UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI. Pedagogická fakulta. Katedra technické a informační výchovy. Bakalářská práce

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Pedagogická fakulta Katedra technické a informační výchovy

Bakalářská práce Obnovitelné zdroje energie – školní projekty

Eva Grosmanová III. ročník – kombinované studium Obor: Speciální pedagogika pro 2. stupeň základních škol a pro střední školy a základy technických věd a informačních technologií pro vzdělávání

Vedoucí práce: Mgr. Martin Havelka, Ph.D.

Olomouc 2012

Prohlášení Prohlašuji, že jsem celou bakalářskou práci vypracovala samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, z nichž jsem při zpracování bakalářské práce čerpala, řádně cituji a uvádím v seznamu použité literatury.

V Horním Slavkově dne 18. 06. 2012

……………………. Podpis

Poděkování Děkuji panu Mgr. Martinu Havelkovi, Ph.D., za odborné vedení bakalářské práce, za cenné rady, připomínky, velkou ochotu, vstřícnost a trpělivost, kterou mi věnoval při zpracování daného tématu.

Anotace Jméno a příjmení:

Eva Grosmanová

Katedra:

technické a informační výchovy

Vedoucí práce:

Mgr. Martin Havelka, Ph.D.

Rok obhajoby:

2012

Název práce: Název v angličtině: Anotace práce:

Obnovitelné zdroje energie – školní projekty Renewable energy sources - school projects Předmětem bakalářské práce jsou obnovitelné zdroje energie. První část práce je věnována často využívaným

obnovitelným

zdrojům

energie

v České republice, zaměřena je hlavně na solární energii, ale také větrnou energii, vodní zdroje energie, geotermální energii a energii z biomasy. Druhá část je aplikační, zabývá se hlavně školními projekty (osvěta, hospodaření s energiemi, snížení spotřeby energie při běžných činnostech). Klíčová slova:

obnovitelné zdroje energie, solární energie, větrná energie, vodní zdroje energie, geotermální energie, energie z biomasy, školní projekty

Anotace v angličtině:

The subject of the thesis are renewable energy sources. The first part is devoted to the often used renewable energy sources in the Czech Republic, mainly focused on solar energy, but also on wind energy, hydro energy, geothermal energy and biomass energy. The second part is a practical one, dealing

mainly

education,

with

awareness,

school

projects

energy

(public

management,

reduction of energy consumption during common activities).

Klíčová slova v angličtině:

renewable energy, solar energy, wind energy, hydro energy, geothermal energy, biomass, school projects

Přílohy vázané v práci:

Vzor faktury za plyn pro domácnost od ČEZ, s.r.o.

Rozsah práce:

63 stran vlastní text práce, 2 strany příloh, 1 CD-ROM

Jazyk práce:

čeština

Obsah

ÚVOD ------------------------------------------------------------------------------------------------ 8 TEORETICKÁ ČÁST ---------------------------------------------------------------------------- 11 1 Obnovitelného zdroje energie ----------------------------------------------------------------- 11 2 Druhy obnovitelných zdrojů energie --------------------------------------------------------- 13 2.1 Solární energie - využití slunce jako zdroje energie ---------------------------------- 13 2.1.1 Vznik sluneční energie --------------------------------------------------------------- 15 2.1.1.1 Vliv atmosféry na sluneční záření --------------------------------------------- 17 2.1.1.2 Historie fotovoltaiky ------------------------------------------------------------- 18 2.1.1.3 Současnost fotovoltaiky --------------------------------------------------------- 19 2.1.2 Dostupnost solární energie v ČR---------------------------------------------------- 20 2.1.3 Princip sluneční elektrárny ---------------------------------------------------------- 22 2.1.3.1 Přímé získávání sluneční energie ---------------------------------------------- 22 2.1.3.2 Nepřímé získávání sluneční energie ------------------------------------------- 23 2.1.4 Sluneční elektrárny v ČR ------------------------------------------------------------ 24 2.1.5 Klady a zápory využití sluneční energie ------------------------------------------- 26 2.2 Větrná energie ------------------------------------------------------------------------------ 27 2.2.1 Větrné elektrárny v ČR --------------------------------------------------------------- 30 2.2.2 Klady a zápory využití větrných elektráren --------------------------------------- 31 2.3 Vodní energie ------------------------------------------------------------------------------- 32 2.3.1 Vodní elektrárny v ČR --------------------------------------------------------------- 33 2.3.2 Klady a zápory využití vodních elektráren ---------------------------------------- 35 2.4 Geotermální energie ----------------------------------------------------------------------- 36 2.4.1 Geotermální elektrárny v ČR -------------------------------------------------------- 37 2.4.2 Klady a zápory využití geotermálních elektráren -------------------------------- 38 6

2.5 Energie z biomasy-------------------------------------------------------------------------- 39 2.5.1 Elektrárny na spalování biomasy v ČR -------------------------------------------- 40 2.5.2 Klady a zápory využití biomasy ---------------------------------------------------- 40 APLIKAČNÍ ČÁST ------------------------------------------------------------------------------- 41 3 Školní projekty-------------------------------------------------------------------------------- 41 3. 1 Všeobecné rozdělení projektů -------------------------------------------------------- 43 3.2 Hlavní principy projektu --------------------------------------------------------------- 43 3.3 Zařazení projektů do výuky ------------------------------------------------------------ 45 3.4 Zařazení projektů do výuky technických předmětů -------------------------------- 46 3.5 Role učitele v projektové výuce ------------------------------------------------------- 46 3.6 Role žáka v projektové výuce --------------------------------------------------------- 47 3.8 Rozvoj klíčových kompetencí v technických předmětech ------------------------ 47 3.9 Příklady školních projektů ------------------------------------------------------------- 48 3.9.1 Víš, kolik spotřebuje plynu vaše domácnost? ---------------------------------- 48 3.9.2 Kolik spotřebujeme vody v naší domácnosti? --------------------------------- 50 3.9.3 Provoz elektrických spotřebičů v naší domácnosti ---------------------------- 53 3.9.4 Jaké to bude s energiemi v ČR? Jak se jeví naše energetická budoucnost? -- 55 4 Závěr ---------------------------------------------------------------------------------------------- 59 Seznam použité literatury a pramenů ----------------------------------------------------------- 61 Seznam obrázků ----------------------------------------------------------------------------------- 63 Přílohy----------------------------------------------------------------------------------------------- 64 1.

Vzor faktury za plyn ---------------------------------------------------------------------- 64

7

ÚVOD V této bakalářské práci se zaměříme na některé obnovitelné zdroje energie jako téma pro školní projekty. Uvedený záměr bude naplněn formou realizace dílčích záměrů. Dílčím záměrem teoretické části této práce je snaha o teoretické shrnutí nejvyužívanějších obnovitelných zdrojů energie na území ČR, a to hlavně na solární energii, vytvoření poznatkové fáze problematiky obnovitelných zdrojů energie. Nechybí však informace i ostatních obnovitelných zdrojů jako větrná, vodní, geotermální energie či energie získávány z biomasy. Této části učitel například využije k teoretické průpravě studentů, k tématům na diskuze, k motivaci studentů. Dílčím záměrem experimentální části je vytvořit soustavu didaktických materiálů vhodných pro realizaci výuky problematiky obnovitelných zdrojů energie projektovou metodou na 2. stupni základní školy. Nastiňuje možnosti přípravy a realizování projektového vyučování. Zmiňuje roli učitele a žáka. Dále nastiňuje klíčové kompetence v projektovém vyučování technických předmětů. Seznamuje s několika tématy projektů, které ukazují na možnosti úspor energie v běžných činnostech, domácnostech. Vědci během posledních let prokázali, že vlivem některých aktivit člověka může dojít ke klimatickým změnám a k ovlivňování teploty na Zemi. Například spalováním fosilních paliv, nepřiměřeným kácením stromů se do ovzduší dostává a usazuje ve větší míře oxid uhličitý, nežli by tomu bylo bez ovlivňování přírody člověkem. Klimatické změny jsou tématem, s kterým jsou studenti škol v rámci environmentální výuky dobře obeznámeni. Toto nejen v dnešní době důležité téma má také svůj přesah do oblasti výuky obecně technického předmětu, přičemž tomuto se v této bakalářské práci budeme věnovat. Jakou energii budeme používat v budoucnosti? Zvítězí obnovitelné zdroje, nebo energie jaderná?

