Nizozemská společnost Lightyear oznámila, že letos na podzim začne vyrábět první sériové auto na světě vybavené solárními panely. Nikdy ovšem nevyrobí dost elektřiny, aby se vyplatil.

Lightyear 0 bude mít na střeše, kapotě a kufru zakřivené solární panely, které budou během jízdy (nebo při parkování) doplňovat energii do baterie vozu. První vozy by mohly k evropským zákazníkům přijít údajně již v listopadu letošního roku.

Společnost uvádí, že vůz bude schopen ujet vždy přibližně 400 kilometrů bez zastávky na dobíjení – a dokonce až 800 kilometrů za optimálních podmínek (teplého počasí a malou rychlostí, tedy nejspíše po městě). Pro srovnání, to je o něco více než Tesla Model 3 (oficiální dojezd 602 km) a výrazně více než Kia Niro Long Range (cca 450 km). Ale takový dojezd vozu zaručí jeho baterie – příspěvek solárních panelů je jen malý. Díky může za příhodných podmínek dojet během celodenního nabíjední získat dost energie na ujetí zhruba 40 kilometrů.

Podle společnosti Lightyear každá hodina na slunci dodá do baterie dost energie na zhruba desetikilomertovou jízdu. Spotřeba vozu by měla být kolem 10 kWh na 100 kilometrů. To znamená, že za hodinu na přímém slunci by měly panely do baterie dodat zhruba 1 kWh elektřiny, což by mohlo odpovídat zhruba pěti čtverečním mětrům panelů.

Společnost tvrdí, že ve slunných oblastech, jako je Španělsko nebo Portugalsko, nebudete muset vůz připojovat k zásuvce po dobu i delší než půl roku – pokud tedy denně nenajezdíte více než zhruba 40 kilometrů. V oblastech jako je Česká republika (výrobci mluvili v Nizozemsku, ale to je podobné), bude vůz při podobném nájezdu údajně potřebovat dobíjení po dvou měsících.

Pohled na vůz Lightyear 0 z ptačí perspektivy. Fotovoltaické panely pokrývají prakticky všechny části karosérie obrácené vzhůru. (foto Lighyear)
Pohled na vůz Lightyear 0 z ptačí perspektivy. Fotovoltaické panely pokrývají prakticky všechny části karosérie obrácené vzhůru. (foto Lighyear)

Menší baterie

Podle vyjádření generálního ředitele a spoluzakladatele společnosti Lexe Hoefsloota má „0“ pro stanici CNN mnoho společného s prototypem Lightyear One, který byl představen před dvěma lety. Tvůrci vozu ovšem zapracovali na spotřebě, a do výroby připravený vůz má lepší výkony i menší baterií. „Pohonné ústrojí je nejúčinnější na světě,“ tvrdí Hoefsloot. Vůz má velmi aerodynamický tvar vozu a čtyři motory v kolech, které mají přispívat k vyšší efektivitě pohonu.

To znamená, že „celý vůz je lehčí, což vede k vytvoření pozitivní zpětné vazby, kdy se mohou zlehčovat i další komponenty: „Díky tomu jsme se dostali na [hmotnost] 1575 kilogramů. Když se podíváte na jiné vozy, které nabízejí podobný dojezd, jsou všechny o 40 % těžší.“

Celý koncept Lightyear 0 založen na zvýšení efektivity a zkrácení doby nabíjení, výkony nejsou tedy nijak oslnivé. Maximální rychlost je omezena na 160 km/h. Zrychlení z 0 na 100 km/h je (především na elektromobil) dlouhých 10 sekund. Podle zástupců firmy je to dáno důrazem na nízkou spotřebu a tedy vysoký dojezd.

Auto je také drahé, vzhledem ke svým výkonům přímo exétrmně: Jeden z 946 kusů první série vyjde na 250 000 eur (zhruba šest milionů korun). To o něco vyšší cena, než jakou má Ferrari Roma. A je to samozřejmě několikanásobně více než u rodinných elektromobilů střední třídy, jako je Nissan Leaf (od cca 930 tisíc) nebo Tesla Model 3 (od zhruba 1,4 milionu). A to vysoká cena elektromobilů je dnes jejich zřejmě největší zápor.

Připomeňme, že panely vozu vyrobí za hodinu maximálně zhruba jednu kilowatthodinu elektřiny – a v průměru podle výrobce 4 kWh denně (ono slunce velkou část dnes nebude na panely dopadat optimálně). I kdyby elektřina vydržela do nekonečně tak drahá jako v nových cenících ČEZu (tedy za 11,22 Kč/kWh) oněch zhruba 4,5 milionů korun navíc proti Tesla představuje nějakých 400 MWh, tedy 400 tisíc kilowatthodin, což představuje 100 tisíc dní pod jihoevropským sluncem. A to je zhruba 274 let.

Společnost doufá, že do roku 2025 uvede na trh „lidový model“ svých (částečně) samodobíjecích vozů. Předběžně ho pojemnovala Lightyear Two a měl by se prodávat za cenu kolem 30 tisíc euro, tedy zhruba 750 tisíc korun.

Automobily se solárními panely připravují i jiné společnosti (nebo o nich alespoň mluví), žádný z těchto konceptů zatím není připraven k uvedení na trh. Sono Sion, jehož výroba je plánována na rok 2023, slibuje, že dojezd na solární pohon bude v průměru kolem 15-20 kilometrů denně. Aptera Never Charge je futuristicky vyhlížející tříkolka, o níž společnost tvrdí, že denně nasbírá solární energii v hodnotě na více než 60 kilometrů jízdy. Společnost Aptera médiín tvrdí, že vůz se začne vyrábět v roce 2023, a že již má 24 tisíc rezervací na své vozidlo.

Automobily se solárními panely připravují i jiné společnosti (nebo o nich alespoň mluví), žádný z těchto konceptů zatím není připraven k uvedení na trh. Sono Sion, jehož výroba je plánována na rok 2023, slibuje, že dojezd na solární pohon bude v průměru kolem 15-20 kilometrů denně. Aptera Never Charge je futuristicky vyhlížející tříkolka, o níž společnost tvrdí, že denně nasbírá solární energii v hodnotě na více než 60 kilometrů jízdy. Společnost Aptera médiín tvrdí, že vůz se začne vyrábět v roce 2023, a že již má 24 tisíc rezervací na své vozidlo.

S Teslou a panely kolem Austrálie

Úplně jiný přístup k využití fotovoltaiky k pohonu vozu než Lightyear zvolila skupina australských vědců. Ta plánuje ujet se sériovým elektromobilem 9380 kilometrů kolem Austrálie, aniž by navštívili dobíjecí stanici. Vše, co je zapotřebí k nabití auta, si chtějí uložit a srolovat do kufru.

Projekt s názvem Charge Around Australia je především demonstrativní. Jeho cílem je předvést možnosti autory rozvíjené technologie a také jejího možného využití v odlehlých oblastech naší planety.

Autor nápadu Stuart McBaine s sebou během cesty, která má začít v září letošního roku, poveze v kufru totiž velmi dlouhou roli sbalených fotovoltaických článků, dohromady údajně o hmotnosti zhruba 100 kilogramů. Celkem jde o osmnáct velmi dlouhých, flexibilních panelů, každý s délkou necelých 20 metrů. Jak jste asi uhodli, posádka bude panely pravidelně (vlastně každý den) rozvíjet a auto nabíjet s jejich pomocí.

Dvourozměrné tištěné solární panely navrhl tým vědců z univerzity v australském Newcastlu. Panely jsou tenké, lehké plastové role. Tým tvrdí, že je lze vyrobit za cenu nižší než 10 dolarů za metr čtvereční z komerční tiskárny původně používané pro tisk etiket na víno.

Jak nepochybně tušíte, celý nápad má své slabiny, jinak by takové panely používal každý. V čem tkví? Jak jsme již uváděli, Stuart McBain s kolegy se na cestu vydají v září letošního roku. Do svého cíle se mají dostat až na konci roku: cesta po obvodu Austrálie jim bude trvat zhruba tři měsíce. Není to proto, že by záměrně zvolili výletní tempo a celou cestu si tak užívali. Jinak to z technického hlediska nejde: tým bude schopen zhruba denně jet pouze zhruba dvě hodiny, pak bude dalších šest hodin nabíjet.

Proč, když je celková plocha panelů tak vysoká? Neznáme přesně plochu fotovoltaických panelů, které s sebou posádka poveze, ale rozhodně by to mělo být více 300 metrů čtverečních. Pokud by se jednalo o špičkové křemíkové panely s účinnost kolem 20 procent, daly by se od nich očekávat v australských podmínkách v ideálních podmínkách výkon 200 wattů na metr čtvereční. Celkem by tak mohla celá plocha v těch nejlepších podmínkách vyrábět najednou přes 60 kilowattů. Takovým příkonem by se Tesla Model 3 se základní 50kilowatthodinovou baterií dobít do plna zhruba za hodinu.

Na vysvětlení už jste nepochybně přišli dávno sami. V případě „Charge Around Australia“ s sebou účastníci jízdy nepovezou tak účinné panely. Křemíkové panely by ostatně srolovat nešly. V kufru se povezou tedy panely s výrazně nižší účinností. Podle jejich vlastních údajů by se měla pohybovat zhruba mezi 1-2 procenty. Celkový výkon panelů je tedy zhruba desetinový proti tomu, co by mohly nabídnout běžné křemíkové panely. A tedy i ujetá vzdálenost musí být zhruba řádově nižší, někde kolem 100-200 kilometrů denně.

To při realistickém předpokladu, že řidiči během tohoto experimentu pojedou velmi „šetrně“, s velmi lehkou nohou na plynu, takže spotřeba bude výrazně nižší než při běžné jízdě. V experimentu bude přitom použit Model 3, který je jedním z nejšetrnějších elektromobilů vůbec a během příznivého počasí s ním během testeři dosáhli spotřeby kolem 12 kilowatthodin na 100 kilometrů.

Extrémně nízká účinnost použitých solárních článků řadu čtenářů nijak nepřekvapí. Podobné tištěné články bývají z organických materiálů: místo křemíku využívají polovodičových materiálů na bázi uhlíku. Proti křemíku jsou na výrobu (tisk je extrémně levný postup), mohou být ohebné jako umělé hmoty (takže se vejdou do kufru auta) a navíc mohou být průsvitné nebo dokonce průhledné a velmi, velmi lehké. 

