Solární energie

Rozbalit box

Obsah boxu

Solární energie (také sluneční energie) je energie získávaná ze slunečního záření. Jedná se o nejhojnější obnovitelný zdroj energie dostupný na Zemi. Využívá se buď přímo k výrobě tepla (solární termální systémy), nebo k výrobě elektrické energie (fotovoltaika a koncentrovaná solární energie). Solární energie je považována za klíčovou technologii pro přechod k udržitelné energetice a boj proti změně klimatu.

📜 Historie

Využívání sluneční energie sahá až do starověku, kdy Řekové a Římané používali zrcadla a čočky ke koncentraci slunečních paprsků k zapalování ohňů nebo vytápění.

• 1839: Francouzský fyzik Alexandre-Edmond Becquerel objevil fotovoltaický jev, tedy schopnost některých materiálů generovat elektrické napětí při vystavení světlu.
• 1883: Americký vynálezce Charles Fritts sestrojil první funkční solární článek na světě s použitím selenu potaženého tenkou vrstvou zlata. Jeho účinnost byla pouhé 1 %.
• 1905: Albert Einstein publikoval práci vysvětlující fotoelektrický jev, za kterou později obdržel Nobelovu cenu.
• 1954: Vědci z Bellových laboratoří (Daryl Chapin, Calvin Fuller a Gerald Pearson) vyvinuli první prakticky použitelný křemíkový fotovoltaický článek s účinností 6 %. Tento objev odstartoval moderní éru fotovoltaiky, která našla první uplatnění v kosmickém programu.
• 70. léta 20. století: Během ropné krize vzrostl zájem o alternativní zdroje energie, což vedlo k intenzivnějšímu výzkumu a poklesu cen solárních panelů.
• 1998: V Dukovanech byla instalována jedna z prvních solárních elektráren v České republice.
• 21. století: Prudký technologický pokrok a masová výroba, zejména v Číně, vedly k dramatickému snížení cen a exponenciálnímu růstu instalované kapacity po celém světě.

⚙️ Technologie a principy

Solární energie se přeměňuje na využitelnou energii dvěma hlavními způsoby: fotovoltaikou (PV) a koncentrovanou solární energií (CSP).

Fotovoltaika (PV)

Fotovoltaika je technologie přímé přeměny slunečního záření na elektrickou energii. Základním prvkem je fotovoltaický článek, obvykle vyrobený z polovodičových materiálů, nejčastěji z křemíku.

Princip fungování

1. Sluneční záření (proud fotonů) dopadá na polovodičový materiál fotovoltaického článku.
2. Energie fotonů uvolní elektrony z jejich vazeb v atomové struktuře materiálu.
3. Vnitřní elektrické pole v článku (tzv. P-N přechod) způsobí, že se uvolněné elektrony začnou pohybovat jedním směrem, čímž vzniká stejnosměrný proud.
4. Tento stejnosměrný proud je následně pomocí střídače (invertoru) přeměněn na střídavý proud, který lze využít v běžných domácích spotřebičích nebo dodávat do elektrické sítě.

Typy fotovoltaických panelů

• Monokrystalické panely: Vyrábějí se z jednoho krystalu křemíku, mají nejvyšší účinnost (běžně přes 20 %) a delší životnost, ale jsou dražší.
• Polykrystalické panely: Jsou vyrobeny z více krystalů křemíku, což snižuje výrobní náklady, ale i účinnost.
• Tenkovrstvé panely: Využívají tenké vrstvy polovodičového materiálu nanesené na podklad (sklo, plast). Jsou lehké a flexibilní, ale mají nižší účinnost.

Koncentrovaná solární energie (CSP)

Technologie koncentrované solární energie (CSP) využívá zrcadla nebo čočky k soustředění slunečního záření na malou plochu. Tím vzniká vysoká teplota, která ohřívá teplonosné médium (např. olej nebo roztavené soli). Vyrobené teplo se následně používá k výrobě páry, která pohání tradiční parní turbínu a generátor.

Hlavní výhodou CSP je schopnost akumulovat tepelnou energii (např. v nádržích s roztavenou solí), což umožňuje vyrábět elektřinu i po západu slunce nebo při oblačnosti, a zajišťuje tak stabilnější dodávky energie.

