Slnečná energia sa aj na Slovensku dá využívať na výrobu tepla a teplej vody, elektrickej energie, na chladenie, pre uplatnenie solárnej architektúry alebo v skleníkoch.

Ročná suma globálnej radiácie prijatá optimálne orientovanými FV modulmi na Slovensku

Zdroj obrázku:http://re.jrc.cec.eu.int/pvgis/pv/

Priemerná ročná energia slnečného žiarenia dopadajúceho na povrch na území Slovenska je 1100 kWh/m². Množstvo dopadajúcej slnečnej energie na územie SR je približne 200-krát väčšie ako súčasná spotreba všetkých primárnych zdrojov energie obyvateľstvom krajiny. Celkový potenciál slnečnej energie pre celé územie Slovenska je na úrovni 54 000 TWh. Energia slnečného žiarenia dopadajúceho na južne orientovanú plochu naklonenú pod optimálnym sklonom (približne 36 stupňov) je na území Slovenska 1 275 kWh/m² za rok (z toho približne 50% dopadne v mesiacoch máj – august).

(Zdroj: Rembowski Łukasz, http://www.windpower.sk/)

Po zvážení reálnych alternatív inštalácie solárnych kolektorov bol technický potenciál solárnej energie stanovený na    9 450 GWh (34 000TJ) ročne, čo je asi 5 % súčasnej spotreby primárnych zdrojov na Slovensku. (Zdroj: Stratégia vyššieho využitia obnoviteľných zdrojov energie v SR z roku 2007).

Slnečná energia a výroba tepla

Na Slovensku sa v roku 2005 využívala slnečná energia na úrovni približne 100 TJ (50 000 m² plochy slnečných kolektorov). Ročne sa u nás nainštaluje asi 5 000 m² slnečných kolektorov, čo je výrazne menej než v Rakúsku alebo v Nemecku (aj pri prepočte na 1000 obyvateľov).

Solárne kolektory – nemocnica v Podgorici (Čierna Hora), Foto: S. Hanzlová

Slnečné kolektory je možné montovať na strechách, ale aj na vhodne orientovaných fasádach obytných a firemných budov a takisto aj na iných nevyužitých plochách v ich blízkosti (parkoviská, chodníky, cesty...). V klasických rodinných domoch sa dá  solárnymi kolektormi ušetriť cca 60-70 % energie na prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV) a 30 až 40 % tepla na prikurovanie. Údaj pre kúrenie  platí v prípade, že je rodinný dom vybavený nízkopotenciálnym vykurovacím systémom a je dobre tepelne zaizolovaný. Najväčší potenciál pre slnečnú energiu predstavujú rodinné a bytové domy, v ktorých dosluhuje existujúci systém vykurovania a je nevyhnutné investovať do nového.

Aby bolo zmysluplné slnečnú energiu využívať na vykurovanie, celkové energetické nároky budovy musia byť menej ako 50 kWh/m² za rok. Optimálne energetické nároky sú okolo 30 kWh/m² za rok. Stavba teda musí mať dobré tepelnoizolačné vlastnosti. Na Slovensku žiaľ spĺňa ešte stále málo budov  podmienku dostatočnej tepelnej kvality obvodového plášťa.

Využívanie slnečných kolektorov vo verejných budovách je výhodné hlavne na prípravu TÚV, a to najmä  v zdravotníckych a sociálnych zariadeniach, v hoteloch, v športových strediskách a na tých školách, kde sa teplá voda vyžaduje po celý rok.

Významný potenciál využitia slnečnej energie je v oblasti pasívnych solárnych systémov, kde sa zlepšením tepelnoizolačnej kvality budov dajú minimalizovať straty a zvýšiť možnosti využitia solárneho zdroja (špeciálne zasklenie, orientácia sklených plôch do optimálneho smeru, systém riadeného vetrania s rekuperáciou).

Slnečná energia na výrobu elektriny

Využiteľný potenciál pre výrobu elektriny zo slnečnej energie podľa Energetickej politiky SR z roku 2006 predstavuje 1 540 GWh, avšak súčasná úroveň využívania je len 0,1 GWh. Podľa o.z. ZA MATKU ZEM je však technicky aj ekonomicky využiteľný potenciál slnečnej energie na výrobu elektriny ročne na úrovni viac ako 3000 GWh (do roku 2020), čo je asi 10 % spotreby našej elektriny.