Ovšem v praxi se prakticky nepoužívají, protože jejich nevýhody jsou větší než jejich výhody. Tou hlavní nevýhodou není ani tak nízká účinnost, ale nízká trvanlivost. Kdyby byly podobné panely extrémně levné, vlastně by nemuselo vadit, že na elektřinu promění jen malou část dopadajícího světla. Problém je v tom, že v současné době levné organické panely nevydrží tak dlouho, aby se vůbec náklady na ně mohly vrátit. Používané materiály se příliš rychle rozpadají vlivem samotného slunečního záření, vlhkosti a dalších vlivů.

Kdyby se tento problém podařilo odstranit, levné role fotovoltaických článků by si mohly najít své uplatnění na trhu. Pro odlehlá míst třeba právě v Austrálie, kde není problém nedostatek místa, ale právě vzdálenost od centralizovaných zdrojů energie, mohou být opravdu vhodné.

První miniaturní solární parkoviště a nabíjecí centrum pro elektromobily v jednom bylo představeno v anglickém městě Guildfordu, informoval server Smart Cities World.

Toto víceúčelové unikátní parkoviště nazvané Papilio3 je postavené kolem recyklovaného přepravního kontejneru a integruje tři technologie – solární fotovoltaickou výrobu elektřiny, bateriové systémy pro ukládání energie a nabíjecí místa pro elektromobily. Jedno takové parkoviště pak může podporovat až 12 rychlonabíjecích bodů pro elektromobily.

Kombinace tří zmíněných technologií nabízí řadu výhod, jako je možnost využívat energii ze sítě či solární energii. Především však nabíjecí systém se solární energií a baterií optimalizuje rychlost nabíjení a snižuje uhlíkovou náročnost spotřebovávané elektřiny.

Zařízení Papilio3 je vybaveno třemi modulárními stříškami, které podporuje 36 solárních panelů, a má kapacitu baterií až 250 kWh. Vyvinula jej společnost 3ti ve spolupráci s Cambridge Design Partners a bylo navrženo pro nasazení na pracovištích a veřejných místech, jako jsou nemocnice, hotely, místa setkávání, sportovní nebo nákupní centra, turistické atrakce a centra měst.

„Systém Papilio3 nabízí možnost dobití vašeho elektromobilu, zatímco pracujete, nakupujete nebo třeba cvičíte ve fitku,“ míní Tim Evans, zakladatel a generální ředitel společnosti 3ti.

Každá jednotka nabídne chráněné, osvětlené a bezpečné parkování a pohodlné, dostupné a spolehlivé nabíjení elektromobilů, které podporuje kombinaci 7, 11 a 22 kilowattů.

„Věříme, že solární a bateriové nabíjení se stane nejlepším řešením pro nabíjení elektromobilů, především v rámci měst. Elektromobily tak mohou dosáhnout úrovně nabití, která pokryje každodenní potřeby k jízdě, a to s co nejnižšími emisemi,“ dodává Evans.

Německý start-up, který nabízí jednoduchý nákup solární elektrárny pro rodinné domy, získal od investorů 100 milionů euro.

Poptávka po „zelené energii“ v Evropě roste. A to nejen kvůli legislativě a rostoucím cenám energií, někteří zákazníci ji chtějí, a jsou ochotni si za ni připlatit. Už dnes se nabízí zájemců mnoho různých možností, ovšem skutečně si postavit na domě malou „solární elektrárnu“ není vždy úplně jednoduché.

Ale určitě ho lze zjednodušit. Přesně o to se snaží společnost zolar se sídlem v Berlíně, jejímž cílem je „demokratizovat přístup k zelené energii“. „Naším cílem je do roku 2030 zásobovat deset milionů domácností v Evropě solárním systémem nebo obnovitelnou energií,“ uvedl pro novináře šéf společnosti Alexander Melzer.

V tuto chvíli je dost „bohatá“ na to, aby se o to opravdu pokusila: v posledním kole financování totiž získala od investorů 100 milionů eur na další rozvoj. Firma to oznámila v tiskové zprávě.

Společnost zolar, kterou v roce 2016 založili Alex Melzer a Gregor Loukidis, je digitální platforma pro individuální solární řešení přizpůsobená potřebám moderních majitelů domů. Jednoduše řečeno vám nabízí e-shop, ve kterém si můžete jednoduše objednat panely na střechu na několik kliknutí.

Investoři vidí pro společnost Zolar a její solární řešení velmi velký trh: ze 16 milionů rodinných domů a dvojdomů v Německu jich 14 milionů stále nemá solární systém. Přesto jejich majitelé, stejně jako většina Němců, v současné době pravděpodobně usilovně přemýšlejí o alternativách ke konvenčnímu zásobování energií prostřednictvím plynu nebo ropy. Ať už kvůli ochraně klimatu nebo kvůli rostoucím nákladům na energie.

Společnost Zolar ale není ryze digitální byznys. Zajišťuje také řemeslníky pro instalaci panelů – a právě to představuje v současné době asi největší překážku další expanzi. Řemeslníků je příliš málo než, aby stačili zájem zákazníků po alternativních zdrojích energie.

Alexander Melzer, zakladatel a generální ředitel společnosti Zolar, chce podle serveru businessinsider.de tedy využít čerstvě nabytý kapitál k rozšíření stávající partnerské sítě. Ta v současnosti čítá 500 instalačních firem a firmiček; v roce 2025 už by jich mělo být tři tisíce. Do konce letošního roku také společnost zahájí „vzdělávací ofenzívu“ otevřením vlastního školicího střediska, které bude školit další kvalifikované instalační pracovníky.

Společnost zolar také pracuje na dalších produktech, například na systému řízení spotřeby energie pro domácnosti ovládaném aplikací. Aplikace společnosti bude rozšířena o systém správy energie a dynamický tarif elektřiny. Aplikace bude inteligentně řídit dodávky solární energie majitelům domů a zároveň maximalizovat jejich energetickou nezávislost a úspory nákladů. Bude například schopna rozpoznat nejvhodnější dobu pro nabíjení elektromobilu a automaticky spustit proces nabíjení. 

V Portugalsku se ke spuštění připravuje zatím největší plovoucí elektrárna v Evropě.

Po hladině vodní nádrže Alqueva přepravovaly v posledních dnech remorkéry nezvyklý nápad: 12 tisíc solárních panelů o ploše odpovídající čtyřem fotbalovým hřištím. Lesklý ostrov vybudovala největší energetická společnost v zemi, EDP. Je jednou součástí plánu Portugalska snížit závislost na dovozu fosilních paliv, jejichž ceny po ruské invazi na Ukrajinu prudce vzrostly.

Miguel Patena, ředitel skupiny EDP odpovědný za solární projekt, pro agenturu Reuters uvedl, že elektřina vyrobená v plovoucím elektrárně s instalovaným výkonem 5 megawattů (MW) bude stát třetinu toho, co by při dnešních cenách stála elektřina vyrobené v plynové elektrárně.

Plánovaná roční výroba zařízení je zhruba 7,5 gigawatthodin (GWh) elektřiny. Doplňovat by je měly bateriové úložiště energie. „Tento projekt je největším plovoucím solárním parkem na vodní přehradě v Evropě, je to velmi dobré měřítko,“ řekl Patena.

Členka výkonné rady EDP Ana Paula Marques podle Reuters uvedla, že válka na Ukrajině jasně ukazuje nutnost přejít na obnovitelné zdroje energie. Řekla, že projekt Alqueva je součástí strategie EDP „do roku 2030 být stoprocentně zelený“, přičemž vodní elektrárny a další obnovitelné zdroje nyní představují 78 % z 25,6 GW instalovaného výkonu EDP.

Největší portugalská energetická společnost EDP se na rozšíření tohoto druhu obnovitelné energie připravovala již delší dobu. Vroce 2017 instalovala pilotní plovoucí solární elektrárnu na přehradě Alto Rabagao, aby technologii otestovala. Instalace s 840 panely nemá valný energetický smysl, jde pouze o experimentální zařízení. Jako první v Evropě testoval, jak se vodní a solární energie mohou vzájemně doplňovat.

V rámci rozšiřování svého „zeleného portfolia“ firma také již nyní plánuje rozšíření projektu Alqueva. V dubnu získala právo na výstavbu druhého plovoucího parku s instalovaným výkonem 70 MW.

Portugalsko, které je téměř celoročně zalité sluncem a omýváno Atlantským oceánem, je mnohými odborníky a analytiky v oblasti obnovitelných zdrojů energie považováno za ideální místo pro získávání energie z koktejlu přírodních zdrojů: slunce, větru a vody.

Solární parky a větrné turbíny se staly součástí portugalské krajiny již před lety, ale přestože přibližně 70 % vyrobené elektřiny pochází z obnovitelných zdrojů, země je stále závislá na dovozu fosilních paliv, aby uspokojila své energetické potřeby.

Proč na vodě?

Plovoucí „sluneční“ elektrárny mohou mít řadu různých výhod a přínosů v závislosti na místních podmínkách. Například v Japonsku, které je ve využívání „floatovoltaiky“ jedním z průkopníků, bývá hlavním smyslem pro využití těchto systémů nedostatek prostoru a snaha o co nejvyšší využití obnovitelných zdrojů místo drahých (dovážených) fosilních paliv.

I když v Evropě není o místo taková nouze jako v Japonsku, i na Starém kontinentu bychom jistě mohli ocenit elektrárny, které nezabírají půdu, a tedy nikomu nevadí (tedy téměř nikomu, někdo se určitě najde). I když vhodných vodních ploch není k dispozici neomezené množství, rozhodně ne dost na to, aby pokryly evropskou spotřebu elektřiny, podobné projekty by mohly být celkem přímočaře realizovatelné (jak je fotovoltaika obecně).

V teplejších a sušších částech světa může zase přesvědčit snížení odparu. Předběžné informace napovídají, že v takto suchých oblastech může instalace „floatovoltaiky“ (z anglického výrazu „floatovoltaics“, který vznikl složením slov float a photovoltaics) snížit výpar až o 90 %.