8

V celém světě převažuje v současné době názor, že emise oxidu uhličitého je potřeba v dohledné době snížit na zhruba desetinu současné úrovně. Z energetických zdrojů mají pro naší společnost přijatelné emise pouze obnovitelné zdroje a jaderná energie. Obnovitelný zdroj energie je zdroj, v jehož čerpání lze teoreticky pokračovat další tisíce až miliardy let. Toto označení se používá pro některé vybrané, na naší planetě Zemi přístupné formy energie, získané primárně především z termojaderného spalování vodíku v nitru Slunce. Lidstvo je čerpá ve formách např. sluneční záření, větrné energie, vodní energie, energie přílivu, geotermální energie, biomasy a dalších. Za obnovitelné zdroje naopak není považována fosilizovaná biomasa, která je součástí geologických formací a je přeměněna v nerostné suroviny označované jako fosilní paliva (uhlí, ropa, zemní plyn, rašelina apod.). Obnovitelné zdroje energie jsou podporovány různými dotacemi nebo zvýhodněnými výkupními cenami energie. V ČR je elektřina z obnovitelných zdrojů podporována garantovanými výhodnými výkupními cenami nebo formou tzv. zelených bonusů. Z těchto dvou variant může každý vlastník elektrárny, která využívá obnovitelné zdroje energie, volit. V případě, že se rozhodnete pro státní výkup, veškerou vyrobenou elektřinu prodáváte distributorovi, který je povinen ji od vás odebrat. V případě, že se investor rozhodne spotřebovávat elektřinu sám, inkasuje od ČEZu, E. Onu nebo

PRE

tzv.

zelený

bonus.

Zelený

bonus

dostanete

na

veškerou

vyprodukovanou energii. Nespotřebované přebytky můžete volně prodat, tato částka je přičtena k zelenému bonusu. Není zde přitom stanovena hranice, kolik energie musíte sami spotřebovat a kolik ji můžete prodat distributorov i. Je však třeba mít neustále na paměti, že zcela bezkonkurenčně nejlevnější zdroj je stále opomíjen. Jedná se o snižování spotřeby. Nejlevnější energie je totiž ta, která nemusela být vyrobena. Z toho vyplývá, že jedinou možností je šetrný život. Nikdy totiž nebudeme tak bohatí, abychom byli schopni odstranit všechny dopady své činnosti na životní prostředí. Když se o to snažíme, jen vytloukáme klín klínem. 9

Úkolem učitele v roli koordinátora je studentům pomoci pochopit jak energetická spotřeba ovlivňuje změny klimatu a jakou roli hrají při hospodárném využívání energie a zavádění trvale udržitelného rozvoje moderní materiály. Měl by v nich vzbudit zájem o způsoby řešení, které vedou k trvale udržitelnému životu a také jim pomoci si uvědomit, jaké energetické problémy nás v budoucnu čekají. V této

bakalářské

práci

se

zaměřujeme

pouze

na

některé

typy

obnovitelných zdrojů energie, a to na typy, které mají přímou či nepřímou souvislost se sluneční energií. Pro představu o různých typech obnovitelných zdrojů, je v této práci uveden i jeden druh energie, a to geotermální energie, která nemá žádnou souvislost se sluneční energií, neboť tato energie vychází z nitra země.

10

TEORETICKÁ ČÁST 1 Obnovitelného zdroje energie Obnovitelný zdroj energie je takový zdroj energie, který teoreticky můžeme využívat tisíce až miliardy let. Definice obnovitelného zdroje podle současného českého zákona o životním prostředí zní: „Obnovitelné přírodní zdroje mají schopnost se při postupném spotřebovávání částečně nebo úplně obnovovat, a t o samy nebo za přispění člověka“ (1, §7). Toto označení se používá pro některé formy energie získávané pomocí fyzikálních a chemických pochodů. Člověk je dokáže čerpat ve formě například slunečního záření, větrné energie, vodní energie, geotermální energie a biomasy. Obnovitelné zdroje zatím nepatří mezi nejpopulárnější z několika důvodů. Jedním

z důvodů

se

v průmyslových

zemích

stává

lehká

dostupnost

neobnovitelných zdrojů, jako jsou fosilní paliva. Infrastruktura těchto zemí je přizpůsobena jejich využívání, také se vynakládají nemalé prostředky ze státních fondů na podporu vědy a výzkumu v hledání nových uložišť. Dalším důvodem se jeví pohodlnost a neuváženost člověka s nakládáním energií, jejich plýtváním. V ČR v současné době patří mezi nejrozšířenější zdroje energie fosilní paliva, zejména hnědé a černé uhlí nebo zemní plyn. Fosilní paliva sice patří mezi přírodní zdroje paliva, ale nejsou nevyčerpatelné. Těžba uhlí v nemalé míře narušuje ekosystém krajiny. I když v poslední době společnosti těžící uhlí rekultivují vytěžená místa, vrácení se k původnímu biotopu není jednoduché, někdy nemožné. Fosilní palivo jako je zemní plyn, ropa je nutné dovážet. Můžeme tedy čekat velký celosvětový nárůst jejich cen. Získáváme důvody proč upřednostňovat obnovitelné zdroje energie. Dalším aspektem, který hovoří ve prospěch obnovitelných zdrojů j e šetrnost k životnímu prostředí. Nehrozí zde nemalý únik oxidu uhličitého nebo dusíku do ovzduší jako je tomu u spalování fosilních paliv, což napomáhá ke vzniku skleníkového efektu.

11

Obnovitelné zdroje jsou stále častěji stavěny do popředí, jakožto zdroj pro výrobu energie. Ovšem pořízení technického zázemí pro výrobu energie bývá často pro jednotlivce či firmu velkou investicí. Ekonomický přínos se většinou dostaví až za několik let. Posouzení přínosu investice lze provést výpočtem prosté doby návratnosti vynaložených prostředků. Tímto výpočtem zjistíme dobu návratnosti vynaložených prostředků, a to v podobě úspor. Po uplynutí této doby by měl být provoz zařízení v plusu, tedy ziskový. Výpočet prosté doby návratnosti nepočítá s momentální hodnotou peněz a předpokládaným budoucím růstem cen energií. Pro orientační představu o výhodnosti investice však postačuje. Pro výpočet prosté doby návratnosti slouží jednoduchý vzoreček: Tn = IN : (V – Np) kde: Tn = prostá doba návratnosti investice (rok) IN = vynaložené investiční náklady (Kč) V = výnosy z realizace, např. roční hodnota úspor (Kč za rok) Np = roční provozní výdaje (Kč za rok)

12

2 Druhy obnovitelných zdrojů energie V této kapitole najdete popis nejpoužívanějších obnovitelných zdrojů energie, jejich využití v ČR.

2.1 Solární energie - využití slunce jako zdroje energie Dle Klinkerové (2009) lze dopadající sluneční záření využívat dvojím způsobem-jednak přeměnou na teplo pro ohřev vzduchu, vody či pro vytápění, jednak fotovoltaickou přeměnou slunečního záření na elektřinu. Sluneční kolektory pro ohřev teplé vody (solární termální systém) jsou technicky podstatně jednoduší a tudíž investičně méně náročné, principem je v zásadě černá trubka, ve které slunce ohřívá vodu. Nevýhodou je omezená možnost uchování takto ohřáté vody.

Obr. 1 Princip funkce solárního panelu (1)

13

Další výhodou je téměř univerzální, plošná dostupnost a pochopitelně i to, že je k dispozici zadarmo. Systémy využívající solární energii jsou už ze své podstaty vysoce decentralizované, bezpečné a nehrozí jim problémy se zastavení m dodávek nebo zvyšováním cen. Většina solárních systémů je také technicky jednoduchá, robustní a vyznačuje se dlouhou životností a minimálními nároky na obsluhu. Významné je i to, že se tyto systémy (na rozdíl třeba od vodních nebo větrných elektráren) dají instalovat i v husté městské zástavbě. Vhodné využití kolektorů je v zařízeních s velkou spotřebou teplé vody, např. domovy pro seniory, zařízení sociální péče, bazény, lázně apod. Další možností je využití takto vyrobeného tepla na přitápění. V takovém případě je třeba změnit celkovou koncepci zásobování teplem a zlepšit tepelně-technické parametry budovy. Fotovoltaické systémy vyrábějící elektřinu jsou investičně náročnější. V současných podmínkách, kdy je výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů podporovaná pomoci minimálních výkupních cen s garantovanou dobou návratnosti, se jedná o projekty s velmi dobrou ekonomickou návratnosti (2). Fotovoltaika jako vědní obor se začal ve světě využívat již před několika desetiletími. V současné době patří fotovoltaika mezi nejdynamičtěji se rozvíjející obor, a to nejen u nás v České republice. Fotovoltaické systémy se většinou umisťují na střechy budov (rodinných domů, výrobních hal apod.), na zemědělskou půdu (využívanou i nevyužívanou) pomocí lehkých kovových konstrukcí. Takto umístěné panely nijak nezatěžují přírodní ekosystémy. Po vypršení životnosti panelu ho lze jednoduše demontovat. Z toho vyplývá, že fotovoltaika nemá žádný negativní vliv na životní prostředí, neprodukuje škodlivé odpady a v podstatě nijak neovlivňuje tepelnou rovnováhu Země. Účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu umožňuje v současné době získat dnes používanými solárními systémy z jednoho metru aktivní plochy až 110 kWh elektrické energie za rok. V našich podmínkách je ve srovn ání se současnými klasickými zdroji elektrická energie ze solárních systémů však stále ještě podstatně dražší a musí být dotovaná státem.