Fotovoltaické články (PV) (na priamu výrobu elektriny zo slnečného žarenia) by teoreticky  dokázali pokryť 100 % súčasnej spotreby  elektriny v SR. Ročná spotreba elektriny na Slovensku je asi 30 TWh/r. Ročná výroba elektriny z typického PV modulu, čo je plocha asi 8 m², je asi 1000 kWh. Potrebný výkon PV modulov by tak možné inštalovať na ploche 240 km², čo je 15,5 km krát 15,5 km resp. 0,5% rozlohy Slovenska (údaje sa vzťahjú na slnečné dni). Ak by sme realizovali potenciál úspor energie na Slovensku (najmenej 30%) a inštalovali u nás najkvalitnejšie PV moduly (28% účinnosť), potrebná plocha by sa znížila iba na 5 km krát 5 km. Samotná plocha striech na Slovensku ja väčšia ako toto číslo. Tento príklad neuvádzame, kvôli tomu, aby sme presadzovali 100 % elektriny zo slnka, ale ako ilustráciu, že reálny potenciál na Slovensku existuje i napriek rečiam –skeptikov OZE. Je pravda že značná časť elektrickej energie sa spotrebúva počas nocí a v zime, počas krátkych dní, rovnako aj v čase, keď je obloha zamračená a na povrch dopadá len zlomok žiarenia. Aj pri veľkom využití solárnej energie by preto bolo potrebné kombinovať ju s inými doplnkovými zdrojmi, prípadne vytvárať kapacity na uskladňovanie energie napríklad pre použitie v noci. Solárnu energiu je možné uskladniť napríklad v prečerpávacích vodných elektrárňach, výrobou vodíka prostredníctvom elektrolýzy alebo uskladnením v batériách a palivových článkoch.

Ďalšou výhodou fotovoltaiky je decentralizovaná dodávka elektriny. Nevýhodou sú však vysoké merné investičné náklady.

Zdroj: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/

Teoreticky by bolo možné všetku elektrinu na Slovensku pokrývať z fotovoltaických panelov. Nie je možné, aby všetka elektrina pochádzala zo Slnka a obrázok vyššie je teoretický potenciál OZE a Slnka je aj na Slovensku. Je napríklad nutné vyriešiť „skladovanie“ elektriny, rozdiely v intenzite slnečného žiarenia v jednotlivých mesiacoch, striedanie deň/noc, dni bez slnečného žiarenia a pod..,

Zdroj: E. Bédi, 2009

Fotovoltaická technológia vyrába elektrinu z dvoch odlišných systémových konfigurácií:

• súčasťou PV systémov pracujúcich v izolovanom režime (off-grid) je batéria, ktorá sa používa na skladovanie energie. Takéto systémy sú pomerne malé (zväčša nepresahujú kapacitu niekoľkých kWp) a používajú sa na zásobovanie elektrinou v izolovaných oblastiach, na zásobovanie horských chát, telekomunikačnej a inej techniky. Na utiahnutie prevádzky väčších spotrebičov by vyžadoval neúmerne veľké a drahé batérie.
  
  

• oveľa častejšie sa v krajinách EÚ používajú PV systémy pripojené do elektrickej siete (on-grid), ktoré dodávajú vyrobenú elektrinu priamo do elektrickej rozvodnej siete. Tieto systémy majú dominantný podiel na celkovej inštalovanej kapacite fotovoltaických generátorov v krajinách EÚ (viac ako 80 %). Na strechy rodinných domov sa inštalujú systémy s typickou kapacitou 1-5 kWp, v ostatných rokoch je z investorského hľadiska veľmi atraktívne budovanie rozsiahlych slnečných elektrární s výkonmi 1-5 MW.

Cena elektriny z  fotovoltaických článkov je stále vysoká. Ak sa však pozrieme na vývoj jej ceny za posledné roky, je reálne, že do roku 2020 môže  cena elektriny z PV modulov v dobrých slnečných lokalitách klesnúť na úroveň cien z konvenčných elektrární. (Zdroj: Medzinárodná energetická agentúra) Podľa prognóz organizácie Solar America Initiative bude v USA dosiahnutá táto cena už v roku 2015.

Zdroj: http://solarbuzz.com/facts-and-figures/retail-price-environment/module-prices

Kým ešte v roku 1976 boli ceny PV modulov (kryštalický kremík) 50 USD/Wp* v roku 2009 boli už na trhu PV moduly za 4,2 USD/Wp (čínske PV: 1,6 USD/Wp).  Práve tu je vidno ako výrazne poklesla cena energie z fotovoltaiky za 30 rokov. Energetická návratnosť (EROI) je 1,5 - 3,5 roky (2009), v roku 2000 bola iba 8 - 11 rokov. U tenkých filmov je to 1 – 1,5 roku.

Pre úplnosť ale treba dodať, že samotná cena solárneho panela predstavuje len časť celkovej ceny PV systému a cena ďalších jeho zložiek – napríklad regulačných prvkov – neklesla zďaleka tak výrazne ako cena PV panelov.