To je třeba případ jihozápadu Spojených států amerických, který se již  řadu let potýká s nedostatkem vody v přehradách a vodních nádržích. Podle amerických úřadů je jen na jezeře Lake Mead odpar zodpovědný za ztrátu zhruba 6 % ročního toku řeky Colorado (986 milionů m3 vody) a na jezeře Powell pak jde o více než 1 mld. m3 vody.

Podstatnou výhodou především právě pro teplejší místa světa s vysokým poměrem přímého slunečního svitu (třeba znovu jih USA) je i chladící efekt vody pod elektrárnou. Díky nižším teplotám a chlazení může plovoucí fotovoltaika během horkých dní vyrábět o něco více elektřiny než panely v běžných pozemních solárních parcích.

V tomto případě ovšem záleží do značné míry na konstrukci. Významnější by chladící efekt měl být u tenkých panelů, které voda logicky dokáže lépe ochladit. S tím počítá například společnost Ocean Sun, která postavila v Albánii svůj prototyp plovoucí solární elektrárny postavené na velmi tenké polymerové podložce.

Její plovoucí jednotka se sestává z 1 536 solárních panelů, které mají dohromady instalovaný výkon 0,5 MWp z plochy téměř 4 000 metrů čtverečních. Projekt využívá patentovanou membránovou technologii společnosti Ocean Sun. Solární moduly jsou namontovány na hydroelastických membránách, které údajně nabízejí proti jiným řešením výhody v ceně i výkonu.

Technologie je určena pouze pro relativně dobře chráněné a klidné vodní plochy, jako jsou jezera, fjordy ńebo vodní nádrže. Patentovaný systém se skládá z plovoucí platformy ve tvaru disku ukotvené ke dnu pomocí čtyř kotevních bodů a dvanácti lan. Design je do značné míry inspirován norskými zkušenostmi s aquakulturou, tedy velkochovem ryb v moři.

Každá jednotka se skládá z plovoucího prstence potaženého tenkou membránou z polyetylenu s vysokou hustotou (HDPE). Přestože je membrána silná jen několik milimetrů, snadno unese jak váhu solárních panelů, tak váhu personálu provádějícího instalaci nebo údržbu.

Plovoucí elektrárna na albánské přehradní nádrží Banja (foto Ocean Sun)
Plovoucí elektrárna na albánské přehradní nádrží Banja (foto Ocean Sun)

Díky tomu, že membrána je tak tenká, mohou být panely podle společnosti mohou účinně chladit od vody z vodní plochy pod nimi. To by logicky mělo zvyšovat účinnost panelů především v parných dnech. Šéf společnosti Ocean Sun neuvedl podrobnosti o chemickém složení použitého materiálu, který označil za umělý polymer.

Samotná výroba elektrické energie z těchto instalací může být také svým objemem zajímavá. Dle zprávy Environment 360 by pokrytí pouze 6 % plochy Lake Mead znamenalo dodatečných 3400 MW instalovaného výkonu. V ideálních podmínkách by tedy výkon této „doplňkové“ elektrárny byl vyšší než instalovaný výkon elektrárny na Hooverově přehradě (2074 MW) – která ovšem má samozřejmě tu výhodu, že její výrobu lze do značné míry řídit.

Velký projekt i v Česku

Stavba plovoucích fotovoltaických elektráren by se v brzké době měla rozběhnout i v Česku. Podle zprávy serveru Seznam Zprávy z loňského roku investici do velké elektrárny chystá například skupina Sev.en Energy miliardáře Pavla Tykače na jezeře Marcela na rekultivované výsypce poblíž dosud činného velkolomu ČSA.

Pilotní projekt pod názvem Life Watersolar připravila Sev.en Energy ve spolupráci s Univerzitou J. E. Purkyně a státním Palivovým kombinátem Ústí (PKÚ). Partneři jej představili koncem loňského roku během webináře Aliance pro energetickou soběstačnost.

Plovoucí elektrárna složená ze tří tisíc panelů bude doplněna výrobnou vodíku o výkonu 525 kW. Vodíkový elektrolyzér má sloužit ke zpracování solární elektřiny v době, kdy je jí při příznivých klimatických podmínkách na trhu přebytek a její cena klesá k nule.

Náklady na celý systém jsou podle mluvčí spočteny na 215 milionů korun, část by měla pokrýt dotace z evropského programu Life. Elektrárna má být hotova tak, aby od roku 2028 bylo možné zhodnotit zkušenosti z její výstavby a provozu. Sev.en chce výsledky zužitkovat v budoucích větších projektech.

Česko nemá takový potenciál jako některé jiné země, ale příležitosti jsou i tak zajímavé. Panely například mohou pokrýt jezera, která teprve mají vzniknout zatopením dnešních lomů ČSA, Vršany, Libouš a Bílina na Mostecku. Investoři zvažují tuto možnost také na odkalištích po OKD na Karvinsku.

Plovoucí elektrárnu chce na jezerech na severu Čech budovat i podnikatel Martin Hausenblas. „Plovoucí fotovoltaika je o 36 procent účinnější. Může to být cesta pro náš odklon od uhlí a cesta pro zelenou a perspektivní budoucnosti Ústeckého kraje,“ řekl pro Seznam Zprávy Martin Hausenblas s tím, že na projektu plovoucí fotovoltaiky spolupracuje ČVUT.

Podle studie společnosti Deloitte mohou mít čtyři budoucí podkrušnohorská jezera potenciál solárního výkonu celkem mezi 3,9 až 6,6 gigawattu (rozmezí je odrazem rozptylu mezi realistickým až maximalistickým scénářem). To by podle Deloitte znamenalo, že tyto plovoucí elektrárny vyrobí ročně 4 až 6,8 terawatthodin (TWh) elektřiny ročně. To odpovídá zhruba pěti až osmi procentům současné spotřeby (která do budoucna ovšem téměř určitě poroste i kvůli odklonu od ruských energií).

Zatím v malém

Zatím jsou všem české pokusy se „soláry na vodě“ pouze skromné. V malém měřítku ji zkouší elektrárenská společnost ČEZ na hladině přehrady Štěchovice. V rámci pilotního projektu se na těchto solárních panelech o celkovém výkonu 22 kWp, umístěných v horní nádrži tamní přečerpávací elektrárny, mají ověřit možnosti jejich případného nasazení v budoucích velkých solárních parcích.

Ne, že by ČEZ neměl s fotovoltaikou žádné zkušenosti, další – a s takovou nezvyklou technologií – bude určitě potřebovat. Firma má v plánu do roku 2030 vybudovat obnovitelné zdroje o výkonu až 6 GW, přičemž fotovoltaika má mít na hlavní podíl. Vzniknou na brownfieldech, na pozemcích bývalých dolů, na znehodnocených průmyslových plochách a na půdách nízkých bonit – a pokud štěchovický experiment skončí příznivě, tak dost možná i na vlně některé z přehrad, které ČEZu patří.

Plovoucí fotovoltaická elektrárna skupiny ČEZ na hladině štechovické nádrže (foto ČEZ)
Plovoucí fotovoltaická elektrárna skupiny ČEZ na hladině štechovické nádrže (foto ČEZ)

Během testů chtějí energetici v reálném prostředí zjistit, jak se budou chovat nosné plováky a solární panely v kombinaci s každodenním provozem přečerpávací elektrárny. Letos v létě by se pilotní instalace měla rozšířit do podoby regulérní elektrárny využívající energii ze slunečního záření o výkonu 100 kWp. Celkově by podle ČEZu mohla horní nádrž pojmout solární panely o výkonu až 2,5 MW.

„Skládačka“ ze čtyř řad monokrystalických fotovoltaických panelů vznikla díky spolupráci firem ČEZ Obnovitelné zdroje, PRODECO a vodních elektráren ČEZ. Takzvané stříšky s orientací východ-západ drží nad hladinou horní nádrže více než třicet vzduchem plněných plováků o nosnosti přes 6 tun. Proti rozmarům počasí a neustálému pohybu hladiny nádrže, kterou určuje provoz přečerpávací elektrárny, je celá konstrukce fixována pojezdovými ližinami připevněnými na stěny nádrže.

Skupina australských vědců plánuje ujet se sériovým elektromobilem 9380 kilometrů kolem Austrálie, aniž by navštívili dobíjecí stanici. Vše, co je zapotřebí k dobíjení vozu, si chtějí uložit a srolovat dovnitř do vozu.

Projekt s názvem Charge Around Australia je především demonstrativní. Jeho cílem je předvést možnosti autory rozvíjené technologie a také jejího možného využití v odlehlých oblastech naší planety.

Autor nápadu Stuart McBaine s sebou během cesty, která má začít v září letošního roku, poveze v kufru totiž velmi dlouhou roli sbalených fotovoltaických článků, dohromady údajně o hmotnosti zhruba 100 kilogramů. Celkem jde o osmnáct velmi dlouhých, flexibilních panelů, každý s délkou necelých 20 metrů. Jak jste asi uhodli, posádka bude panely pravidelně (vlastně každý den) rozvíjet a auto nabíjet s jejich pomocí.

Dvourozměrné tištěné solární panely navrhl tým vědců z univerzity v australském Newcastlu. Panely jsou tenké, lehké plastové role. Tým tvrdí, že je lze vyrobit za cenu nižší než 10 dolarů za metr čtvereční z komerční tiskárny původně používané pro tisk etiket na víno.

Jak nepochybně tušíte, celý nápad má své slabiny, jinak by takové panely používal každý. V čem tkví? Jak jsme již uváděli, Stuart McBain s kolegy se na cestu vydají v září letošního roku. Do svého cíle se mají dostat až na konci roku: cesta po obvodu Austrálie jim bude trvat zhruba tři měsíce. Není to proto, že by záměrně zvolili výletní tempo a celou cestu si tak užívali. Jinak to z technického hlediska nejde: tým bude schopen zhruba denně jet pouze zhruba dvě hodiny, pak bude dalších šest hodin nabíjet.

