TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.
Fotovoltaika z pohledu ekologie (inspirativní texty k zamyšlení) k předmětu CZ51 Environmentalistika a stavitelství
1. Úvodní zamyšlení Přeměna sluneční energie na energii využitelnou pro člověka je v současnosti jednou z nejrychleji rostoucích oblastí výroby čisté energie. Jako každé odvětví má i toto svá pozitiva a negativa. Jako první nejdůležitější klad je, že Slunce poskytuje energii v té nejčistší formě. Denně jí dopadá na naši planetu ve formě slunečních paprsků nepředstavitelné množství. Bylo by holým plýtváním při možnostech dnešní vody a techniky tuto skutečnost nevyužít jako další možný zdroj pro stále se zvyšující potřeby a nároky moderní společnosti. Přesto zůstává faktem, že tato myšlenka se u nás prosazuje do života prostřednictvím špatné motivace stanovené politickou reprezentací v daném období. Nastává otázka, jestli řešíme tento problém současnosti skutečně efektivně a způsobem, který je dlouhodobě skutečně dobrý pro všechny. Energetický vstup do výroby samotné energie je nulový, ale náklady na prostředky její výroby jsou neúměrně zatíženy tržním prostředím země. Technologie je zatím málo účinná, proto vyžaduje masivní nasazení pro dosažení požadovaných výkonů, které budou ekonomicky zajímavé pro investory. Navíc stávající rozvodné systémy a stávající neekologická výroba nejsou připraveny na výkyvy v produkci elektrické energie pocházející ze Slunce. Toto je však řešitelné opatřením pocházejícím z oblasti konstrukční a organizační. 2. Stručně k technologii Pro výrobu elektrické energie se nejčastěji používají křemíkové solární články. Dle typu solárních článků lze fotovoltaické sluneční panely a kolektory rozdělit na: • monokrystalické kolektory – skládají se z jediného krystalu, • polykrystalické kolektory – z mnoha různě orientovaných krystalů, • amorfní kolektory – základem amorfní křemíková vrstva. Panely s monokrystalickými články Solární panely s monokrystalickými články jsou v naších podmínkách používané nejvíce. Krystaly křemíku jsou větší než 10 cm a vyrábí se na bázi chemického procesu tažením roztaveného křemíku ve formě tyčí o průměru až 300 mm. Ty se poté rozřežou na tenké plátky, tzv. podložky. Účinnost těchto článků se pohybuje v rozmezí 13 až 17%.
1
Solární panely s polykrystalickými články Základem je, stejně jako u monokrystalických panelů, křemíková podložka,s tím rozdílem, že solární články se skládají z většího počtu menších polykrystalů. Účinnost polykrystalických článků se pohybuje od 12 do 14% (výjimečně až 16%). Jejich výroba je ale v porovnání s monokrystalickými panely mnohem jednodušší, tedy i levnější a rychlejší. Solární panely s amorfními články Základem amorfních slunečních panelů je napařovaná křemíková vrstva, ta je v tenké vrstvě nanesena na sklo nebo fólii. Účinnost těchto článku je poněkud nižší, pohybuje se v rozmezí 7 až 9%. Pro dosažení daného výkonu je potřeba 2,5x větší plochy, než kolik by bylo potřeba při použití mono nebo polykrystalických modulů. Celoroční výnos je ovšem o 10% vyšší! Tyto typy článků patří k dnes na trhu nejlevnějším a výhodné jsou především tam, kde investor není omezení prostorem. (dle Sluneční energie – fotovoltaické systémy. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW:
)
3. Solární energie Solární energie patří mezi nevyčerpatelné zdroje energie. Fotovoltaická přeměna sluneční energie je jedním z obnovitelných energetických zdrojů. Její využití nemá žádné negativní dopady za životní prostředí. Množství využitelné energie závislí na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Lze ji dobře využívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vyšší nadmořskou výškou. V České republice jsou poměrně dobré podmínky pro využití energie slunečního záření, přestože množství sluneční energie v průběhu roku kolísá a největší množství sluneční energie dopadá v období, kdy je spotřeba tepla nejnižší. (dle Sluneční (solární) energie. 2006. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: ) Slunce – zdroj energie Ročně dopadá kolmo na 1 m2 plochy 800-1250kWh solární energie. Od dubna do října 75% energie a 25% energie v období od října do dubna. Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách se pohybuje v rozmezí 1400-1800h/rok. V horských oblastech dosahuje doba 1 600h za rok, v nížinných oblastech jižní Moravy 2000h. Celkové záření se skládá z přímo dopadajícího a difuzního záření. Difuzní záření vzniká odrazem slunečního světla na pevných i kapalných částicích rozptýlených v atmosféře (např. na mracích, prachových částicích, atd.) a tvoří až 50% z celkového množství slunečního záření. (dle Sluneční energie – fotovoltaické systémy. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: )
2
Obr. 1 Osvit ČR Sluncem pro využití k fotovoltaice (více na: Slunce – zdroj energie. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: ) Intenzita slunečního svitu se během roku nemění. Na množství energie dopadající v průběhu roku na planetu Zemi nemá ani podstatný vliv roční období. Vliv ročního období je však obrovský pro jednotlivé části Země.