14

Podstatou fotovoltaického jevu ve fotovoltaických článcích je vznik volných elektronů a "děr" osvětlením přechodu PN. Tímto způsobem se světelná energie přímo přeměňuje na elektrickou energii. Elektrickým propojením solárních článků pak vzniká fotovoltaický panel, který je základem pro náš systé m na výrobu elektrické energie. Jeden průměrný fotovoltaický systém na rodinném domě s výkonem 5 kWp ušetří 1.5 tuny černého uhlí za rok, a významně sníží škodlivé emise vypouštěné do ovzduší.

Obr. 2 Solární elektrárna v Ostrožské Lhotě. Foto: Enviport (2)

2.1.1 Vznik sluneční energie Zdrojem sluneční energie je sluneční jádro. Termonukleární jadernou reakcí v jádru Slunce je uvolněná energie do zářivé zóny transportována na základě konvektivních procesů a ze zářivé zóny je transportována do kosmického prostoru radiací. V konvektivní zóně dochází k promíchání plynů a k přenosu energie prouděním. Fotosféra je povrchová zóna, která má teplotu asi 5 700 K. Oblasti , kde je poněkud nižší teplota jsou tmavší a nazývají se sluneční skvrny.

15

Chromosféra je tenká vrstva přiléhající k povrchu Slunce s prudce klesající hustotou ve směru od středu Slunce, ale se stoupající teplotou od 10 do 100 tisíc stupňů (3). Sluneční energie vzniká na základě jaderných procesů při syntéze jader vodíku na jádra helia za vysokých teplot a tlaků v jádře Slunce. Slunce je vlastně vodíková koule s centrálním jaderným reaktorem pracujícím na principu syntézy při ohromných tlacích daných velikou hmotností Slunce a při teplotách asi 15 milionů stupňů a při uvedené hustotě (3). První krok v řetězci jaderných reakcí, které vedou ke vzniku helia, je syntéza dvou protonů (jader normálního vodíku) na jádro deuteria (proton, neutron) a vznikne jeden positron. V následujícím kroku sloučením jádra deuteria a jádra vodíku vznikne jádro tritia (proton a dva neutrony). V posledním kroku ze dvou jader tritia vznikne jádro helia (dva protony a dva neutrony) a dvě jádra vodíku. V průběhu tohoto procesu přeměny vodíku na helium dojde ke zmenšení celkové klidové hmotnosti a k uvolnění energie podle uvedené Einsteinovy rovnice. (3) Při jaderné syntéze se uvolňuje energie (ve formě tepla Q) v důsledku změny hmotnosti systému Dm podle slavné Einsteinovy rovnice:

Q = Dm × c2

kde c = 2,988.108 m.s-1 je rychlost světla ve vakuu (3)

Čím více energie Slunce vydá, a tedy čím více vodíku je přeměněno na helium, tím vyšší je teplota Slunce. Jednou teplota našeho Slunce dosáhne takové výše, že dojde k výbuchu a zhroucení Slunce. Slunce jako hvězda zanikne. Ačkoliv se ve středu Slunce každou sekundu přemění na energii 4 miliony tun hmoty, má naše hvězda – Slunce – takové obrovské rozměry, že dokáže tímto způsobem vyrábět energii ještě asi 10 miliard let. (3)

16

2.1.1.1 Vliv atmosféry na sluneční záření Dle Murtingera (2007) je první překážkou, která stojí slunečnímu záření v cestě, je zemská atmosféra. Na plynech, aerosolech a pevných částicích v atmosféře dochází k odrazu, rozptylu a pohlcení části záření. Jednak se trochu změní spektrum záření (zastoupení jednotlivých vlnových délek) a jednak se sníží i celková intenzita. Za jasného a slunečného letního dne tak v našich zeměpisných šířkách dopadá o něco méně než 1 kW/m 2 povrchu orientovaného kolmo na sluneční paprsky. Výsledný vliv atmosféry závisí na mnoha faktorech. Patří mezi ně: 1. výška slunce nad obzorem a s ní související tloušťka vrstvy vzduchu, skrz niž musejí sluneční paprsky projít. Používá se takzvaný „Air Mass“ faktor, který zohledňuje efektivní množství vzduchu

ležícího

v cestě

slunečním

paprskům.

Jeli

slunce

v nadhlavníku, je AM faktor roven jedné. Pokud například natáčíme Fotovoltaické moduly za sluncem, musíme počítat s tím, že jejich výkon bude večer nebo ráno (při malé výšce slunce) znatelně menší , 2. nadmořská výška místa – opět souvisí s vrstvou vzduchu jako v předchozím bodě, 3. míra znečištění atmosféry – je všeobecně známo, že nad městy a ve velkých průmyslových aglomeracích je zřetelně větší obsah aerosolů a tuhých částic, a díky tomu i menší intenzita slunečního záření, 4. oblačná

pokrývka

–

největší

překážkou

v atmosféře

jsou

pochopitelně mraky, které značnou část dopadajícího záření odrazí, zbytek rozptýlí tak, že nedopadá ze směru slunce, ale přichází více méně rovnoměrně, ze všech směrů (difuzní záření). Relativní četnost slunečných a oblačných dnů závisí na lokálním klimatu, zpravidla je k dispozici dostatek meteorologických údajů za dlouhou dobu, po kterou se to sleduje. Tyto údaje lze získat na stránkách Českého hydrometeorologického ústavu.

17

Murtinger (2007) dále uvádí, že celkově k vlivu atmosféry sice musíme při výběru lokality a plánování fotovoltaického systému přihlížet, nicméně nemáme moc možností, jak je ovlivnit. Jediné co tedy můžeme udělat, je změřit co nejpřesněji poměry v dané lokalitě a podle toho se rozhodnout. Naštěstí rozdíly v množství dostupné solární energie nejsou na území České republiky tak dramatické. (4)

2.1.1.2 Historie fotovoltaiky Dle Murtingera (2007) vše začalo v roce 1839 náhodným objevem tehdy pouze 19 letého francouzského fyzika Alexandra Edmonda Becquerela. Při experimentech s kovovými elektrodami ponořenými v elektrolytu zjistil, že při jejich osvětlení začne procházet malý proud. První skutečný fotovoltaický článek (jen na tuhé bázi, bez elektrolytu) s použitím Selénu vytvořili Adams a Day v roce 1877. Dalším významný krok učinil roku 1883 Fritts. Jeho první články už měly plochu 30 cm 2 , s maximální účinností 1% a bylo možné je vyrábět hromadně. Fritts také jako první odhadl, jak velký využitelný potenciál toto zařízení má. Ke komerční výrobě a praktickému využití ale nedošlo, účinnost byla přece jen ještě příliš nízká. Grondahl použil pro fotovoltaické články oxid měďný vytvořený v tenké vrstvě na měděném plechu. Proud se odváděl spirálou z olověného drátu, nebo později kovovou mřížkou vytvořenou napařením. Celé uspořádání se již podobalo dnešním fotovoltaickým článkům. Tato technologie měla výhodu v levném a dostupném materiálu, účinnost však byla stále příliš nízká. V počátcích byl rozvoj brzděn také tím, že nebylo vlastně jasné, jaký je mechanismus vzniku elektrického proudu ve fotovoltaických článcích a jaké jsou možnosti a omezení při přeměně energie slunečního záření na energii elektrickou. Významným krokem na cestě k moderním fotovoltaickým článkům byla příprava monokrystalů křemíku, kterou vyvinul Jan Czochralski. (3)

18

Křemíkový fotovoltaický článek patentoval Russell S. Ohl v roce 1946 v USA. Fotovoltaické články s křemíku dopovaného jiným prvkem (tedy články s p-n přechodem) a s účinností kolem 6 % vyrobili v Bellových laboratořích v roce 1954. Tato účinnost již byla rozumně velká pro praktické využití, cena byla ale příliš vysoká (to souviselo s nutností používat velmi čistý křemík). Významným impulzem pro rozvoj tohoto odvětví bylo proto využití fotovoltaických článků jako zdroje energie na umělých družicích po roce 1957. Zde cena nehrála roli, protože fotovoltaické články byly v podstatě jedinou praktickou cestou, jak zajistit napájení třeba telekomunikačních družic. Na Zemi se uplatnili solární fotovoltaické články až v sedmdesátých letech, kdy jejich cena klesla. Stejně však bylo jejich použití omezeno na napájení navigačních světel nebo různých zabezpečovacích zařízení v místech bez elektrické energie. Větší a masovější pozemské využití fotovoltaických článků nastalo až po ropné krizi v sedmdesátých letech, kdy se hledaly cesty, jak se zbavit závislosti na ropě, a vlády dávaly hodně peněz do výzkumu nových technologií pro výrobu energie. Svou roli zde také nepochybně sehrálo masivní rozšíření křemíkových polovodičových součástek, a tedy také levnější výroba čistého křemíku (4).