Proč, když je celková plocha panelů tak vysoká? Neznáme přesně plochu fotovoltaických panelů, které s sebou posádka poveze, ale rozhodně by to mělo být více 300 metrů čtverečních. Pokud by se jednalo o špičkové křemíkové panely s účinnost kolem 20 procent, daly by se od nich očekávat v australských podmínkách v ideálních podmínkách výkon 200 wattů na metr čtvereční. Celkem by tak mohla celá plocha v těch nejlepších podmínkách vyrábět najednou přes 60 kilowattů. Takovým příkonem by se Tesla Model 3 se základní 50kilowatthodinovou baterií dobít do plna zhruba za hodinu.

Na vysvětlení už jste nepochybně přišli dávno sami. V případě „Charge Around Australia“ s sebou účastníci jízdy nepovezou tak účinné panely. Křemíkové panely by ostatně srolovat nešly. V kufru se povezou tedy panely s výrazně nižší účinností. Podle jejich vlastních údajů by se měla pohybovat zhruba mezi 1-2 procenty. Celkový výkon panelů je tedy zhruba desetinový proti tomu, co by mohly nabídnout běžné křemíkové panely. A tedy i ujetá vzdálenost musí být zhruba řádově nižší, někde kolem 100-200 kilometrů denně.

To při realistickém předpokladu, že řidiči během tohoto experimentu pojedou velmi „šetrně“, s velmi lehkou nohou na plynu, takže spotřeba bude výrazně nižší než při běžné jízdě. V experimentu bude přitom použit Model 3, který je jedním z nejšetrnějších elektromobilů vůbec a během příznivého počasí s ním během testeři dosáhli spotřeby kolem 12 kilowatthodin na 100 kilometrů.

Ukázka ohedných organických panelů zkoušených na univerzitě v australském Newcastlu (foto Charge Around Australia)
Ukázka ohedných organických panelů zkoušených na univerzitě v australském Newcastlu (foto Charge Around Australia)

Extrémně nízká účinnost použitých solárních článků řadu čtenářů nijak nepřekvapí. Podobné tištěné články bývají z organických materiálů: místo křemíku využívají polovodičových materiálů na bázi uhlíku. Proti křemíku jsou na výrobu (tisk je extrémně levný postup), mohou být ohebné jako umělé hmoty (takže se vejdou do kufru auta) a navíc mohou být průsvitné nebo dokonce průhledné a velmi, velmi lehké. 

Ovšem v praxi se prakticky nepoužívají, protože jejich nevýhody jsou větší než jejich výhody. Tou hlavní nevýhodou není ani tak nízká účinnost, ale nízká trvanlivost. Kdyby byly podobné panely extrémně levné, vlastně by nemuselo vadit, že na elektřinu promění jen malou část dopadajícího světla. Problém je v tom, že v současné době levné organické panely nevydrží tak dlouho, aby se vůbec náklady na ně mohly vrátit. Používané materiály se příliš rychle rozpadají vlivem samotného slunečního záření, vlhkosti a dalších vlivů.

Kdyby se tento problém podařilo odstranit, levné role fotovoltaických článků by si mohly najít své uplatnění na trhu. Pro odlehlá míst třeba právě v Austrálie, kde není problém nedostatek místa, ale právě vzdálenost od centralizovaných zdrojů energie, mohou být opravdu vhodné.

Role panelů v zavazadlovém prostoru by možná mohla pomoci australským řidičům (nebo třeba africkým??) zbavit se úzkosti z dojezdu, která v takových podmínkách může být reálný problém. A možná nejen v Austrálii: průzkum z roku 2021 dospěl k závěru, že v Kalifornii se každý pátý majitel elektromobilu se kvůli problémům s nabíjením svého elektromobilu vrátil k vozu na benzinový pohon. Některým by tedy řešení v podobě přenosné nabíječky mohlo pomoci.

A co když použijete křemík?

Elektromobil se samozřejmě dá nabíjet i jinak než málo účinnými tištěnými panely – ale ani v takovém případě zatím není k dispozici řešení, které by dnešním řidičům stačilo ke spokojenosti. Dnešní stav „automobilů na Slunce“ vystihla loňská jízda elektromobilu „Stella Vita“, tedy „Život z hvězdy“, o které jsme psali v říjnu 2021.  

Jde o výsledek snahy skupiny 22 studentů Technické univerzity v nizozemském Eindhovenu, která se rozhodla představit co nejpraktičtější vůz schopný provozu pouze na sluneční záření. Ten po evropských silnicích ujel během loňského roku 2021 zhruba dva tisíce kilometrů.

Do vozidla, které dostalo název „Stella Vita“ (Život z hvězdy), se vejdou dva lidé, kteří mohou nejen jezdit, ale třeba si uvařit snídani a sledovat televizi díky energii z baterie vozidla. Tým chtěl údajně ukázat, že na ze sluneční energie nemusí vozy jen jezdit, ale cestující z ní mohou i žít. Navržený vůz je vybaven základním vybavením pro bydlení včetně manželské postele, pohovky, kuchyňského koutu a koupelny se sprchou, umyvadlem a toaletou.

Stále ovšem má jít o vůz poháněný Sluncem: má na střeše namontované solární panely a pohání ho pouze sluneční energie. Návrh, který byl údajně hotov v březnu letošního roku, počítal s obytným vozem, který byl co nejaerodynamičtější, nejlehčí a zároveň dobře vypadal.

Vůz byl dokončen v červenci 2021 vozidlo se dočkalo prvních zkoušek na silnici. Začátkem září získal obytný vůz licenci pro provoz na veřejných komunikacích, a ještě téhož měsíce vyrazil na své evropské turné.

Po startu v Eindhovenu se ovšem věci poněkud zvrtly. Na pohled se zdá, že celý program byl přehnaně uspěchaný. Jízda měla pevně daný itinerář, ale vůz evidentně na ni nebyl připraven. Kvůli nespecifikovaným problémům s hnací jednotkou první třetinu naplánované trasy – tedy tisíc kilometrů – nebyl „Stella Vita“ urazit vlastní silou. Ne zrovna hvězdný výkon…

Opravy se nakonec zdařily, a dnes 15. října tak nezvyklý obytný vůz dorazil na místo určený, tedy do města Tarifa na jižním cípu Španělska. Nakonec tak dokázal ujet po evropských dálnicích a silnicích téměř 2 000 kilometrů bez zastávky bez připojení k nabíječce.

Vozidlo má baterii o maximální kapacitě 60 kWh. Protože jde o specializovaný design s nízkou hmotností (při délce sedmi metrů jen 1700 kg), dokáže na ni běžně ujet kolem 600 kilometrů i bez dobíjení (tedy třeba v noc či pod zataženou oblohou). Spotřeba číní tedy zhruba 10 kWh na 100 kilometrů. To je téměř o polovinu méně než u větších elektrických osobních vozů typu Jaguar E-Pace.

V praxi jezdil tým údajně v průměru trasy dlouhé kolem 300 kilometrů. Maximální rychlost činila prý 120 kilometrů za hodinu, ale vzhledem k nízké spotřebě je vyloučeno, že by se „Stella Vita“ takovou rychlostí pohyboval většinu cesty. To by její koeficient aerodynamického odporu musel být opravdu nerealisticky nízký. Je mnohem pravděpodobnější, že skutečná rychlost byla spíše poloviční (60-70 km/h?), ale bohužel nevíme přesně. K dohledání tento údaj není.

Během slunečných dní se tento dojezd údajně může navýšit zhruba o necelou čtvrtinu. Tým uvádí na svých stránkách přesně 130 kilometrů. Zhruba sedmimetrový vůz má totiž na střeše celkem úctyhodnou fotovoltaickou elektrárnu, která má za normálních okolností plochu cca 8,8 metrů čtverečních. To je více než mají některé rodinné domy. Panely o takové ploše by za příznivých podmínek skutečně mohly dodávat za hodinu něco před 2 kilowatthodiny, a tedy navýšit dojezd o necelou čtvrtinu.

Ale dobíjení baterie by tímto způsobem trvalo nejméně několik dní, i kdyby bylo počasí příznivě nakloněno. Když tedy vůz zaparkuje, může se zvednout výsuvná střecha vozu. Nejen, že díky tomu mohou cestující uvnitř stát, ale zároveň se z boků vysunou další solární panely. Tím se jejich zdvojnásobí plocha palubní solární „elektrárny“ z již zmíněných 8,8 metrů čtverečních na 17,5 metrů čtverečních. To pak stačí k tomu, že by se baterie měla dát plně dobít i z nízkých hodnot během dvou až tří dnů.

V nové studii vědci představili rekordní systém na přeměnu tepla na elektřinu s účinností více než 40 %. Podle autorů práce by s jeho pomocí mohlo jít vytvořit „teplotní baterie“. Ovšem v současné krizi technologie nepomůže.

Většinu elektřiny na světě dnes vyrábí turbíny. Páře, které je pohání, dodává energii teplo uvolněné nejčastěji spalováním, případně štěpěním atomových jader. Pára pak roztáčí hřídel rotoru generátoru, který mění kinetickou energii na elektřinu. Turbíny jsou elegantní a téměř k dokonalosti dovedená zařízení. Jejich průměrná účinnost se pohybuje někde mezi 35 až 40 procenty. Jejich efektivita se sice zlepšuje, především díky novým materiálům, ovšem jen velmi pomalu a krůček po krůčku.

Někteří odborníci se ovšem domnívají, že se rýsuje jiný postup, díky kterému by mohla výrobu elektřiny z tepla být efektivnější. Jde o tzv. termofotovoltaické články, které vyrábějí elektřinu z infračerveného (tedy tepelného) záření. Na rozdíl od turbín jde o zařízení, které nemá žádné pohyblivé části a – alespoň hypoteticky by mělo být jednodušší, levnější a snad i účinnější než řadě dnešních energetických systémů.

Srdcem termofotovoltaických generátorů bývá válec z wolframu s množstvím vyleptaných nepatrných otvorů. Ve válci se při vysoké teplotě spaluje palivo (příkladem může být methan). Válec – nazývaný emitor – se tak zahřívá na vysokou teplotu, až kolem 1300 °C. Válce tak září v infračerveném spektru. To dopadá na fotovoltaický článek, které přemění energii dopadajícího elektromagnetického záření přímo na elektrický proud.

Od jednotek k desítkám

Díky těmto a dalším „trikům“ se zkraje podařilo účinnost termofotovoltaiky poměrně dobře zvyšovat. Když v 60. letech 20. století byly postaveny první články tohoto typu, přeměňovaly tepelné záření na elektřinu s účinností pouze jednotek procent. V roce 1980 se účinnost zvýšila na přibližně 30 % a od té doby se v podstatě nezměnila.