Obr. 2 Počet hodin slunečního svitu v ČR v r. 2008 Doba svitu. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: Je to ovlivněno rozdílným úhlem dopadu slunečních paprsků na vodorovnou plochu a rovněž rozdílným množstvím slunečných (bezmračných) dní v jednotlivých měsících.
3
Obr. 3 Rozložení slunečního svitu během roku v ČR Doba svitu. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: Z grafu pro Střední Evropu je zřejmý řádově vyšší podíl slunečního záření v letních měsících oproti zimním. Uvedené hodnoty jsou průměrem jednotlivých měření získaných v letech 2006-2009.
Obr. 4 Průměrná teplota v Brně v r. 2008 Doba svitu. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: Na výkon fotovoltaické elektrárny má vliv i teplota článků. Nejvyššího výkonu je dosaženo při teplotě 25°C, při které se také panely testují a tato hodnota ve Wp je udávána v
4
technické specifikaci panelů. Odchylky teplot od 25°C nahoru i dolů způsobují snížení účinnosti až o jednotky procent špičkového výkonu. (Více na: Doba svitu. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: ) 4. Sociologické problémy alternativních zdrojů energie Je známo, že současná technologie výroby této energie má svou životnost a její masivní nástup nasazení bude v budoucnu znamenat masivní odpad. Také je problémem, že jeho likvidace není v současnosti zcela jasně vyřešena. „Lokální opozice vůči plánovaným projektům výstavby elektráren bývá přitom nejčastěji vysvětlována, resp. bez hlubší analýzy zdůvodňována tzv. NIMBY syndromem. Název NIMBY představuje akronym spojení anglických slov Not-In-My-Backyard („Ne na mém dvorku“) a bývá používán k označení odporu místních obyvatel proti uskutečnění nějakého nového projektu i přesto, že by tito (či společnost jako celek) z tohoto projektu určitým způsobem profitovali. Ve sféře územního plánování se můžeme setkat s dalšími obměnami tohoto pojmu jako: LULU (Locally-Unwanted-Land-Use – tj. „Místně nechtěné využití území“ – varianta NIMBY), NIABY (Not-In-Anyone´s-Backyard) označující opozici k takovým projektům, které by neměly být realizovány v zázemí nikoho (tj. nikde) a BANANA (Build-Absulutely-Nothing-Anywhere-Near-Anything), který bývá používán jako kritika vůči některým zájmovým skupinám či aktivistům stavějícím se proti jakýmkoliv novým rozvojovým plánům obecně (na rozdíl od NIMBY-stů stojících v pozici vůči projektům „na vlastním dvorku“ (dle FRANTÁL, B. Větrné elektrárny a NIMBY syndrom: analýza faktorů ovlivňujících vnímání a postoje obyvatel k rozvoji využití větrné energie In: Udržitelná energie a krajina. Hostětín: 2008. ISBN 978-80-904109-0-9, s. 21-22. S odkazem na STEPHENS, R. NIMBYs To DUDEs: The Wacky World Of Planerese Planning and Development Network 2005. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: ) NIMBY syndrom se může vztahovat k širokému spektru možných projektů výstavby (elektrárny, letiště, dálnice, tunely, doly, úložiště odpadu, ale i budovy různých sociálních ústavů, věznic, nemocnic, apod.), které mohou určitým způsobem (vizuálně, hlukem či jinak) ovlivňovat žijící v daném místě a subjektivně tak u nich převážit význam a přínos stavby (ať už jde o uznanou společenskou potřebnost, obecnou využitelnost či o započítání přímé lokální finanční kompenzace). NIMBY fenomén vzniká tehdy, kdy je z hlediska „veřejného zájmu“ potřeba v nějaké lokalitě realizovat stavbu určitého zařízení, které místní obyvatelé vnímají tak, že prospěch z něj bude mít společnost jako celek, zatímco externí negativa budou soustředěna pouze v jejich vlastním území, NIMBY postoj tak představuje negativní odpověď na sociálně-prostorové dilema charakteristické prostorovou odloučeností výhod a nevýhod projektu. (s odkazem na WOLSINK,M. Entanglement of Interests and Motives: Assumptions behind the NIMBY-theory on facility Siting. In: Urban Studies, 1994, Vol. 31, No. 6, s. 851-866.)