2.1.1.3 Současnost fotovoltaiky V současné době jsou nejrozšířenější solární články, u nichž se používá k výrobě krystalický křemík ve formě monokrystalu (účinnost 14 % až 17 %) nebo polykrystalu s účinností 12 % až 15 %. Protože výkon článků závisí pochopitelně na intenzitě dopadajícího záření, udává se jejich výkon jako tzv. špičkový, tedy při dopadajícím záření s intenzitou 1 000 W/m 2 (to odpovídá přibližně slunečnímu záření v poledne při jasné obloze). Například článek s účinností 19 % má při ploše 1 m 2 špičkový výkon 190 Wp. Výkon článků s věkem klesá, většina výrobců garantuje, že během 20 let poklesne výkon max. na 80 % původní hodnoty. 19

Výkon článků klesá i s rostoucí teplotou. Protože na elektřinu se přemění jen část dopadajícího záření, článek se zahřívá. Při instalaci je tedy třeba dbát na dostatečné odvětrání zadní plochy článků zejména při integraci do střešní krytiny nebo do fasády. Vyvíjejí se i kombinované články, chlazené vodou, která slouží pro ohřev užitkové vody nebo pro vytápění. Fotovoltaické články se mohou použít v místech, kde není k dispozici veřejná síť (chaty, jachty atd.). V tom případě se kombinují s akumulátorem (např. autobaterií) a v objektu je rozvedeno jen stejnosměrné napětí 12 V nebo 24 V. V poslední době se díky klesající ceně a poměrně výhodným výkupním cenám a dotacím používá fotovoltaika i v budovách připojených k síti. Stejnosměrný proud z panelů se pak musí přeměnit na střídavý pomocí elektronického střídače; tato přeměna je spojena se ztrátou 6 až 14 %. Systém pak zásobuje budovu; není-li odběr, přebytky se prodávají do sítě. Pokud jsou panely umístěny pevně (např. na střeše), je optimální sklon 35° a orientace přímo na jih. Menší odchylky neznamenají závažné zhoršení. Pro dosažení maximálního výkonu se používají i systémy s automatickým natáčením za Sluncem. Ty pochopitelně nelze instalovat na šikmé střeše, nosná konstrukce musí být dostatečně ukotvena a odolná proti namáhání větrem. Jiným trendem je využití fotovoltaických panelů v architektuře – panely mohou tvořit plášť budovy, pro prosklené plochy jsou vyvinuty panely propouštějící světlo.

2.1.2 Dostupnost solární energie v ČR Celkový příjem sluneční energie Zemí je za rok 751x1015 kWh. Toto uvedené množství dopadající sluneční energie je dále odráženo nebo absorbováno . Střední sluneční konstanta je podle posledních měření ve vesmíru 1353 W/ m 2 (maximum 3. ledna 1398 W/ m 2 a minimum 3. července 1308W/ m 2 ).

20

Toto střední množství slunečního záření představující množství tepelné energie dopadající na 1 m 2 zemského povrchu formou slunečního záření. Sluneční záření je v následujícím spektrálním složení: 1. ultrafialové světlo 105,80 W/ m 2 2. viditelné světlo 640,40 W/ m2 3. infračervené záření 606,80 W/ m 2 Dostupnost solární energie v České republice je ovlivněna mnoha faktory. Patří mezi ně zejména zeměpisná šířka, roční doba, oblačnost a lokální podmínky, ale také sklon plochy na níž sluneční záření dopadá. V ČR lze energii slunečního záření velmi dobře využít. Zajímavým faktem nicméně zůstává, že se údaje o slunečním záření v České republice z jednotlivých zdrojů v mnohém liší. Shrneme-li doposud publikované informace, dojdeme k následujícímu závěru:  Celková doba slunečního svitu (bez oblačnosti) je od 1 400 do 1 700 hodin za rok.  V našich podmínkách je solární systém o výkonu 1 kW schopen vyrobit 900-1 000 kWh elektrické energie za rok. Z těchto čísel je vidět, že při dobré účinnosti solárního systému lze získat z poměrně malé plochy (podstatně menší než je střecha rodinného domku) poměrně velký výkon. Nejmenší počet hodin má severozápad území, směrem na jihovýchod počet hodin narůstá. Jednotlivé lokality se od sebe liší v průměru až o cca 10% (5).

Obr. 3 Sluneční záření v ČR – kWh/m² - dopad na vodorovnou plochu (3) 21

2.1.3 Princip sluneční elektrárny Sluneční elektrárna je soubor menšího či většího počtu solárních panelů, střídače či střídačů, podpůrných a jistících prvků. Samozřejmě, že k elektrárně patří i konstrukční prvky a kabeláž. Solární elektrárny se liší především svým výkonem, jinak se většinou jedná o stejný princip - energie vyrobená dopadem slunce na fotovoltaické panely se přemění ve střídačích na střídavé veličiny a poté je předána do domácí či rozvodné elektrické sítě o kmitočtu 50 Hz. Sluneční energie se získává přímo či nepřímo. Přímo například pomocí slunečních článků, nepřímo pomocí slunečních sběračů.

2.1.3.1 Přímé získávání sluneční energie Přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu, při kterém se v určité látce působením světla uvolňují elektrony.

Obr. 4 Přímá přeměna solární energie na elektrickou (4)

Fotovoltaický jev byl popsán před již téměř 170 lety. Velmi zjednodušeně by se dalo říci, že se jedná o přeměnu slunečního záření na elektrický proud. 22

Z technologického hlediska je fotovoltaický systém tvořen soustavou fotovoltaických panelů, konstrukčním systémem a měničem napětí. Mimo několika větších elektráren vybudovaných na volných plochách je drtivá většina systémů montována na střechy rodinných domů. Aby dosáhl fotovoltaický systém maximálního výnosu, musí se při jeho umístění dodržovat určité podmínky. Především je to alespoň částečně jižní orientace stavby a nezastíněná lokalita. Přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu, při kterém se v určité látce působením světla (fotonů) uvolňují elektrony. Tento jev může nastat v některých polovodičích (např. v křemíku, germaniu, sirníku kadmia aj.). Fotovoltaický článek je tvořen nejčastěji tenkou destičkou z monokrystalu křemíku, použít lze i polykrystalický materiál. Destička je z jedné strany obohacena atomy trojmocného prvku (např. bóru), z druhé strany atomy pětimocného prvku (např. arzenu). Když na destičku dopadnou fotony, záporné elektrony se uvolňují a zbývají kladně nabité "díry". Přiložíme-li na obě strany destičky elektrody a spojíme je vodičem, začne protékat elektrický proud. Jeden cm 2 dává proud okolo 12 mW (miliwattů). Jeden metr čtvereční slunečních článků může dát v letní poledne až 150 W stejnosměrného proudu. Sluneční články se zapojují bud' za sebou, abychom dosáhli potřebného napětí (na jednom článku je 0,50 V), nebo vedle sebe tak, abychom získali větší proud. Spojením mnoha článků vedle sebe a za sebou vzniká sluneční panel (5).

2.1.3.2 Nepřímé získávání sluneční energie Nepřímá přeměna je založena na získávání tepla pomocí slunečních sběračů. V ohnisku slunečních sběračů se umístí termočlánky či tepelné motory, které přeměňují teplo v elektřinu. Jedná se o tzv. Seebeckův jev (v obvodu ze dvou různých materiálů vzniká elektrický proud, pokud jejich spoje mají různou teplotu). Jednoduché zařízení ze dvou různých drátů, které jsou spojeny na koncích se nazývá termoelektrický článek. 23

Jeho účinnost závisí na vlastnostech obou kovů, z nichž jsou dráty vyrobeny, a na rozdílu teplot mezi teplým a studeným spojem. Větší množství termoelektrických článků, které jsou vhodně spojeny, se nazývá termoelektrický generátor (5).

Obr. 5 Nepřímá přeměna solární energie na elektrickou - žlabový sběrač (5)

2.1.4 Sluneční elektrárny v ČR Nejmodernější fotovoltaické elektrárny v ČR provozuje Skupina ČEZ. Mezi nejmodernější v naší republice patří solární elektrárna BUŠTĚHRAD, která dokáže zásobit elektrickou energií asi 680 domácností. Další známé solární elektrárny v ČR jsou v Opatovicích na Svitavsku, v Dukovanech, na budovách Masarykovy univerzity a Ministerstva životního prostředí.