Důvodů je více. Kromě nízkého zájmu o téma mimo jiné i proto, že wolfram a další kovy obvykle vyzařují po zahřátí fotony v širokém spektru, od vysokoenergetického ultrafialového záření po nízkoenergetické vzdálené infračervené záření. Všechny fotovoltaické články, včetně těch používaných v termofotovoltaice – jsou však optimalizovány tak, aby absorbovaly fotony v úzké části spektra. To znamená, že světlo s vyššími a nižšími frekvencemi se z rozžhaveného kovu vyzařuje bez užitku.

Problém do jisté míry řeší zrcadla. Infračervené záření před dopadem na článek prochází speciálním flitrem. Ten propouští jen vybrané vlnové délky, zatímco zbytek odráží zpět do emitoru (tedy onoho wolframového válce). Tím se zvyšuje teplota kovu a účinnost celého procesu roste. Ztrátám se ovšem nelze vyhnout ani tak.

Autoři nové studie se rozhodli s technologií „pohrát“ tak, aby řešení ještě vylepšili. Experimentovali jak se samotnými emitorem, tak i články na přeměnu energie. Rozhodli se zvýšit teplotu válce až o tisíc stupňů, tedy až na 2 400 °C. Původní teplota byla zvolena proto, že při ní wolfram vyzařuje největší část infračerveného světla v pásmu příhodném pro fotovoltaiku.

Ovšem při vyšších teplotách wolfram zase vyzařuje elektrony s vyššími energiemi, konkrétně s energiemi 1 až 1,4 elektronvoltu. A to by mohlo znamenat vyšší účinnost celého systému.

Elektronvolt (eV) je jednotka energie, často se s ním můžete setkat také jako s jednotkou hmotnosti. Je roven energii, kterou získá elektron urychlený ve vakuu napětím jednoho voltu. A protože mezi energií a hmotností existuje pevný vztah (slavné E=mc2), lze jednotku energie použít i k vyjádření hmotnosti. Správně by se mělo v takovém případě psát eV/c² (tedy lomeno druhou mocninou rychlosti světla), podle nepsané fyzikální konvence se ovšem tato část vynechává.

Jednotka se používá pro vyjádření hmotnosti jednotlivých částic i proto, že výsledná čísla jsou mnohem lidštější, než kdyby se pracovalo se zlomky kilogramu. Porovnejme si to na příkladu elektronu: ten má hmotnost buď 511 kiloelektronvoltů nebo 9,11×10-31kilogramu. A jeden proton váží 0,931 gigaelektronvoltu (při rychlém počítání z hlavy to jde zaokrouhlit na jedna). S čím by se vám pracovalo lépe?

Tým autorů nového článku v čele Asegunem Henrym z americké techniky MIT, ovšem také věděl, že musí změnit i samotný článek. Ovšem od 80. let technologie fotovoltaických článků notně pokročila. Dnes existují postupy, které tehdy k dispozici nebyly.

V tomto případě experimentátoři na sebe pečlivě „nakladli“ několik desítek tenkých vrstev vybraných materiálů, aby jim vznikly de facto dva články nad sebou, tedy tzv. článek tandemový.

Horní článek absorbuje převážně viditelné a ultrafialové fotony, zatímco spodní článek absorbuje převážně infračervené záření. Pod spodním článkem je tenká zlatá vrstva, která funguje jako zrcadlo pro fotony s nižšími energiemi, jež články nezachytily. Tyto částice se tedy vrací zpět do materiálu, a pomáhají udržovat jeho teplu.

Ve výsledku pak jejich experimentální laboratorní zařízení (k nějakému sériovému je daleko) dokáže přeměnit v elektřinu 41,1 procent energie vyzařované wolframovým vláknem o teplotě 2400 °C. 7

Autoři si navíc myslí, že existuje poměrně jasná cesta, jak účinnost nadále navyšovat. V roce 2020 totiž v jiném čísle stejného vědeckého časopisu Nature tým odborníků z univerzity v Michiganu popsal výrazně dokonalejší zrcadlo na „neužitečné“ fotony, než jakým byl vybaven článek z MIT.

Pokud se skutečně podaří dosáhnout 99procentní účinnosti, kterou zmíněná práce popisuje, zlepšení účinnost celého termofotovoltaického systému by mohlo být zásadní, odhadoval Henry pro časopis Science: „Myslíme si, že máme jasně narýsovanou cestu k dosažení 50procentní účinnosti.“ Kombinace takového reflektoru s novou termofotovoltaikou by mohla podle propočtu autorů vést k účinnosti více než 56 procent při teplotě emitoru 2 250 °C.

Maximální účinnost ale nemusí být nutně nejlepším řešením. V experimentálním zařízení byly použity fotovoltaické články z drahých materiálů, jako je galium. V energetice jde ovšem hlavně o cenu – pokud by se podařilo vytvořit systém třeba s nižší účinností, ale z výrazně levnějších materiálů, byl by to rozhodně krok vpřed.

Rozpálená baterie?

Pokud se opravdu výsledky potvrdí, bude asi dnes polozapomenutí pole termofotovoltaiky stát za bližší pohled, za větší investice a další vývoj. Na papíře totiž zatím možnosti vypadají fantasticky: „Náklady na systém výroby energie založený na turbíně se obvykle pohybují v řádu 1 USD za watt. V případě termofotovoltaiky však existuje potenciál snížit je na řádově 0,10 USD za watt,“ řekl Henry pro časopis IEEE Spectrum.

Nad jeho matematikou lze hodně diskutovat, protože výsledek závisí na řadě externích faktorů, které s technologií samotnou nemají nic společného. Ovšem efektivní a jednoduchý systém přeměny tepla na elektřinu by si nepochybně mohl najít své využití.

Bude mít samozřejmě svá omezení: vzhledem k provozním teplotám ho nelze použít vždy a všude. Klíčovou potenciální aplikací pro tyto nové termofotovoltaické články by podle Henryho a jeho kolegů mohla být „tepelná baterie“ pro síťové použití. Tedy jednoduše řečeno veliké baterie, které slouží ke skladování silové elektřiny.

V představě autorů by takový systém by přebytečnou elektřinu z obnovitelných zdrojů (či jiných, ovšem hlavně těch obnovitelných, protože ty mají největší přebytky), ukládal do důkladně tepelně izolovaných baterií z materiálu, jako je křemík nebo grafit. Když by byla energie potřeba, například během podmračených dnů, nebo jednoduše večer či v noci, termofotovoltaické články by přeměnily toto teplo na elektřinu a na požádání by ji odeslaly do elektrické sítě.

Aby takové zařízení dávalo smysl, musí být veliké a výkonné, aby se plně využila (zatím tedy jen hypotetická) efektivita procesu přeměny elektřiny na teplo a zpět. Autoři velmi optimisticky odhadují, že při použití vhodného materiálu (za ideální označují grafit) by termální baterie mohly být cenově konkurenceschopné. „Myslím, že nejdůležitějším důsledkem je, že termální baterie mohou pokročit v komercializaci i při nám demonstrované úrovni výkonu článků,“ řekl Henry pro IEEE Spectrum.

Podle nich by se předpokládané investiční náklady pohybovaly pod dnes těžko uvěřitelných 10 dolarů za kilowatthodinu. Lithiové baterie pro síťová úložiště dnes lze dnes pořídit pouze za ceny více než desetinásobně vyšší. Takto levné baterie by mohly učinit obnovitelné zdroje energii cenově konkurenceschopnými s fosilními palivy ve velké části světa a dost možná i po velkou část dne. (I termální baterie přichází o část uložené energie – jednoduše chladnou – takže je nelze používat ke skladování opravdu dlouhodobému. Podle odborníků by ale při dostatečných rozměrech a dobré konstrukci mohly energie s rozumnou efektivitou uchovat až po jednotky dnů).

Dodejme, že zatím je ale o zavádění do praxe předčasné hovořit. Zařízení v nové studii mají velikost asi centimetr čtvereční. Pro systém termálních baterií v síťovém měřítku si Henry představuje termofotovoltaické články o velikosti zhruba 1 000 metrů čtverečních. To už je úplně jiný problém.

Autoři práce tvrdí, že jsou na něj ovšem do velké míry připraveni. Tým například také postavil keramická čerpadla, která si poradí s ultra vysokoteplotními kapalnými kovy. Jinak řečeno, autoři nové práce se snaží udělat hlavní kroky k vytvoření životaschopného systému pro ukládání tepla ve velkém, v podstatě průmyslovém měřítku.

Ostatně Henry nedávno založil start-up Thermal Battery Corp. s cílem komercializovat technologii své skupiny, která by podle jeho odhadu mohla ukládat elektřinu za 10 dolarů za kilowatthodinu kapacity. S takovou cenou by mohlo být z termálních baterií v budoucnosti velmi horké zboží.

Kombinací dvou technologií vznikl solární článek, který prokazatelně vyrábí elektřinu i během temné noci. Jde ovšem o laboratorní „trik“, který se v praxi rozšíření těžko dočká. Alespoň v dohledné době.

Výroba elektřiny za slunečního záření je dnes běžná. Panely mohou být (a podle všeho brzy budou) ještě levnější a zřejmě i účinnější, na principu se ovšem nic nezmění. Články vyrábí elektřiny díky tomu, že některé atomy mohou zachytit fotony slunečního světla, a pak v reakci vyzářit volný elektron. Díky vhodné konstrukci prostředí v článku se tyto elektrony hromadí v jedné vrstvě článku. V druhé vrstvě je pak převaha „děr“ po elektronech, a mezi oběma vrstvami v důsledku vzniká napětí.

V noci tak z principu nemohou fotovoltaické paney fungovat – nebo alespoň ne dobře. Během velmi jasných nocí s úplňkem lze na panelech naměřit velmi malé množství výkonu. Napříkald kutilovi CodyDon Reederovi se podařilo během jednoho „superúpňku“ ze soustavy několika panelů o celkovém výkonu 1,8 kilowattu napájet malý digitální budík. (Ale třeba malou LEDku už ne.)

