrum slnečného žiarenia je veľmi blízke žiareniu ideálneho čierneho telesa. Mimo atmosféry je spektrum žiarenia spojité v rozsahu od 200 do 2500 nm, po prechode atmosférou sú niektoré vlnové dĺžky pohltené zložkami atmosféry – kyslíkom, ozónom, vodnými parami a kysličníkom uhličitým. Integrálna hodnota spektra (súčet energií všetkých spektrálnych zložiek) na hranici atmosféry sa nazýva solárna konštanta a má hodnotu 1 371 W/m2, jej hodnota sa ale málo mení v závislosti od slnečných cyklov, z ktorých najznámejší má periódu 11.5 roka. Po prechode atmosférou sa za ideálnych podmienok (bezoblačné počasie) približne 75% slnečného žiarenia dostane na povrch zeme ako priame osvetlenie, zvyšok je rozptýlený alebo pohltený.

Priame a difúzne žiarenie - najväčší podiel pri získavaní energie prostredníctvom slnečných kolektorov majú priame a difúzne žiarenie, ktorých intenzita sa počas roka v súvislosti so striedaním ročných období mení. Samozrejme, najviac slnečnej energie získame v letných mesiacoch, kedy je intenzita najvyššia. Maximum slnečného žiarenia u nás zaznamenávame v júli, minimum na prelome decembra a januára. Z denného hľadiska vo všeobecnosti platí, že najviac žiarenia dopadá na Zem na poludnie, kedy poloha Slnka na oblohe je najvyššia a cesta prechádzajúceho slnečného žiarenia cez atmosféru je najkratšia. Tým dochádza k najmenšiemu rozptylu a absorpcii žiarenia v atmosfére.

Počet hodín slnečného svitu v jednotlivých mesiacoch:

MesiacGlobálne žiarenie kWh/m2/mesiacDifúzne žiarenie kWh/m2/mesiacGlobálne žiarenie kWh/m2/deň  RGDDifúzne žiarenie kWh/m2/deň
RDD
január25180,810,58
február42221,50,79
marec85422,741,35
apríl128614,272,03
máj174805,612,58
jún178855,932,83
júl179835,772,68
august152704,92,26
september108503,61,67
október70322,261,03
november301810,6
december20120,650,39
Spolu za rok1191573--
Priemer-deň--3,251,57
Priemer -mes.99,2547,75  

   Priemerná hodnota ročného globálneho žiarenia - Slovensko:

    

                                                                    

Využitie slnečnej energie:

A. Výroba elektrickej energie (prostredníctvom fotovoltaického javu):

  1. domáce spotrebiče: osvetlenie, TV, rádio, chladnička, práčka, hračky, hodinky...
  2. profesionálne aplikácie: meteorologické staničky, majáky, bóje, vodné čerpadlá...
  3. samostatne pracujúce fotovoltaické systémy: pre odľahlé neelektrifikované obce
  4. fotovoltaické systémy napojené na verejnú elektrickú sieť:fotovoltaické elektrárne

B. Ohrev vody (premenou slnečného svetla na teplo):

  1. ohrev vody v domácnostiach: pre rodinné domy, bytovky, chaty, ohrev bazéna, predohrev vody pre práčky alebo umývačky riadu, v prechodnom období podpora nízko teplotného vykurovania...  
  2. ohrev vody v priemyselných systémoch: ohrev vody pre bazény a plavárne, pre ubytovacie a stravovacie zariadenia, pre školy, hotely, práčovne, potravinárske  podniky, ohrev technologických kvapalín pre výrobné procesy atď.