Obr. 6 Schéma sluneční elektrárny (6)

24

První sluneční elektrárna o výkonu 10 kW byla uvedena do provozu v roce 1998 na vrcholu hory Mravenečník v Jeseníkách (dnes je umístěna, jako demonstrační zařízení v areálu JE Dukovany jako součást informačního centra). Od roku 2000 zaváděl stát nástroje na podporu fotovoltaik y, a to jak podporou demonstračních projektů, tak podporou vývoje a výzkumu. Podpora dosáhla svého vrcholu v roce 2010. V témže roce bylo však dosaženo nejvyšší míry disproporce mezi výší výkupní ceny elektřiny z fotovoltaických instalací, taktéž náklady na pořízení fotovoltaických panelů. To kromě jiného zapříčinilo obrovský boom výstavby fotovoltaických zařízení jak domácími, tak také zahraničními investory. Česká

republika

se

stala

koncem

roku

2010

provozovatelem fotovoltaických elektráren na světě (5).

Obr. 7 Fotovoltaická elektrárna Buštěhrad (7)

25

třetím

největším

2.1.5 Klady a zápory využití sluneční energie Klady  obnovitelný a nekončící zdroj energie (dokud bude slunce existovat, budeme mít k dispozici solární energii),  není třeba budovat monstrózní stavby jako v případě těžby fosilních paliv (nemalé ušetření financí za náklady na stavení a provoz),  je všudypřítomná, zcela zdarma,  nulové znečištění životního prostředí,  je velice kvalitní, to znamená, že se poměrně snadno přeměňuje na jiné formy energie (energie tepelná, elektrická, apod.). Zápory  počáteční velké náklady na zřízení sluneční elektrárny,  pokles výkonu při zatažené obloze, deštivého počasí (ovlivnění množství energie a síly, která je produkována),  potřeba stálého slunečního svitu.

Obr. 8 Tepelné výkony slunečního záření (8) 26

Největším záporem výroby solární energie jsou velké počáteční investice, ale za pár let se tato investice vrací. V dnešní době se například provádí montáž solárních panelů na novostavby, kdy vlastníci díky používané solární energii uspoří na nákladech za provoz domu.

2.2 Větrná energie Větrnou energii využívali od nepaměti námořníci k pohonu svých plachetnic, později pak našla uplatnění tato energie na souši. Větrná energie jako nevyčerpatelný zdroj byla využívána k práci – k roztáčení větrných turbín pro pohon vodních čerpadel, k pohonu konstrukčních částí větrných mlýnů (kol, lopat apod.). Energie větru se v naší republice využívala od středověku. Největší rozvoj byl v 18. a 19. století; z té doby známe lokality 260 větrných mlýnů. V posledních letech se celá Evropa k větrné energii vrací, neboť tento zdroj energie představuje jednoduchý způsob, jak vyrobit vysoce žádanou elektřinu. Ostatní tzv. obnovitelné zdroje se totiž hodí spíše pro v ýrobu tepla. Dnes jsou vyvinuty větrné elektrárny vhodné i pro vnitrozemský provoz, kde klimatické podmínky způsobují námrazu na lopatkách, časté změny směru větru, výraznější kolísání rychlosti větru, turbulence a obecně i nižší rychlosti větru než v přímořských oblastech. Trendem je neustále zvětšovat velikost větrných elektráren. V ČR se tak můžeme setkat s nabídkou repasovaných elektráren, tedy strojů, které byly demontovány a nahrazeny větším a výkonnějším strojem (obvykle z Německa). V současnosti se staví elektrárny s výkonem 1 MW a více, s výškou stožáru okolo 100 m a průměrem rotoru i 90 m. V ČR není potenciál pro výstavbu větrných elektráren příliš velký, odhaduje se na 4 000 MWh (asi 5 % spotřeby elektřiny v roce 2004). Obvykle se uvádí, že v lokalitě by měla být průměrná roční rychlost větru více než 5 m/s.

27

Při této hodnotě je skutečně produkce elektřiny taková, že investice do elektrárny je obvykle návratná. Nemusí to ale platit vždy, ekonomika investice totiž závisí i na výkupních cenách elektřiny z větru. Ještě větší vliv má případná dotace na projekt. Lze také použít elektrárnu s větším průměrem rotoru, která dává přijatelný výkon i při nižších rychlostech větru. Naopak negativní vliv na ekonomiku má případná nutnost vybudovat elektrickou přípojku, případně zlepšit přístupové cesty, aby se na místo dostaly montážní jeřáby a transportní kamiony. Lokality pro větrnou elektrárnu se v ČR hledají v oblastech s nadmořskou výškou přes 600 m n. m. Tato místa jsou často součástí chráněných území (přírodní parky, rezervace, tzv. ptačí oblasti atd.), kde je stavba vyloučena nebo obtížná. Dalším omezením mohou být územní plány obcí a sídelních celků, ochranná pásma letišť nebo vojenských prostorů atd. Elektrárna by rozhodně neměla být ani v místě tahu ptáků (např. čápi), jinak by docházelo ke kolizím. Větrným elektrárnám jsou vytýkána různá negativa, vesměs však neopodstatněně: 1) Hluk současných strojů je poměrně nízký, navíc elektrárny jsou stavěny dostatečně daleko od obydlí. V praxi za větrného počasí hluk elektrárny zaniká v akustickém šumu pozadí (šumění stromů, trávy atd.). Hluková studie bývá součástí dokumentace nutné ke stavebnímu povolení. Stroboskopický efekt (vrhání pohyblivých stínů, je-li Slunce nízko nad obzorem) není v praxi závažný, je-li elektrárna dost daleko od lidských obydlí. Podobně i odraz Slunce na lopatkách je díky matným nátěrům již minulostí. 2) Rušení televizního signálu může nastat. Závisí na pozici televizního vysílače, elektrárny a domů, které mají anténu. Týká se opět jen blízkéh o okolí elektrárny. 3) Rušení zvěře podle praktických zkušeností nenastává. Dokladem jsou ovce a krávy, ale i divoká zvěř pasoucí se v těsné blízkosti elektráren. Podle některých studií se v okolí elektráren zvýšil i počet hnízdících ptáků. Vysvětluje se to jednak tím, že elektrárny jsou dobrým orientačním bodem 28

v krajině a jednak tím, že rotory mohou rušit dravé ptáky. Podobně se nepotvrdilo ani to, že by rotující listy zabíjely prolétající ptáky. Ke kolizím dochází, ale poměrně vzácně, zejména v noci a za mlhy. Výjimkou byly případy, kdy elektrárna stála např. v místě tahu migrujících ptáků. 4) Narušení krajinného rázu je nejspíše nejproblematičtější. Někomu se elektrárny líbí, někomu ne. V české krajině, kde lze jen s obtížemi najít panorama nerušené stožáry elektrického vedení, představují větrné elektrárny další, nezvyklý prvek. Paradoxně se u nich někdy dostává do konfliktu požadavek státní ochrany přírody na „nenápadnost“ větrné elektrárny s požadavkem bezpečnosti leteckého provozu na umístění zábleskového zařízení na vrchol stožáru kvůli viditelnosti. Trend stavět stále větší stroje vede k tomu, že elektráren může být méně, ale současně budou více vidět. Elektrárny však mohou také pomoci snížit počet různých stožárů v krajině. Na stožár jedné elektrárny lze umístit několik různých telekomunikačních zařízení (zejména vysílače mobilních telefonů), které bohužel často mají každý svůj vlastní stožár. Díky umístění ve větší výšce mohou pak vysílače pokrýt větší území. Vítr lze na elektřinu přeměnit dle Klinkerové (2009) poměrně snadno, na rozdíl třeba od biomasy nebo geotermální energie. Česká republika jako vnitrozemský stát nemá pro využití větru příliš dobré podmínky. Současné technologie si však umí dobře poradit i s kolísavou rychlostí větru, relativně častou změnou směru i námrazami. Trendem je výstavba stále větších strojů (průměr rotoru až 100 m). Důvodem jsou nižší měrné náklady na výrobu elektrické energie a maximální využití lokalit, kterých je omezený počet (2).

Obr. 9 Větrné elektrárny (9) 29

2.2.1 Větrné elektrárny v ČR Větrné elektrárny využívají síly větru k roztočení turbíny. Ta energii větru převádí na rotační energii mechanickou, která je pomocí generátoru zdrojem energie. Vyrobí tak přibližně 0,30 % celkové vyrobené energie v ČR.