Větších výkonů lze dosáhnout jen fyzikálním podvodem, tedy nasvěcováním panelů nějakým zdrojem světla. Jde ovšem o krajně neúčinný proces, který se – navzdory obecnému přesvědčení – zřejmě neděl ani v dobách vysokých výkupních cen z fotovoltaiky.

Hojně medializovaná noční výroba ze solárních elektráren ve Španělsku v objemu dokonce několika gigawatthodin, byla podle dalších vyšetřování kolosální chyba. Chyba daná do značné míry tím, že majitelé fotovoltaiky zjevně vůbec nedbali na to, aby si hlídali, kdy elektřinu do sítě posílají. Na výkupní cenu to nemělo žádný vliv, a tak čát například měla na svých měřácích poledne nastavené jako půlnoc.

Existuje ovšem solárních panely, která dokáže vyrobit elektřinu, tedy trochu elektřiny, i během bezměsíční noci – pomáhá si ovšem trikem: takový článek dokáže vyrobit elektřinu nejen ze světla, nýbrž i z tepla.  Jak v praxi funguje, popsala nedávná práce vědců ze Stanfordovy univerzity.

Pomáhá v noci i ve dne

Základem jejich zařízení je běžný křemíkový článek. Autoři práce ho v podstatě pouze doplnili o jednoduchý termoelektrický generátor. Jde o jednoduché zařízení, které slouží k přímé přeměně tepla v elektřinu.

Tento tepelný stroj má velké výhody v tom, že je levný, jednoduchý, robustní a spolehlivý, protože neobsahuje vůbec žádné pohyblivé součásti. A má také jednu obří nevýhodu: celý proces je velmi málo účinný. Typická účinnost těchto zařízení se pohybuje někde nad pět procent. Což je tak málo, že praktické využití takových zdrojů energie je velmi omezené.

Někteří odborníci ovšem stále chovají naději, že se může podařit najít dostatečně levné, a přitom účinné materiály, díky kterým by se termoelektrické generátory mohly dočkat výrazně většího rozšíření. Nejspíše by samozřejmě mohly sloužit k výrobě elektřiny z tepla, které je „zadarmo“, tedy tepla odpadního.

Přesně to je případ i jejich využití ve fotovoltaických panelech. Ty se během dne na slunci pochopitelně zahřívají. To nejen snižuje jejich účinnost, ale teoreticky také dává příležitost termoelektrickým systémům, aby svou měrou přispěly k výrobě elektřiny. Panely jsou totiž teplejší než okolí, a tohoto rozdílu teplot dokáže termoelektrický generátor využít.

Autoři ze Stanfordovy univerzity potvrdili obecně známý a celkem jasný fakt, že tmavé „sluneční panely“ se na slunci skutečně dobře zahřívají. Jejich experimentální „duální“ panel byl (během měření v říjnu loňského roku) zhruba o 15 °C teplejší než okolí. Výroba panelu se ovšem zvýšila pouze zhruba o 1,3 wattu na metr čtvereční – tedy o méně než jedno procento. To dobře demonstruje, jak neúčinné jsou dnes termoelektrická zařízení.

V noci je pak situace přesně opačná: panely jsou o něco chladnější než okolí. Týká se to především bezmračných nocí, při kterých dochází k jevu známému jako sálání proti obloze. Každý člověk, budova a objekt na Zemi vyzařuje teplo, ale naše atmosféra se chová jako deka, záření z velké části zachycuje, a teplo tedy zadržuje.

Pro infračervené záření určitých délek (8 až 13 mikrometrů) je naše atmosféra je pro ně dobře průhledná, a tak snadno unikají do chladného vesmíru. Pod jasnou noční oblohou tedy mohou být povrchy o něco chladnější než okolí – jak moc, to záleží na tom, kolik záření o těchto vlnových délkách „vyzáří“. (Dají se postavit materiály, které jsou v tomto pásu velmi „aktivní“, o tom dále.)

Fotovoltaické panely nejsou samozřejmě stavěny primárně na to, aby v noci byly co nejchladnější. Přesto bývají. Během oněch několika nocí, ze kterých máme od autorů práce dostupné výsledky měření, byla teplota panelů o zhruba 3 °C nižší než teplota okolí.

Rozdíl je tedy výrazně nižší než ve dne, z čehož samozřejmě plyne, že nižší jsou také naměřené hodnoty výroby elektřiny. A to výrazně nižší: termoelektrický generátor z tohoto rozdílu teplot dokázal vyrobit zhruba 0,05 wattu na metr čtvereční. To je výkon, který lze velmi spolehlivě měřit a prokázat, ale praktický význam v podstatě nemá.

Jak uznávají i sami autoři, při takovém výkonu se mnoho upotřebení najít nedá. Možná by to mohlo stačit na napájení nějakého slabšího LED světla. I když celý experimentální systém byl velmi jednoduchý a levný, praktické využití si pro něj těžko představit.

Výrobci fotovoltaických panelů se sice neustále snaží posouvat výkony svých zařízení, ale podobná vylepšení musí být taková, aby je bylo možno co nejjednodušeji integrovat do procesu výroby. Přidat do ní další, úplně nový krok kvůli tak malému navýšení výkonu velký smysl nedává.

Ale na chlazení?

Stejná skupina, která zkoušela článek s termoelektrickým generátorem, ovšem před několika lety ukázala jiný zajímavý způsob, jak by se „sálání proti obloze“ dalo využít pro ukojení lidského hladu po energiích (technologii jsme již popisovali ve starších textech).

Mělo by to být možné s pomocí tzv. „superchladivých“ materiálů. Jejich podstata je přitom jednoduchá: v podstatě jde o materiály, které odrážejí co nejvíce světla ve všech oblastech spektra mimo 8–13 µm části infračerveného spektra. To jen proto, aby se na běžném světle tento materiál nezahříval příliš. Ve vybrané oblasti naopak teplo z okolí přímo „hltá“. Ovšem pouze proto, aby ho pak mohl vyzářit přímo do vesmíru, samozřejmě za podmínky, že panely jsou pod širým nebem a namířeny do vesmíru.

Materiály tak ve dne i v noci mohou být výrazně chladnější než okolní vzduch, přičemž během noci rozdíl znatelnější. Rozdíl může činit až 10 °C v suchých a horkých oblastech. Tam, kde je vzduch vlhčí, což by byl případ třeba našich zeměpisných šířek, efekt není tak výrazný.

Nápad na využití tohoto typu sálání k pasivnímu chlazení lze podle článku v časopise Nature vystopovat k práci tehdy doktoranda Aaswatha Ramana z roku 2012. Během příprav dizertace se vlastně se tak trochu „bokem“ začala čistě teoreticky zajímat o to, jaké vlastnosti by musel mít materiál, který by se dokázal tímto způsobem pasivně ochladit i na přímém slunce.

Panely na střeše obchodu Howard Bisla v kalifornském Sacramentu (kredit: Jyotirmoy Mandal)
„Superchladivé“ panely na experimentální instalaci na střeše obchodu Howard Bisla v kalifornském Sacramentu (kredit: Jyotirmoy Mandal)

Jeho výpočty odhalily, že aby takový zatím jen hypotetický materiál více vyzařoval dost, stačí, aby byl odrazivější než běžná bílá barva. Jinak řečeno, měl by reflektovat alespoň 94 % dopadajícího slunečního záření v pásmu od 200 nanometrů do 2,5 mikrometrů. V již zmíněném infračerveném pásmu „chladivého okna do vesmíru“ (tedy v pásmu 8–13 mikrometrů) by pak musel být materiál prakticky dokonalý: musí se vyzářit prakticky 100 procent veškerého dopadajícího záření v této oblasti. Stačí jen o něco méně a materiál se bude ohřívat.

Raman své výsledky konzulovat s kolegou Shanhuiem Fanem (který je podepsaný i pod prací o kombinaci fotovoltaického panelu a termálního článku). A výsledek jejich debaty byl jasný – takový materiál by skutečně mohl vzniknout. Musí být ovšem být ovšem od základ navržený přesně s tím účelem: musí obsahovat takové „nanostruktury“, které umožní průchod jen světla těch vlnových délek, které má materiál pohlcovat.

Práce začala teoretickými výsledky. Vědci přesně spočítali, jak by povrch „superchladivého“ materiálu měl vypadat (výsledky vyšly v roce 2013 v odborném časopise Nano Letters). Na další práci se jim podařilo sehnat grant od americké agentury ARPA-E, jejímž úkolem je financovat trochu „šílené“ nápady, které sice nemusejí úspět, ovšem v případě úspěchu mohou znamenat velkou změnu.

Protože rozpočet nebyl neomezený, vědci proti původnímu návrhu materiál nakonec ještě zjednodušili. Využili osvědčených materiálů, když složili nad sebe vrstvy velmi odrazivého materiálu (oxid hafničitý) s méně odrazivými vrstvami (ty byly skleněné). Práce se vydařila: při slunečním příkonu byl panel z jejich „sendviče“ kolem 850 W/m2 byl o 5 °C chladnější než okolní vzduch. (Hodnota slunečního příkonu 850 W/m2 není nijak intenzivní slunce, protože během letního poledne v našich zeměpisných šířkách na povrch může dopadat až zhruba 1000 W/m2. Zadavatel grantu byl s výsledkem spokojen, a tak na základě tohoto výsledku v následujících letech dosáhlo na financování ještě několik dalších podobných projektů.

Uspěli i další

Jeden z nich byl například z díly Coloradské univerzity. Tamní skupině se podařilo výkony „superchladivých“ materiálů ještě vylepšit. Jejich panely dokázaly z jednoho metru čtverečního povrchu vyzářil i během poledne 93 wattů z metrů čtverečního místo 40 wattů Ramana a Fana.

Zajímavé bylo i složení vzniklého materiálu: podařilo se ho vytvořit totiž poměrně levně a jednoduše. Základní suroviny pro výrobu byly plast a skleněné kuličky s průměrem zhruba několika mikrometrů. To samozřejmě není náhodně zvolené číslo; při této velikosti totiž intenzivně vyzařují právě v pásmu 8–13 mikrometrů.