5
NIMBY fenomén má v očích politiků a developerských firem většinou negativní konotace (viz. samotný přívlastek „syndrom“) a bývá vnímán jako projev osobních – provinciálních, krátkozrakých a sobeckých – zájmů obyvatel dotčených lokalit. Prosazení zájmů výstavby potom většinou spočívá v taktice „přemožení“ opozice strategií koupení si její podpory prostřednictvím finančních či jiných kompenzací, případně mocensky úplným vyloučením opozičních skupin z účasti na rozhodovacím procesu. (dle FRANTÁL, B. Větrné elektrárny a NIMBY syndrom: analýza faktorů ovlivňujících vnímání a postoje obyvatel k rozvoji využití větrné energie In: Udržitelná energie a krajina. Hostětín: 2008. ISBN 978-80-904109-0-9, s. 21-22.) Aplikace všech obnovitelných zdrojů energií provází i nezanedbatelná negativa a odpor. Tato je třeba promýšlet a odstraňovat již ve stádiu návrhu územních plánů. Protože například i jejich přemnožení v daném území může způsobovat snižování jejich účinnosti (např. větrné elektrárny, geotermální energie atd.). V případě návrhů solárních systémů se jedná především o nároky na jejich lokaci, nejúčinnější sklon panelů a v neposlední řadě značný nárok na plochu. Zábor určitých ploch je velmi diskutabilním tématem. A přeso se nabízí určité zajímavé alternativy.
5. Vhodné použití, vývoj a nedostatky fotovoltaických panelů První solární panel byl konstruován r. 1954. Vzhledem k současnému prudkému vývoji technologií nemůžeme říci, že fotovoltaika je něco nového. Nespornou výhodou solárních panelů je také také jejich univerzální použití. „Zvláště velký význam má sluneční energie v odlehlých oblastech Země, kam nezasahuje elektrifikační síť a její budování by se jim nevyplatilo. Zdroj vodní energie nemusí být dostupný a generátory se spalovacím motorem vyžadují neustálé doplňování zásob benzínu či nafty“ (LIBRA, M., POULEK, V. Fotovoltaika: teorie praxe využití solární energie. 1. vydání. Praha: ILSA, 2009. ISBN , s. 60) Mohou být instalovány na střechy, fasády apod. Tento systém také není vázán na žádné inženýrské rozvody. Proto může být s výhodou použit na objektech, kterou jsou více vzdálené od distribučních sítí. Je pravdou, že velkým nedostatkem těchto systémů je také to, že nevyprodukují dostatečné množství energie na pokrytí potřeb objektu. Na druhou stranu s vývojem technologií panelů a s rozrůstající se pasivní zástavbou s téměř nulovou spotřebou energií nám svítá naděje na efektivnější použití fotovoltaických systémů. Budoucí využívání fotovoltaiky plně závisí na třech faktorech. Současný vývoj panelů musí zajistit zvýšení účinnosti, prodloužení životnosti a ekologickou recyklaci po dosažení životnosti panelů.