Obr. 10 Funkční schéma větrné elektrárny (10)

Společnost ČEZ, a. s. na svých webových stránkách uvádí, že podle odborných studií má v naší republice největší potenciál větrné energie oblast severních Čech a severní Moravy, následuje jižní Morava a západní Čechy. Nejméně vhodné pro využití větrné energie jsou jižní Čechy. Mezi nejvýkonnější větrné elektrárny se řadí elektrárny v těchto lokalitách:  Kryštofovy Hamry – Ústecký kraj  Jindřichovice – Karlovarský kraj  Pavlov – Kraj Vysočina

30

Česká republika nemá vhodné podmínky pro masivní výstavbu větrných parků, proto se u nás vyskytují větrné elektrárny jen o několika málo turbínách, většinou 2-3. Největší „větrná farma“ je v lokalitě Ostružná v Hrubém Jeseníku.

Obr. 11 Větrníky na Ostružné Autor: DENÍK/Jiří Kopáč (11)

2.2.2 Klady a zápory využití větrných elektráren Klady  zelený zdroj energie - zanedbatelný vliv na životní prostředí,  žádné odpadní produkty,  obnovitelný zdroj energie,  jejich využitím se může snížit obsah oxidu uhličitého v ovzduší.

31

Zápory  nestabilní zdroj energie,  větší hlučnost,  určité nebezpečí pro ptactvo, ale i ostatní zvířata. Vlivem klimatických podmínek ČR nebude větrná energie patřit mezi favority obnovitelných zdrojů v naší republice, jako je tomu například v Holandsku. Větrné elektrárny se u nás většinou budují v nadmořské výšce okolo 600 metru nad mořem s volným prostranstvím, např. v olomouckém, ústeckém, nebo karlovarském kraji.

2.3 Vodní energie Stejně tak jako energie využívaná z větru patří i vodní energie mezi nejstarší využívané druhy energií. Vodní kola byla člověkem používána již před naším letopočtem. Rozvojem vědy a techniky se zrodily první motory a vodní turbíny, které byly hlavním zdrojem energie pro generátory ve vodních elektrárnách. S příchodem elektřiny nabily hydroelektrárny na svém významu.

Obr. 12 Schéma vodní elektrárny (12) 32

Pro předběžný odhad výkonu a výroby elektřiny lze použít tyto vzorce: Výkon: P = k . Q . H . 9,81 Výroba elektřiny: E = P . T kde: P = je výkon [kW] E = je množství vyrobené energie během roku [kWh] Q = je průtočné množství vody, průměrný průtok [m 3/s] H = je spád využitelný turbínou v [m] k = je konstanta uváděná v rozsahu 0,5–0,8 pro malé vodní elektrárny, 0,80–0,85 pro střední a velké; vyjadřuje celkovou účinnost soustrojí a další ztráty T = je počet provozních hodin během roku [h] - měl by být alespoň 4 000

2.3.1 Vodní elektrárny v ČR Využití energie vodních toků má v naší republice bohatou tradici. Již před II. světovou válkou zde bylo mnoho malých vodních elektráren. Většina z nich byla později zrušena, zato se však vybudovalo několik velkých vodních elektráren, zejména tzv. vltavská kaskáda. Na celkové produkci elektřiny se však vodní elektrárny podílejí méně než 4 %. Stále však existuje potenciál pro další využití vodní energie. Většinou se jedná o lokality pro malé vodní elektrárny. Může jít o výstavbu v místech bývalých mlýnů, pil a hamrů, kde často jsou více nebo méně zachovalé zbytky vodního díla (hráze, jezu, náhonu). Další potenciál se skrývá v použití modernějších technologií ve stávajících elektrárnách. Jde zejména o náhradu letitých turbín novými turbínami s lepší účinností, podobně lze zvyšovat účinnost v převodech a generátorech. 33

Další možností je instalace nových turbín, které umožní využít dosud nevyužívané průtoky vody (sezónní). Jiné místo pro využití vodní energie představují vodárenská zařízení, kde lze nahradit škrtící armatury vodní turbínou. Využije se tak energie vody, která se dnes maří bez užitku. Současné technologie umožňují použít turbíny i v systémech pitné vody. Aby byla vodní elektrárna skutečným přínosem pro životní prostředí, je třeba dodržovat některá pravidla již při výběru lokality, přípravě projektové dokumentace, vlastním provádění stavby a hlavně při provozu. Správně provozovaná elektrárna často přispěje v lokalitě a jejím okolí k revitalizaci místního říčního systému, protože čistí a provzdušňuje tok. Vodní elektrárny přeměňují mechanickou energii proudící vody na elektrickou energii. Z hlediska energetiky je pro ČR nejdůležitější přečerpávací vodní elektrárna DLOUHÉ STRÁNĚ. Její instalovaný výkon činí 2x325 MW.

Obr. 13 Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně (13) Využití vodní energie má u nás dlouhou tradici. Ještě v roce 1930 bylo v tehdejším Československu dle Klinkerové (2009) evidováno téměř 17 tisíc elektráren, mlýnů, pil, hamrů a dalších zařízeni využívajících vodní energii.

34

V padesátých letech minulého století byla však většina z nich cíleně zlikvidovaná, neboť představovala konkurenci centrálně řízenému socialistickému hospodářství. Počátkem osmdesátých let 20. století bylo v ČR pouze asi 135 malých vodních elektráren (MVE), během deseti let vzrostl tento počet asi na 900. V roce 2009 je v ČR evidováno 1 354 malých vodních elektráren, disponující výkonem do 1 MW (2).

2.3.2 Klady a zápory využití vodních elektráren Klady  vodní energie je obnovitelná,  při výrobě energie nedochází ke znečištění životního prostředí,  akumulace vody a stabilizace průtoku říčním korytem,  přispívaní k vyrovnávání změn na tocích a vytváření nové možnosti pro revitalizaci (prokysličování vodního toku),  ve srovnání s fosilními a jadernými palivy je bezpečnější.

Zápory  změna klimatických podmínek v kraji,  ekologické důsledky (změna vodního toku, výstavba silnic apod.),  limity přehradních nádrží,  návratnost vložených finančních prostředků je přímo úměrná na využití vyrobené elektrické energie,  velké nároky na údržbu a obsluhu elektrárny.

35

Největším problémem výstavby vodních elektráren se stává narušení biotopů krajiny, tím pádem změna klimatických podmínek dané oblasti. v popředí je i velká náročnost na technické zázemí.

2.4 Geotermální energie Téměř všechny obnovitelné zdroje pro výrobu energie mají původ v sluneční energii. U geotermální energie jako u jednoho z mála obnovitelných zdrojů, tomu tak není.

Obr. 14 Schéma geotermální elektrárny (14) Jde o teplo z hlubin Země, které proniká na povrch planety Země. Klinkerová (2009) udává, že z hlediska využití se rozlišuji čtyři kategorie:  energie z hydrotermálních zdrojů vysoké teploty (>130 °C) pro výrobu elektřiny,  energie tepla hornin („suché zemské teplo“) vysoké teploty (>130 °C) pro výrobu elektřiny, 

energie z hydrotermálních zdrojů vyšší teploty (<130 °C) pro výrobu tepla,

 geotermální energie pro nízkoteplotní systémy - tepelná čerpadla (2).

36

Některé zdroje geotermální energie nejsou obnovitelné, lze je vyčerpat v horizontu desítek let.

2.4.1 Geotermální elektrárny v ČR Geotermální energii v ČR využívá například ZOO v Ústí nad Labem, ale také plavecký bazén. Zdrojem této energie je podzemní voda s teplotou 32 °C z vrtu hlubokého 515 m (1).

Obr. 15 Zkušební vrt (15) V ČR se využívá geotermální energie hlavně k vytápění objektů. Například v Děčíně se této možnosti využívá již několik let.

Obr. 16 Vrták používaný při hloubení zkušebních vrtů (16) 37

2.4.2 Klady a zápory využití geotermálních elektráren

Klady  nízké provozní náklady,  udržitelnost zdroje minimálně 30 let. Zápory  velké investiční náklady,  vysoké náklady na zkušební vrty,  vrty nemusí potvrdit přítomnost geotermálních zdrojů. Hlavní nevýhodou nalézání geotermálních pramenů je velká ekonomická zátěž při hledání nového zdroje. Zkušební vrty i při velké investici mohou být neúspěšné a mnohdy je zapotřebí hledat znovu.