Jak se tedy ukazuje „superchladivé“ materiály nemusí být nijak superdrahé. Existuje totiž řada molekul s relativně běžnými chemickými vazbami (například uhlík-uhlík či uhlík-fluor), které v této oblasti intenzivně září. Jedním příkladem je vytvoření „superchladivého“ dřeva, které také vzniklo na Coloradské univerzitě.

Dřevo obsahuje makromolekuly, které mají vhodné vlastnosti, musí se ovšem vhodně upravit. Je nutné ovšem ho zbavit ligninu, tedy molekuly, která mimo jiné dává dřevu jeho typickou barvu. Vznikne tak bílé dřevo, které se na slunci téměř nezahřívá. Protože lignin také přispívá k pevnosti tohoto přírodního materiálu, je nutný ještě další krok. Materiál se musí stlačit, aby se zpevnilo.

Tento i další nápady na využití „superchladivých“ materiálů se dnes pokouší prosadit do praxe několik malých začínajících firem, obvykle akademických spin-offů. Zatím jde ovšem pouze o nesmělé kroky, protože technologie má pořád své problémy.

Například to, že chladí, i když se to nehodí. Když teploty klesnou, „superchladivé“ panely by mohly zvyšovat náklady na vytápění. Jedna skupina navrhovala tomu čelit tím, že póry v materiálu na zimu se vyplní izopropanolem. To změní vlastnosti natolik, že ten začne teplo naopak pohlcovat a tedy spíše pomáhat vytápět. Ale nevíme, zda a případně s jakým výsledkem se zkoušel postup v praxi.

Hlavní otázkou ovšem samozřejmě bude cena. Pokud probíhající experimenty ukážou, že podobné materiály mohou ve vhodném klimatu pomoci ušetřit svým majitelům peníze (tedy spíše na poušti než v českých luzích a hájích), nakonec si své místo na slunci najdou.

Britská vláda se údajně vážně zabývá nápadem na vybudování rozsáhlé solární elektrárny na oběžné dráze Země. Projektu v hodnotě 16 miliard liber (zhruba půl bilionu korun) potvrdil tamní ministr pro vědu, výzkum a inovace.

George Freeman, bývalý specialista na rizikové investice, který byl v loňském roce jmenován britským vědeckým ministrem, se podle The Times sešel se skupinou, která chce na oběžné dráze vybudovat solární elektrárnu, která by chtěl na oběžné dráze postavit výrobnu čisté energie.

Jak by měla fungovat a kdy by se podmračená Británie měla energie z míst, kde Slunce opravdu nikdy nezapadá, měla dočkat?

Starý nápad

Myšlenky na vytvoření vesmírných elektráren jsou více než 100 let staré. Zřejmě jako první totiž před více než stoletím s nápadem přišel Konstantin Ciolkovskij. V roce 1941 pak vydal spisovatel science fiction Isaac Asimov povídku s názvem “Rozum”. Byl to varovný příběh o robotice a umělé inteligenci, ale dnes se na něj vzpomíná také pro zvláštní prostředí, ve kterém se odehrával: vesmírnou stanici, která shromažďuje sluneční energii a posílá ji na zemský povrch s pomocí mikrovlného vysílače.

jako inženýrský koncept jej poprvé navrhl česko-americký vědec Peter Eduard Glaser (1923–2014). Tento u nás málo známý žatecký rodák emigroval po komunistickém převratu v roce 1948, a v USA se věnoval právě kosmu. V roce 19|68 představil svou myšlenku na tzv. Solar Power Satelite, na který si dokonce v roce 1973 (samozřejmě poněkud zbytečně) nechal vystavit patent.

Podle něj měly sluneční elektrárny být umístěny na geostacionární dráhu ve výšce asi 36 tisíc kilometrů nad rovníkem, kde by mohly zachycovat sluneční záření téměř bez přestávek, aniž by mělo vliv střídání dne a noci. Glaserovu myšlenku rozpracovaly konstrukční týmy firmy Boeing a později Marshallova kosmického střediska NASA, Ministerstva energetiky USA a NASA – ale vždy jen na papíře, protože v praxi ji stále celá řada překážek. Tou hlavní je samozřejmě cena, druhou pak otázka, jak dostat energii na Zemi. Ale o tom dále.

Základní koncept je jednoduchý. Základním prvkem je umělá oběžnice vybavenou solárními panely. Fotovoltaické panely vyrábějí elektřinu. Která by pak měla být podle nejrozšířenějších představ přenášena na Zemi prostřednictvím mikrovln (či jiného typu elektromagnetického záření). K přeměně tohoto záření na elektřinu, která je následně dodávána do elektrické sítě, se používá pozemní anténa.

Hlavní výhodou by mělo být, že vhodně umístěná vesmírná solární elektrárna na oběžné dráze může být osvětlována Sluncem 24 hodin denně, a proto by mohla vyrábět elektřinu nepřetržitě. Pozemské fotovoltaické výrobny jsou možné vyrábět elektřinu pouze během dne a jsou ještě závislé na počasí. Vzhledem k tomu, že podle předpokladů celosvětová poptávka po energii vzroste do roku 2050 téměř o 50 %, mohla by vesmírná solární energie pomoci uspokojit rostoucí poptávku po světové energetice a bojovat proti zvyšování globální teploty.

Jak na to

Vesmírnou solární elektrárnu si inženýř obvykle představovali jako velkolepé technické. Často podle kresebe či návrhů mělo jít o obří příhradové konstrukce, obvykle měřené v kilometrech (nebo mílích, podle toho, v které zemi vznikaly), na nichž byly připevněny fotovoltaické panely nebo zrcadla, které pohlcovaly nebo koncentrovaly sluneční světlo a přeměňovaly je na stejnosměrný proud.

Velkou nevýhodou je, že k vybudování jediného zařízení mohlo být zapotřebí desítek či stovek startů. Ačkoli tedy solární energie z vesmíru má být v dlouhodobém horizontu nízkoemisní, její počáteční uhlíková stopa je značná.

Doprava všech částo konstrukce do vesmíru byla tedy obtížná, nákladná a zatěžuje životní prostředí. Ve skutečnosti tedy všechny dosavadní projekty byly příliš nákladné, než aby měly šanci uspět v oboru, ve kterém platí jedno základní pravidlo: že výsledný produkt (energie) by měla být primárně co nejlevnější.

Některé problémy se daří řešit. Například hmotnost solárních panelů se podařilo do jisté míry vyřešit vývojem ultralehkých solárních článků (solární panel se skládá z menších solárních článků). Díky pokroku v klíčových technologiích, včetně lehkých solárních článků, bezdrátového přenosu energie a robotiky se podle názoru některých odborníků výrazně přiblížily praktické realizace.

Finanční bilanci by mohlo vylepšit i nasazení vícenásobně použitelných raketových nosičů. Ceny startů v posledním desetiletí skutečně klesají, a společnost SpaceX se dušuje, že s nástupem jejího dalšího nosiče (Starship), dojde k dalšímu razantnímu poklesu. Bude lepší slibům tak úplně nevěřit, ale možná na nich alespoň část pravdu skutečně může být.

Jak by to mělo vypadat?

I kdyby se opravdu podařilo vesmírnou elektrárnu vybudovat, její provoz bude čelit i několika praktickým výzvám. Solární panely by mohly být poškozeny kosmickým odpadem. Panely ve vesmíru navíc nejsou chráněny zemskou atmosférou. V důsledku výrazně intenzivnějšímu slunečnímu záření znamená, že budou degradovat rychleji než ty na Zemi. Jejich výkon by tedy měl dále klesat.

Dalším problémem je účinnost bezdrátového přenosu energie. Přenos energie na velké vzdálenosti – v tomto případě ze solární družice ve vesmíru na zem – je obtížný. Při použití současných technologií by se na Zemi dostala jen malá část nashromážděné sluneční energie.

V rámci projektu Space Solar Power Project v USA se vyvíjejí vysoce účinné solární články a systém konverze a přenosu optimalizovaný pro použití ve vesmíru. Námořní výzkumná laboratoř v USA testovala v roce 2020 ve vesmíru solární modul a systém na přeměnu elektřině na záření. Čína mezitím oznámila pokrok na své vesmírné solární stanici Bishan, jejímž cílem je mít funkční systém do roku 2035.

Nu, a jak jsme již uvedli, ve Spojeném království je koncept vývoje solární energie ve vesmíru považován za životaschopný, třeba na základě nedávné zprávy společnosti Frazer-Nash Consultancy s celkovým rozpočtem zhruba 16 miliard liber. Očekává se, že projekt bude zahájen zkouškami v malém, které povedou k funkční solární elektrárně v roce 2040.

Podle dnešních předtav by samotná elektárně měla mít průměr 1,7 km a hmotnost přibližně 2 000 tun. Výkon elektrárny by měl mít kolem 2 GW. Na papíře je to poměrně vysoké číslo, ovšem ve skutečnosti je to poměrně malý příspěvek k výrobní kapacitě Spojeného království (celkový výkon britských elektráren je činí 76 GW). Pozemní anténa je velmi rozměrná – zhruba 6,7 km na 13 km. Vzhledem k tomu, jak málo je půdy ve Velké Británii je poměrně pravděpodobné, že bude umístěna na moři.

Američtí soukromíníci to zkouší také

Britská snaha má mít soukromou konkurenci. Stojí za ní Donald Bren, jeden z nejbohatších amerických developerů. Devětaosmdesátiletý Bren vydělal většinu svého jmění – odhaduje se na 15,3 až 16,1 miliardy dolarů – budováním kanceláří a domů v Orange County v Kalifornii. Je většinovým vlastníkem ikonické budovy MetLife v New Yorku.

Kalifornský technologický institut v srpnu 2021 oznámil, že Bren a jeho žena Brigitte věnovali škole od roku 2013 více než 100 milionů amerických dolarů určených právě na výzkum získávání fotovoltaické energie z oběžné dráhy.