6
Obr. 5 Trend ve vývoji účinnosti fotovoltaických panelů Vývoj účinnosti fotovoltaických panelů. Fyzmatik. 2010. [cit. 26. 2. 2012[. Dostupné na WWW: Z grafu lze vyčíst, že vývoj fotovoltaických článků jde rok od roku dopředu. To je zpráva pozitivní. Elektřina je produkována i bez přímého slunečního svitu. Ploch, pokrytých kolektory, je u nás proto stále víc. Slunce se samo nabízí se svojí energií. Tisíce hektarů. Orná půda nebo jen úhor, hlavně, že jde o rovnou plochu, nastavenou slunci. Zcela však solární kolektory změní ráz krajiny. Proč to ale dělat složitě, když to jde jednoduše. Izraelská společnost Solaris Synergy patří k těm firmám, které vidí budoucnost v plovoucích solárních panelech. Máme přece v Česku spoustu vodních ploch a rezervoárů, kanálů, rybníků… Zmiňované solární panely by mohly plavat rovněž na zemědělských a těžebních nádržích, hydroelektrárenských obřích bazénech a kanálech či na podobných vodních plochách. Ještě, že máme ty Židy. Pročpak by už měli přes sto sedmdesát Nobelových cen...? Jedině tak se orná půda nezmění v nekonečné plochy solárních kolektorů. A tak se vyřeší problém s půdním fondem. Kromě efektivního využití vodního prostoru mají plovoucí panely také značné ekonomické přínosy. Nemusí se používat ocel, která je zásadním nákladem při výrobě pozemních solárních panelů. Chladící efekt vody může vést k vyšší produkci elektřiny oproti typickým pozemním systémům. Důležité je, že solární systém plovoucí na vodě snižuje o dvě třetiny odpařování vody. Třeba zmírní též skleníkový efekt, ozonové díry a globálního oteplování. Dvě mouchy jednou ranou; zabrání se navíc růstu ničivých řas tím, že kolektory na vodních plochách brání průniku slunečního světla do vody. Proč kolektory na polích, když to jde i na hladině vodních nádrží…? 2001. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW:
7
Právě zmíněný zajímavý nápad může přispět k zachování hodnoty přírodního prostředí a k uchování nezaměnitelného charakteru krajiny, její fauny a flory a celkové biodiverzity našeho prostředí. Jako druhá alternativa se nabízí využití ploch na stávající zástavbě současné i historické. Ve využití budovy lze umístit fotovoltaické články na střešní a obvodové pláště, světlíky, stínidla, výplně otvorů a jiné plochy. Tímto lze získat značný energetický profit i nahrazováním tradičních materiálů. Příkladem jsou fotovoltaické články transformované do folie nebo zabudované do prvků skládané krytiny použité jako střešní tašky. „K diskuzi o umisťování solárních kolektorů např. na sakrální stavbě předkládám několik základních argumentů proč by nám vůbec neměly vadit: za prvé - ochrana prostředí i kulturního dědictví vyšly z téhož preromantického základu. V 18. století pramenily z civilizační úzkosti i z toho jak pokračovala technická revoluce, z téže obavy. Máme-li tedy nějaký nejčistší projev ekologického myšlení s nějakým předmětem kulturního dědictví dohromady, tak je to naopak něco velice bytostného, něco, co je opodstatněné. Druhý argument-každá země má jinou památkovou školu a ty jsou nepřenosné. My se těžko můžeme učit od Francouzů, protože oni mají jiné pojetí ducha a jinou správu země. Jejich památková péče je bytostně centralizovaná, Německo zase nemá památkovou péči na federální, ale na úrovni spolkových zemí! Tím chci říci, že máme právo na svébytný styl památkové péče. Je to komplexní fenomén směrů, metod, akcí, myslitelů. Tím základním z nich byl Zdeněk Wirth, který založil památkovou péči za první republiky a je autorem prvního památkového zákona z 50. let. Brojil proti zkrášlování památek a především říkal, že máme-li památku, jejíž část chybí, lze jí nahradit jakýmsi novotvarem, ale ten nesmí být k nerozeznání od památky původní, musíme vždy jasně odlišit, např. materiálově, že ten dodatek je doplněn bez snahy falšovat historii. A co je solární modul? Něco, co je zřetelně vidět