Obr. 17 Pohled na zemní projev geotermální energie – gejzír (17)

38

2.5 Energie z biomasy Využití biomasy je všestranné. Nejstarší způsob použití biomasy je jako potrava pro lidi a zvířata. Jak uvádí Klinkerová (2009) jakosurovinu může využítprakticky veškerý biologický odpad – dřevní odpad z lesní těžby či dřevovýroby, trávu a ořezy z údržby veřejné zeleně, kaly z čistíren odpadních vod, slamu či kejdu z chovu dobytka. Biomasu pro energetické účely je možné také pěstovat cíleně – různé druhy speciálních energetických plodin, rychle rostoucí dřeviny, řepku, kukuřici (2). Vynikající energetickou výhřevnost nacházíme například u pecek švestky, které zbývají jako odpad při páleni slivovice. Biomasa se jeví jako vhodný zdroj obnovitelné energie pro komunální projekty, pro obce v zemědělských oblastech či v podhůří a v neprůmyslových regionech. Biomasu můžeme, jak uvádí Murtinger a Beranovský (2011) rozdělit podle způsobu využití do pěti skupin:  biomasa jako potrava – zdroj energie,  biomasa jako zdroj tepla pro vaření, ohřev vody a vytápění,  biomasa jako zdroj energie pro dopravní prostředky,  biomasa jako zdroj energie pro výrobu elektřiny,  biomasa jako surovina pro průmysl (6).

Obr. 18 Palivové dřevo – tradiční využití biomasy (18)

39

2.5.1 Elektrárny na spalování biomasy v ČR Biomasa je v podmínkách České republiky patrně nejvýznamnějším obnovitelným zdrojem energie. V ČR dochází hlavně ke spalování rostlinných zbytků v elektrárnách Skupiny ČEZ, a to v elektrárnách v Hodoníně, v Poříčí či Tisové.

Obr. 19 Tepelná elektrárna Tisová na Sokolovsku (19)

2.5.2 Klady a zápory využití biomasy Klady  ekologické spalování,  využití popele ze spálené biomasy ke hnojení,  velký energetický potenciál.

Zápory (záleží na typu biomasy)  velké finanční nároky na zřízení technického vybavení pro výrobu energie,  sušení, lisování paliva před zpracováním.

Biomasa jako zdroj energie se dostává v ČR do popředí, neboť má velký energetický potenciál a je relativně lehce dostupná.

40

APLIKAČNÍ ČÁST 3 Školní projekty „Projekt je specifický typ učebního úkolu, ve kterém mají žáci možnost volby tématu a směru jeho zkoumání, a jehož výsledek je tudíž jen do určité míry předvídatelný. Je to úkol, který vyžaduje iniciativu, kreativitu a organizační dovednosti, stejně tak jako převzetí odpovědnosti za řešení problémů spojených s tématem.“ (Kasíková, 2001, str. 49) Z toho vyplývá, že projekt můžeme dle Kasíkové (2001) považovat za druh úkolu, ale také za specifickou vzdělávací strategii. V obecně technických předmětech by měl být kladen důraz na rozvíjení vědomostí, návyků, tvůrčích dovedností a schopností žáka různými formami výuky. Jako jedna z nich – projektová výuka, umožňuje žákovi maximálně využít jeho potenciálu, umožňuje jeho seberealizaci jakožto jednotlivce nebo člena skupiny (7). Vzhledem k tomu, že dochází k rozvoji a stále větší dostupnosti ICT rozšiřuje se prostor pro samostatnou aktivní práci s informacemi. Lze používat metody, které v dřívějších dobách nebyly příliš obvyklé. Mezi tyto metody patří například již zmiňované projektové vyučování. Jedním z hlavních důvodů, proč na začátku minulého století začali pedagogové uvažovat o potřebnosti změn v pojetí výuky, a tedy mj. začali používat projektovou metodu, byly změny, které nastaly vlivem vědeckotechnické revoluce. Stejně tak jsou současné tendence, aby se pojetí vzdělávání více individualizovalo a diferencovalo (na úrovni studentů i na úrovni jednotlivých vzdělávacích zařízení). Tyto tendence jsou vyvolány velkou řadou změn, které se ve velké míře projevují po celém světě. Jsou to např. rychlý socioekonomický vývoj, změny charakteru práce a vědy, snadná dostupnost informací, globa lizace, měnící se situace dětí a mládeže.

41

Projektové vyučování je vyučovací metoda, kterou jsou studenti vedeni k řešení komplexních problémů, při které získávají zkušenosti experimentováním a praktickou činností. Tato vyučovací metoda je odvozená z pragmatické pedagogiky a principu instrumentalismu a je jednou z metod, která podporuje motivaci studenta a kooperativní učení. Tento druh vyučování svou šíří záběrů do předmětů, oborů, počtem použitých prostředků a různorodostí forem stojí na rozhraní mezi řeš ením složitějších školních úloh a skutečnou praxí. V projektovém vyučování se ztrácí hranice mezi jednotlivými vyučovacími předměty. Studenti při něm naopak zjišťují, jak spolu jednotlivé problémy a věci souvisí a jak i na první pohled jasné řešení přináší další nové otázky k zodpovězení. V projektovém vyučování mohou studenti kolektivně řešit zadaný projekt, který je zadán ve větší šíři, navzájem při něm spolupracovat, přičemž všichni studenti nemusí řešit stejný typ úlohy, nebo používat stejné metody a prostředky. Tato forma vyučování nutí studenty k větší samostatnosti a odpovědnosti za výsledek své práce. Dále umožňuje využít individuálních dovedností, znalostí, schopností a zkušeností jednotlivých studentů. Projektová metoda posiluje motivaci

studentů

a

učí

mimo

jiné

důležitým

životním

dovednostem:

spolupracovat, diskutovat, formulovat názory, řešit problémy, tvořit, hledat informace atd. Při tomto projektovém vyučování zpravidla ani vyučující předem neví k jakým konkrétním závěrům a výsledkům jeho studenti dospějí. V tomto druhu studia studenti velice často zkoumají a bádají. Osvojují si při něm nejen samotné poznatky, ale i samotné metody poznávání. Výzkumná, badatelská činnost studentů v projektech představuje svéráznou metodologii učení, navozuje základní postoje, které je nutné mít při výzkumnictví, ale hlavně buduje návyk hledat dříve otázku, nežli odpověď. Vytvoření projektu, stanovení jejich jednotlivých cílů a následné zařazení do vyučování vyžaduje učitelův zápal pro věc, ochotu kooperovat a ko munikovat jakož i podporu a pochopení školy. Dalším neméně důležitým předpokladem je také zájem studentů a jejich ochota se do projektu zapojit.

42

3. 1 Všeobecné rozdělení projektů Projekty můžeme rozdělit podle různých hledisek. Nejčastěji se setkáme s rozdělením projektů podle těchto kritérií:  podle časové náročnosti na jeho zpracování,  podle určení (jednotlivec – skupina),  podle předmětu, do kterého spadá,  podle realizace (školní, domácí či kombinovaný).

3.2 Hlavní principy projektu Podle Kasíkové (2001) se dají rozdělit do sedmi složek, kde každá tvoří důležitou součást projektu: 1. Potřeby a zájmy dítěte  do popředí se zde dostává dětská potřeba získávání nových zkušeností, dovedností a poznatků, ale také potřeba vlastní odpovědnosti

nebo

spoluodpovědnosti

za

vykonanou,

uloženou práci. 2. Aktuální situace  v projektech nastává okamžik, kdy se žák může vyrovnat s reálnými problémy, které přicházejí z nastolené situace, z prostředí školy, ale také ze sociální skupiny, ve které se nacházejí. 3. Interdisciplinarita  projekty ucelují poznání žáků, spojují informace, působí mezipředmětově (např. téma Obnovitelné zdroje energie může být projednáno z úhlu ekologie, chemie, ale i historie).

43

4. Seberegulace při učení  s podnětem pro projekt většinou přichází učitel, ale svým souhlasem se zapojením se do projektu přebírají roli řídící nebo sebe řídící činnosti, přebírají odpovědnost za realizaci projektu,  ovšem důležitost role učitele-koordinátora nelze odsouvat do pozadí – důležité vedení žáků zvenku, musí být zřetelně definována autorita (svoboda v rámci projektu může být pro některé žáky nad jejich možnosti – síly). 5. Orientace na produkt  v průběhu projektu je pro žáky důležité hmotná kontrola své práce, vidět smysl svého konání, proto je důležitou součástí projektového

vyučování

prezentace

vytvořených

děl,

dokumentace průběhu, portfolia, výrobky apod.),  žák neustále bilancuje výsledky svého učení. 6. Skupinová realizace  projekty se jeví jako velmi vhodný prostředek pro trénink týmové práce, skupina hodnotí a sleduje dynamiku týmu, sociální dovednosti,  projekty neznají hranic – umožňují propojení i zdánlivě odlišných sociálních skupin, nehraje zde žádnou roli jiná řeč, věk pohlaví, sociální zařazení jedince. 7. Společenská platnost  pokud téma projektu přesahuje stěny školy, často vtáhne do svého dění i lidi z okolí – nejčastěji rodinu, která může být žákovi nápomocna v jeho zkoumání, hledání informací, sháněním potřebného materiálu apod.,

44

 projekt jako učební metoda oplývá jedinečností – žáci zjistí, uvědomí si svoje možnosti, kapacity, ale hlavně přirozeně rozvíjejí své kompetence (7).