Typy CSP systémů

• Parabolické žlaby: Dlouhá parabolická zrcadla soustředí světlo na trubici s teplonosným médiem.
• Solární věže: Pole zrcadel (heliostatů) odráží paprsky na centrální přijímač na vrcholu věže.
• Parabolická zrcadla (Dish-Stirling): Velké parabolické zrcadlo soustředí paprsky do ohniska, kde je umístěn Stirlingův motor.

💡 Využití a aplikace

Solární energie má široké spektrum využití od malých přenosných zařízení až po rozsáhlé elektrárny.

• Domácnosti a budovy: Střešní fotovoltaické systémy pro výrobu vlastní elektřiny, snížení závislosti na síti a úsporu nákladů. Využívá se také pro solární ohřev vody nebo přitápění.
• Průmysl a komerční sféra: Velké střešní a pozemní instalace pro napájení továren, kancelářských budov a obchodních center.
• Velké solární elektrárny (solární parky): Rozsáhlé pozemní instalace fotovoltaických panelů nebo CSP systémů, které dodávají elektřinu do přenosové soustavy.
• Doprava: Napájení elektromobilů, solárních vozidel, lodí a malých letadel.
• Zemědělství: Napájení zavlažovacích systémů, skleníků a provozů v odlehlých oblastech.
• Spotřební elektronika: Solární nabíječky, kalkulačky, hodinky a další malá zařízení.

🌍 Globální statistiky a ekonomika

Solární energetika zažívá v posledních desetiletích exponenciální růst, poháněný klesajícími cenami a politickou podporou.

• Instalovaná kapacita: Na konci roku 2024 dosáhla celosvětová instalovaná fotovoltaická kapacita přibližně 2,2 terawattu (TW). V roce 2024 bylo celosvětově instalováno rekordních 597 GW nových solárních zdrojů.
• Hlavní trhy: Absolutním lídrem je Čína, která v roce 2024 instalovala více kapacity než zbytek světa dohromady a tvoří přes 55 % globálního trhu. Dalšími významnými trhy jsou Spojené státy americké, Indie, Německo a Brazílie.
• Ekonomika: Díky technologickému pokroku a masové výrobě klesly náklady na solární panely za poslední dekádu o více než 90 %, což z fotovoltaiky učinilo jeden z nejlevnějších zdrojů pro výrobu nové elektřiny.
• Solární energie v České republice: V ČR dochází k výraznému rozvoji, zejména v segmentu střešních instalací na rodinných domech a firmách, podporovaném dotačními programy jako je Nová zelená úsporám. V červnu 2025 pokryla solární energie v ČR téměř 15 % spotřeby elektřiny. Celková instalovaná kapacita na konci roku 2024 dosáhla 4,4 GW.

🌱 Životní prostředí

Solární energie je považována za čistý zdroj, protože její provoz neprodukuje skleníkové plyny ani jiné znečišťující látky. Přesto má její životní cyklus určité dopady na životní prostředí.

• Pozitivní dopady:
  • Snížení emisí CO₂ a boj proti změně klimatu.
  • Zlepšení kvality ovzduší snížením závislosti na fosilních palivech.
  • Snížení spotřeby vody ve srovnání s konvenčními elektrárnami.

• Negativní dopady a výzvy:
  • Výroba: Výroba solárních panelů je energeticky náročná a vyžaduje těžbu surovin jako křemík, hliník a měď. Může také zahrnovat použití některých toxických látek.
  • Zábor půdy: Velké solární parky vyžadují značnou plochu, což může vést ke konfliktu s jiným využitím půdy (např. zemědělství) nebo ovlivnit místní ekosystémy.
  • Životnost a recyklace: Životnost panelů je obvykle 25–30 let. Po skončení životnosti je klíčová jejich recyklace, aby se předešlo vzniku velkého množství odpadu. Většina materiálů, jako je sklo, hliník a křemík, je recyklovatelná.

🚀 Budoucnost a inovace

Výzkum a vývoj v oblasti solární energie se rychle posouvá vpřed a slibuje ještě vyšší účinnost a širší možnosti využití.