odjinud, je to dodatek symbolizující novou jednotu, která byla ztracena a znova obnovena tváří v tvář globálním problémům civilizace, kdy chráníme jak přírodu, tak památku v jednom, přitom solární modul je zřetelně oddělen, není součástí památky, lze ho sejmout. Neporušuje z památky nic-hmotu, tvar, ornament, půdorys. Odlišený, pravdomluvný, který si na nic nehraje, on tu pouze sbírá energii. Kolektorem se na památce nedopouštím jediného prohřešku proti základním axiomům památkové péče: tj. nechat památku žít, využít ji a nelhat! Jsou-li tyto parametry splněny, resp. nedotčeny, pak je pojem krajinný ráz naprosto druhotný. Navíc je příliš obecný. Týká se tří fenoménů: přírodního, estetického a historického. Přírodní není porušen,je naopak posílen-využíváme čistou energii, estetický fenomén. Připusťme, že někomu se to líbit nemusí, ale jinému může, historický není porušen-nedošlo k nevratné změně, nic se nepředstírá.“
8
Obr. 6 Umístění solárních panelů na střechy kulturních památek HÁJEK, T. Pojme nová krajina střech i památky? In: Solárko 3/2005. [cit 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: Tímto se dostáváme na novou kvalitativně vyšší úroveň navrhování obnovy staveb. Tento přístup se označuje jako nová architektura, tzv. „solar design“. Nastupující doba požaduje po projektantech modernizovat své přístupy a nahrazovat tradiční technologie. Výše uvedené myšlenky dávají možné odpovědi na již výše zmíněné požadavky a problémy. „V obecnější rovině myslím, že bude třeba výrazněji akcentovat fakt, že nám OZE nabízejí osvobození od dědictví uhelné i jaderné éry. A případně i ve vztahu k nim u nás na MŽP, do jehož kompetence patří krajinný ráz, propracovat argumentaci, která třeba právě solárním modulům cestu do života (a chcete-li i do "krajiny střech" našich obcí i měst či do krajiny samotné) usnadní. Máme spoustu kostelů bez památkové ochrany, bez jakékoli perspektivy využití, bez významu pro lokalitu. Představa, že by některé mohly být slunečními elektrárnami, byť ne pro
9
sebe, mi připadá fascinující. Nejsnadněji se nabízejí k úvaze v prvém kroku fary, dále malá venkovská šlechtická sídla, tvrze, které neleží ani v památkově chráněných územích. Může tu dojít k úžasné novodobé syntéze funkcí Tou myšlenkou lze zabojovat. A určitému segmentu architektury to přímo nabízí novou vizi.“ HÁJEK, T. Pojme nová krajina střech i památky? In: Solárko č.3, r. 2005. [cit 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: Seznam použitých zdrojů: [1] FRANTÁL, B. Větrné elektrárny a NIMBY syndrom: analýza faktorů ovlivňujících vnímání a postoje obyvatel k rozvoji využití větrné energie In: Udržitelná energie a krajina. Hostětín: 2008. ISBN 978-80-904109-0-9, s. 21-22. [2] STEPHENS, R.. NIMBYs To DUDEs: The Wacky World Of Planerese. Planning and Development Network 2005. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: [3] WOLSINK, M. Entanglement of Interests and Motives: Assumptions behind the NIMBYtheory on facility Siting. In: Urban Studies 1994. Vol. 31, No. 6, s. 851-866. [4] Proč kolektory na polích, když to jde i na hladině vodních nádrží…? 2001. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: [5] HÁJEK, T. Pojme nová krajina střech i památky? In: Solárko č. 3 r. 2005. [cit 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: [6] Sluneční (solární) energie. 2006. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: [7] Sluneční energie – fotovoltaické systémy. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: [8] Slunce – zdroj energie. 2009. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW: [9] Doba svitu. 2009. [cit. 26. 2.
2012].
Dostupné
na
WWW:
[10] LIBRA, M., POULEK, V. Fotovoltaika: teorie praxe využití solární energie. 1. vydání. Praha: ILSA, 2009. ISBN , s. 60 [11] Vývoj účinnosti fotovoltaických panelů. Fyzmatik. 2010. [cit. 26. 2. 2012]. Dostupné na WWW:
10