Tým z Caltechu usiluje o první vypuštění testovacího prototypu na konci roku 2022 nebo 2023. Má jít o nový typ konstrukce, který má znamenat výrazné snížení hmotnosti systémů. Namísto hmotnosti kolem kilogramu na metr čtvereční, které předpokládaly plány z posledních desetiletí, je podle vědců pracující za Brenovy peníze vyrábět možné vyrábět systémy s hmotností v rozmezí 100 až 200 gramů na metr čtvereční. A údajně mají i plán, jak se dostat do rozmezí 10 až 20 gramů na metr čtvereční.

asi největší změna v myšlení spočívá ve výrobě modulárních solárních konstrukcí. Lehké gallium-arsenidové fotovoltaické články by se připevňovaly na “dlaždice” – základní jednotku návrhu Caltechu, z nichž každá by mohla být malá až 100 centimetrů čtverečních, což je zhruba plocha malého talíře.

Každá dlaždice by byla vlastní miniaturní solární stanicí, vybavenou fotovoltaikou, drobnými elektronickými součástkami a mikrovlnným vysílačem. Dlaždice by se spojovaly do větších “modulů” o rozloze řekněme 60 metrů čtverečních. Tisíce modulů by pak tvořily hexagonální elektrárnu, se stranou dlouhou až několik kilometrů. Moduly by však nebyly ani fyzicky propojeny. Žádné těžké nosné trámy, žádné svázané kabely, a tedy mnohem menší hmotnost. Podle vědců si můžeme elektrárnu představit jako hejno ryb nebo ptáků; tedy skupnu identických na sobě nezávislých prvků pohybujících se ve formaci.

Přenos k přijímačům na zemi by probíhal pomocí sfázované antény – mikrovlnné signály z dlaždic by byly synchronizovány tak, aby je bylo možné zaměřit i bez pohyblivého vysílače. V tomto ohledu je ještě kolem projektu řada nejasností. Autoři tvrdí, že přenos energie by neměl být nebezpečný, protože hustota energie v mikrovlnném svazku by se “rovnala hustotě energie ve slunečním světle”. Což nedává velký smysl především kvůli rozměrům případné nutné antény.

K tomu, aby solární panely podávaly optimální výkon, musí být jejich povrch co nejčistší. Je však více než jasné, že prostředí, v němž jsou panely umístěny, obvykle způsobí, že se jejich povrch dříve či později pokryje prachem, pyly a dalšími drobnými nečistotami. Pokud se jedná jen o jednotky panelů, je čištění snadné, stačí trochu vody, čisticí prostředek a mop, a za malou chvíli je hotovo. Jde-li však o elektrárnu čítající desítky či stovky panelů, je již věc podstatně složitější. V takovém případě lze použít vodní vysokotlaké čištění, což však již může být poměrně náročné na vodní zdroj. Američtí vědci nyní přišli s čisticí metodou, která vodu vůbec nevyžaduje, panely totiž čistí statická elektřina. Tento způsob by podle expertů měl být velmi efektivní a především ekologičtější.

Obvykle se údržba povrchu solárních panelů provádí vodou, přičemž mytí musí být velmi šetrné, aby nedošlo k poškrábání povrchů, které by mohlo mít negativní vliv na jejich výkon. Toto čištění je nezbytné pro zajištění maximálního příjmu slunečních paprsků články, proto by se mělo provádět pravidelně, alespoň dvakrát ročně – samozřejmě i s ohledem na míru děšťových či sněhových srážek, které mohou s čištěním do jisté míry pomoci. Používání vody ve velkém množství k provádění této údržby však představuje problém, zejména v pouštních či polopouštních oblastech. Tam se také nacházejí v současnosti největší fotovoltaické elektrárny – v Indii, Číně, Spojených arabských emirátech či USA – a právě tam se do budoucna počítá s jejich největší expanzí. Platí to ale v podstatě zcela obecně, protože spotřeba vody při čištění je v každém případě značná. Vědci odhadují, že množství vody , které se na celém světě ročně spotřebuje k čištění fotovoltaiky, by jako pitná voda vystačilo na rok dvěma milionům lidí.

Velké ztráty

Čištění panelů bez vody a současně i bez poškození jejich povrchu poškrábáním je tedy již delší čas poměrně naléhavým úkolem. V nedávné době se však tohoto úkolu chopil tým amerických vědců z Massachusetts Institute of Technology (MIT) a podařilo se jim vyvinout metodu, která se jeví být slibnou. Vědci nejprve zkoumali, jakým způsobem znečištění snižuje účinnost panelů. Zjistili, že nahromadění pěti miligramů prachu na centimetr čtvereční způsobuje padesátiprocentní ztrátu produkce panelů, takže jejich kvalitní očista je opravdu potřeba. Dokonce i pouhé jednoprocentní snížení výkonu 150megawattové solární elektrárny by mohlo mít za následek roční ztrátu až 200 000 amerických dolarů. Celosvětově by pak snížení výkonu solárních elektráren o tři až čtyři procenta znamenalo ztrátu mezi 3,3 a 5,5 miliardy amerických dolarů.

Vědci z MIT šli na věc přes elektrostatickou elektřinu. Pokusy vyvinout způsoby řešení na bázi elektrostatického nábojeV minulosti se objevily . Jejich podstatou byla vrstva nazývaná elektrodynamické síto. To však může propouštět vlhkost a způsobit tak selhání systému. V prostředí, jaké panuje například na Marsu, může toto řešení posloužit dobře, ale na Zemi, dokonce i na poušti, se mohou vyskytnout vážné problémy.Tým MIT využívá elektrostatiky poněkud jinak než jeho předchůdci. Čisticí systém tvoří elektroda, kterou může být zcela jednoduchá kovová tyč, která se posouvá přes panel a vytváří elektrické pole, které prachovým částicím dodává elektrický náboj. Vědci pak nastavili velikost napětí právě tak, aby elektrostatická síla působící v tomto poli na prachové částice byla větší než gravitační a adhezní síly a dokázala je tak „odlepit“ od povrchu solárního panelu.

Experimenty se speciálně připravenými laboratorními vzorky prachu obsahujícími zrnka různých velikostí prokázaly, že proces na testovacím zařízení funguje velmi efektivně. Ukázalo se, že vlhkost vzduchu způsobila, že se částice pokryly tenkou vrstvou vody, což se ukázalo být klíčovým faktorem. „Prováděli jsme experimenty při různých vlhkostech – od 5 do 95 procent – a zjistili jsme, že pokud je vlhkost okolního prostředí vyšší než 30 procent, můžete z povrchu panelů odstranit téměř všechny částice,“ říká Sreedath Panat, který se na vývoji čisticího zařízení podílel. Podle Panata navíc nový čisticí mechanismus na rozdíl od některých předchozích pokusů funguje i při velmi vysoké vlhkosti, například až 95 procent, a bez časového omezení.

Vědci předpokládají, že provoz zařízení bude v běžné praxi fungovat automaticky, případně jej bude možné i ovládat na dálku, tak aby jeho nasazení v rozsahu standardních solárních elektráren bylo co nejefektivnější.

Znepokojující vodní stopa

Výsledky tohoto výzkumu byly zveřejněny v časopise Science Advance a podle odborníků by mohly ročně po celém světě ušetřit miliony litrů vody. Než však bude moci být tato slibná inovace používána ve velkém měřítku, bude muset být ještě lépe „odladěna“, upozorňují vědci z MIT.

„Vodní stopa solárního průmyslu je dnes ohromná,“ upozorňuje Kripa Varanasi, jeden z členů výzkumného týmu MIT. A tato stopa se podle něj bude nadále zvětšovat, protože solární instalace budou v příštích letech celosvětově velmi rychle expandovat. „Solární průmysl proto musí postupovat velmi obezřetně a s rozmyslem, aby se to, co nabízí, opravdu mohlo označovat jako udržitelné řešení,“ uzavírá Kripa Varanasi.

Ministerstvo životního prostředí rozhodlo o udělení finanční podpory prvním pěti desítkám projektů větších solárních elektráren. Finance poplynou z Modernizačního fondu, který bude v oblasti zvyšování podílu čisté elektřiny podporovat nepalivové zdroje, typicky právě fotovoltaické elektrárny na střechách i neúrodných půdách, větrné elektrárny nebo malé vodní elektrárny.

Modernizační fond je nástrojem, který definuje evropská legislativa jako nástroj k dekarbonizaci. Prostředky čerpá z monetizace dvou procent celkového počtu emisních povolenek na období 2021–2030, 50 procent získává z tzv. solidárních povolenek a zároveň z derogace povolenek. Pro Českou republiku bude při současných cenách emisních povolenek dostupná částka přibližně 120 až 150 miliard Kč. Z fondu bude možné čerpat následujících 10 let.

„Pokud chceme Česko zbavit závislosti na spalování uhlí, potřebujeme restartovat rozvoj obnovitelných zdrojů energie. Posvěcení prvních projektů podpořených v Modernizačním fondu je nejzásadnějším impulsem pro dekarbonizaci domácí energetiky za poslední roky. Právě solární energetika je klíčem k zajištění levné a čisté energie do budoucna. Přínosem je nyní i fakt, že za energii slunce nemusíme posílat peníze do Ruska,“ komentoval krok ministerstva Martin Sedlák, programový ředitel Svazu moderní energetiky.

Budování fotovoltaických elektráren na brownfieldech, výsypkách nebo plochách bývalých dolů je nejdostupnějším řešením pro naplnění klimatických závazků České republiky. Potvrzují to i nedávno provedené kalkulace společnosti Deloitte. Svaz moderní energetiky v minulosti upozornil na to, že rozvoj solární energetiky by Česku přinesl potřebný impuls v rámci restartu ekonomiky. Podle studie, kterou zpracovali konzultanti společnosti Deloitte pro Svaz moderní energetiky, lze v Česku vybudovat až 7 500 megawattů nových solárních elektráren do roku 2030. Zároveň by zvýšení podílu obnovitelných zdrojů v elektroenergetice přineslo až 33 000 pracovních míst a růst HDP až o 7 procent.

Svaz moderní energetiky současně upozorňuje, že vláda Petra Fialy může dát ještě silnější impuls pro rozvoj obnovitelných zdrojů, a to zařazením fotovoltaiky také mezi zdroje, které se budou moci ucházet o provozní podporu v tzv. aukcích. Ty nyní připravuje Ministerstvo průmyslu a obchodu, avšak právě pro solární elektrárny navrhuje na příští roky čistou nulu. Aukční podpora je přitom model podpory úspěšně vyzkoušený v zahraniční. Využívají jej na podporu fotovoltaiky například v Německu, Polsku nebo Maďarsku.

Load More