• Perovskitové solární články: Nový typ materiálu, který v laboratorních podmínkách dosahuje účinnosti přes 30 %. Perovskity jsou levnější na výrobu a mohou být aplikovány na flexibilní podklady. Výzvou zůstává jejich dlouhodobá stabilita.
• Tandemové články: Kombinace křemíkových a perovskitových vrstev, která umožňuje zachytit širší spektrum slunečního záření a výrazně zvýšit účinnost.
• Bifaciální panely: Panely, které dokáží vyrábět elektřinu z obou stran, čímž zvyšují celkový energetický zisk až o 30 %.
• Integrovaná fotovoltaika (BIPV): Solární články integrované přímo do stavebních prvků, jako jsou střešní krytiny, fasády nebo okna, což spojuje výrobu energie s estetikou.
• Plovoucí solární farmy: Instalace panelů na vodních plochách (přehrady, jezera), které šetří půdu a díky chladicímu efektu vody mohou mít vyšší účinnost.
• Umělá inteligence (AI) a chytré sítě: AI se stále více využívá k optimalizaci výkonu solárních systémů, předpovídání výroby a řízení spotřeby v kombinaci s bateriovými úložišti.

🤔 Pro laiky: Jak funguje solární panel?

Představte si solární panel jako hřiště plné kuliček (elektronů), které jsou normálně v klidu. Když na hřiště začne svítit slunce, jeho paprsky (fotony) do kuliček narazí a rozkutálí je.

Panel je chytře navržen tak, že má na jedné straně mírný "svah". Všechny rozkutálené kuličky se tak začnou valit jedním směrem. Tento uspořádaný proud kuliček je přesně to, čemu říkáme elektrický proud.

Tento proud pak putuje po drátech do zařízení zvaného střídač. Střídač funguje jako "překladatel", který "jazyk" panelů (stejnosměrný proud) přeloží do "jazyka", kterému rozumí vaše zásuvky a spotřebiče (střídavý proud). A díky tomu si můžete rozsvítit světlo, nabít telefon nebo pustit televizi – to vše díky energii ze slunce.

Zdroje

10 trendů v solární energetice, které hýbou rokem 2025 - SolidSun 3 technologie, které změní budoucnost fotovoltaiky? — Solární Novinky Co je to koncentrovaná solární energie (CSP)? - FVE.info 6 Největších solárních elektráren na světě - oze-info.cz Vliv solárních panelů na životní prostředí: Klady a zápory - Čína Delixi Skupina Co., Ltd Solární energie v roce 2025: Nové možnosti pro domácnosti - RhinoRuggi Energy Solárních elektráren přibývá | Statistika a my - Český statistický úřad Global Market Outlook for Solar Power 2025-2029 - SolarPower Europe Solární energie v roce 2025: Fakta, mýty a důvody, proč se vyplatí investovat do fotovoltaiky The 15 Biggest Solar Farms In The World 2025 | The Eco Experts Analýza: Solární energie pokryla větší procento spotřeby elektřiny v ČR než loni - Ekolist.cz Výstavba solárů v Česku stagnuje, segment domácích elektráren výrazně zpomalil. - Solární asociace Ministr Hladík: Výkon českých solárních elektráren se zdvojnásobí do roku 2025 - MŽP Globální solární trh láme rekordy, Česko zůstává stát na místě - TZB-info Elektřina ze slunce | Statistika a my - Český statistický úřad Vyplatí se fotovoltaika v roce 2025? 5 důvodů, proč je teď ten nejlepší čas! - Schlieger Solární panel oslavil 70 let své historie - Solární novinky Stručná historie fotovoltaiky - Volty.cz Budoucnost solární energie: Co pravděpodobně čeká fotovoltaiku? - fotovolty Fotovoltaika a její vliv na místní a globální životní prostředí - eFVE.cz Letopočty fotovoltaiky: Více než stoletá historie přeměny slunečního záření na elektřinu - Solární novinky Historie fotovoltaiky: Od starověkého Egypta, až po současnost - Enermio Solární panely: Pravda o jejich ekologické šetrnosti - FVE.info Historie solární energie | Helion.cz Sluneční energie - pro a proti - Ekolist.cz Solární elektřina - Wikipedie Nejnovější technologie ve fotovoltaice: vize budoucnosti energetiky | Fotovia.cz Jak funguje získávání solární energie - FREE for YOU Výhody solární energie - EKOTECHNIK Czech Jak funguje solární elektrárna? Podrobný průvodce - innogy Jak se ze solární energie vyrábí elektřina | E.ON Vysvětlení pojmu solární energie - Vaillant Koncentrovaná solární energie - EnviWeb.cz