* Watt-peak (Wp) je meradlom menovitého výkonu fotovoltickej solárnej energie zariadenia v podmienkach laboratórneho osvetlenia

Ekologické kritériá pre slnečné elektrárne

• Treba si dávať pozor na lokalitu – dostatočná slnečná radiácia, orientácia povrchu.

• Pokiaľ je kvôli fotovoltaickým alebo solárno-termálnym projektom zaberaná poľnohospodárska pôda, treba sa snažiť ju „druhotne“ poľnohospodársky využiť – hospodárske zvieratá, kŕmne rastliny a pod.

Výhody slnečnej energie - výroba tepla

• Zahrnutie solárnych systémov už do projektovania výstavby domu ušetrí neskoršie náklady a zníži ich na minimum, aj keď projekt môže čiastočne predražiť. Pri využití pasívnej solárnej architektúry neskôr klesajú náklady na kúrenie a finálna úspora je niekoľkonásobne vyššia.

• Solárne kolektory sa dnes už predávajú za pomerne dostupné ceny s návratnosťou okolo 8 rokov a vzhľadom na prikurovanie či ohrev vody sú schopné zabezpečiť energiu tepla počas veľkej časti roka, dokonca aj v zime za slnečných dní.

• V prípade využitia v domácnostiach nedochádza k žiadnemu ovplyvneniu životného prostredia, napríklad zastavaním zelených plôch.

• Ochrana životného prostredia – pokiaľ solárne panely nahrádzajú uhoľné alebo plynové kúrenie resp. výrobu teplej vody, môžeme jednoznačne hovoriť aj o prínose z hľadiska ochrany životného prostredia nižšími emisiami skleníkových plynov, popolčeka a iných toxických materiálov.

Nevýhody slnečnej energie – výroba tepla

• Pre solárne systémy je nutný záložný vykurovací systém (biomasa, plyn, tepelné čerpadlo...).

• Problémom je tiež kolísanie výkonov zo Slnka striedaním dňa a noci alebo ročných období.

• Nevýhodou sú v súčasnosti aj stále relatívne vysoké investičné náklady.

Výhody slnečnej energie - výroba elektriny

• Ide prakticky o nevyčerpateľný zdroj, ktorý je nezávislý od dodávok energetických zdrojov zo zahraničia.

• Pri inštalácii menších zariadení pri ktorých vyrábate viac ako spotrebujete sa jedná o zaujímavý ekonomický prínos pre rodiny.

• Fotovoltaika je lokálny zdroj, ktorý môže pomôcť pri zamestnanosti v regiónoch a nezávislosti od prenosu elektriny na veľké vzdialenosti. Fotovoltaika dokáže poskytovať elektrinu na odľahlých územiach alebo miestach kde nie je vybudovaná energetická infraštruktúra.

Nevýhody slnečnej energie – výroba elektriny

• Fotovoltaické články sú zatiaľ drahé a z hľadiska plošného využitia na Slovensku málo efektívne. Pre domácnosti ako podporný zdroj najmä na južnom Slovensku však majú svoje opodstatnenie.

• V prípade fotovoltaických článkov, ako aj solárnych kolektorov je potrebné mať zavedené aj iné zdroje výroby elektriny pre prípad  dlhodobo zhoršených meteorologických podmienok. Štúdie ukazujú, že decentralizovaná výroba z fotovoltaických systémov s kapacitou niekoľko percent nenaruší bezpečnosť dodávok elektriny v súčasnej štruktúre sietí, naopak pomôže pokryť zvýšený dopyt po elektrine počas denných hodín. Zvýšenie podielu PV nad tento rozsah si bude v budúcnosti vyžadovať dobudovanie sietí, najmä ich prechod na takzvané „inteligentné siete“, lepšiu integráciu s inými zdrojmi a posilnenie kapacít na skladovanie energie.
  
  (Zdroj: Obnoviteľné zdroje energie – hudba budúcnosti alebo reálna a potrebná alternatíva? - Výhody a nevýhody ich využitia nielen na Slovensku, o.z. ZA MATKU ZEM, 2009)
  

Otázky

• Koľko percent súčasnej spotreby energie na Slovensku by sa dalo pokryť inštalovaním solárnych kolektorov?
  

• Čo znamená pojem “pasívne solárne systémy”?
  

• Približne koľko energie môžeme vďaka solárnym kolektorom usporiť v rodinnom dome na ohrev teplej vody?
  

• Aký je potenciál slnečnej energie na výrobu elektrickej energie?

• Ako sa vyvíjajú ceny solárnych kolektorov?

• Aké sú výhody a  nevýhody slnečnej energie?