3.3 Zařazení projektů do výuky V dnešní době v rámci reformy školství, díky tvorbě školních vzdělávacích programů samotnými školami, které vycházejí z rámcově vzdělávacích programů, dostává opět projektová výuka zelenou. Ve školních vzdělávacích programech vystupuje do popředí i problematika mezipředmětových

vztahů,

integrovaná

výuka.

Mezipředmětové

vztahy

nepochybně obohacují vzdělávací cíle výuky a vzdělávacích oborů. Zamýšleny jsou tedy předně souvislosti uvnitř daného vyučovacího předmětu, mezi tematickými okruhy nebo jejich očekávanými výstupy a částmi učiva. V obecně technických předmětech na 2. stupni základní školy je to například vztah mezi nimi a přírodovědnými předměty, například fyzikou, chemií, přírodopisem. Při tomto pohledu je patrno, že nejde o nic převratně nového, ale spíše o důsledné naplňování a dodržování běžných zásad vyučovacího procesu. Při zařazování vhodných souvislostí dochází k obohacení a zefektivnění daného vyučovacího procesu a právě i v tomto spočívá výhoda projektového vyučování. Projektová výuka nepatří mezi jednoduché formy výuky, neboť zahrnuje v sobě určitou komplexnost, která využívá různých metod výuky a forem práce. Často je však opomíjeno, že tato výuka klade velkou náročnost na osobnost učitele i žáka. Vyžaduje stanovení jasného cíle, výstupu, aktivitu a samostatnost žáků, pružnou reakci na změny v projektu apod. Ovšem, pokud je dobře připravena a vedena učitelem-koordinátorem, celkově rozvíjí osobnost žáka, motivuje jej pro další práci. Přispívá k rozvoji sebepojetí žáka. Proto se projektové vyučování stává velkou výzvou dnešní doby, neboť přináší do učení kromě jiného kvalitu.

45

3.4 Zařazení projektů do výuky technických předmětů V oblasti obecně technických předmětů má

projektová výuka své

opodstatnění. Právě v této formě výuky může žák realizovat technické myšlenky, které se opírají o již získané znalosti. Komplexnost těchto znalostí ovlivní míru žákovo úspěšnosti při provádění svěřeného úkolu. Hlavně na základních ško lách by měl učitel projevit uznání ke každému dílčímu kroku žáka, k jeho každému úspěchu. Důležitá je i samotná otázka zadání, realizace a samotného hodnocení projektu. Učitel by měl seznámit žáky s postupy a způsoby realizace, ale také cíli daného projektu. Při hodnocení by učitel neměl opomenout časovou náročnost projektu, hodnotit hlavně jeho řešení, správnost a způsob zpracování. Neměli bychom zapomenout na komplexnost v hodnocení a seznámit žáky s chybami, kterých se při zpracování dopustili, aby došlo k jejich eliminaci (8).

3.5 Role učitele v projektové výuce V projektové výuce dochází ke změně role učitele oproti běžné výuce. Učitel se dostává do různých rolí: učitel jako pomocník, učitel jako koordinátor, učitel jako rádce, učitel jako pozorovatel, učitel jako moderátor, fascilitátor apod. Nechává koordinovaný průběh komunikaci mezi žáky. Komunikační struktury, které tu vznikají, nabývají jiných rovin, mění ráz vzdělávacího procesu. Bezprostředně působí na atmosféru výuky, klima ve třídě. Komunikace

v rámci

projektové

výuky

mění

i

styl

pedagogické

komunikace. Ta se již nemůže zaměřovat pouze na sdělování informací, poznatků a hodnocení, ale je zaměřena na postoje, emoce, chování, vyjadřování, prožívání mezi účastníky výchovně vzdělávacího procesu. Do popředí opět vstupuje vhodné klima třídy.

46

3.6 Role žáka v projektové výuce Osobnost žáka nabývá v projektové výuce nový rozměr. Musí se naučit v rámci vzdělávacího procesu aktivně přistupovat k řešení zadaného úkolu, rozhodovat se, nalézat řešení, prezentovat výsledky své práce, ale také naslouchat, pomáhat, akceptovat členy skupiny. Žák přebírá zodpovědnost za svoje učení. Má možnost seberealizace, taktéž i aktivního zapojení do vzdělávacího procesu.

3.8 Rozvoj klíčových kompetencí v technických předmětech Rámcově vzdělávací program žádá po škole, učiteli, aby rozvíjel osobnost žáka komplexně. Nejen po stránce teoretické vybavenosti vědomostmi, ale také jeho dovednosti a postoje. To vše v sobě skrývají klíčové kompetence, které jsou pomocí školních vzdělávacích programů včleňovány do výuky. Tyto kompetence samozřejmě patří k projektové výuce v technických předmětech. V rámci projektu lze rozvinout například komunikativní kompetence. Učitel dohlíží na správné pojmenování technických částí, kontroluje s pisovnost žákova projevu, zda používá termíny, které již znají i ostatní žáci apod. Žák se učí krok za krokem objasnit to, co se ostatním spolužákům zdá v jeho projektu nejasné. Není pro něho lehké mluvit souvisle a plynule, neboť málokterý žák toto ovládá bez tréninku. Z toho vyplývá, že většina dětí se to musí nejdříve naučit, tak jako se musí třeba naučit Ohmův zákon. Nastíníme i další kompetenci, kterou lze v technických předmětech u dětí rozvíjet, i když by se na první pohled mohlo zdá, že vůbec s technickými předměty nemůže souviset. Hovoříme o kompetenci občanské. Hlavně v projektové výuce je důležité, aby žák dokázal správně formulovat svou otázku, námět na projekt a nečekal až na vytvoření přesného schématu či myšlenkové mapy učitelem. Tato výuka nu tí žáky spolupracovat s ostatními, chovat se demokraticky, respektovat názor druhého apod. A to je právě největší přínos pro samozřejmé nenucené zapracování klíčových kompetencí do vzdělání. 47

Mohli bychom nastínit další a další kompetence, které lze v projektové výuce technických předmětů rozvíjet, ale všechny mají něco společné – učitel by měl dbát na jejich smysluplné nenásilné zapracování do výuky.

3.9 Příklady školních projektů V této části bakalářské práce představíme několik školních projektů, které sloužící k osvětě, informovanosti, ke snížení spotřeby energie při běžných činnostech.

3.9.1 Víš, kolik spotřebuje plynu vaše domácnost? ANOTACE Projekt počítá s výdaji domácnosti a ukazuje návod na jejich výpočet. Vede žáky ke schopnosti předvídat, kalkulovat, vhodně reagovat na zvyšující se náklady. Rozvíjí finanční gramotnost žáka, ale také vede k zamyšlením nad možnostmi úspory energií. CÍL Žáci se dokáží optimálně rozhodnout pro společnost poskytující dodávku plynu. Uvědomí si důležitost sledování spotřeby a výdajů za dodávku plynu, jakož to podkladu pro výběr správné společnosti. Jsou schopni aktivní diskuze na toto téma. VÝSTUP: Pracovní list se záznamem a výpočtem spotřeby, diskuse. POUŽITÉ METODY Komplexní - projektové vyučování.

48

ROZVÍJENÉ KLÍČOVÉ KOMPETENCE  kompetence matematické - efektivně aplikovat matematické postupy při řešení různých praktických úkolů v běžných situacích,  kompetence k řešení problému - uplatňovat při řešení problémů různé metody myšlení a myšlenkové operace,  kompetence občanské - chápat význam životního prostředí pro člověka, uvědomovat si význam udržitelného rozvoje,  kompetence komunikativní - vyjadřuje se jasně v mluvených i psaných projevech, přiměřeně tomu, komu, co chce sdělit, s jakým záměrem a v jaké situaci komunikuje. TEXT Ceny zemního plynu neustále stoupají, náklady na provoz domácnosti neustále rostou. Na českém trhu se zabývá prodejem plynu řada společností, které nabízejí různé ceny za dodávky plynu do vaší domácnosti, slibují různé výhody, jestliže se pro ně rozhodnete. Abyste se dokázali rozhodnout správně pro optimální společnost, musíte vědět jakou spotřebu plynu vaše domácnost má, také kolik jí to stojí. ÚKOL 1 Po dobu jednoho měsíce pozorujte spotřebu zemního plynu ve vaší domácnosti. Získané údaje zapisujte do tabulky.

Počáteční stav plynoměru:___________________________________________________ 1. týden

2. týden

3. týden

4. týden

m3

Z tabulky odečtěte, kolik zemního plynu spotřebovala vaše domácnost za 1 měsíc.

49

ÚKOL 2 1. Vypočítejte cenu spotřebovaného plynu. 2. Výslednou částku porovnejte s výší placených záloh. 3. Odhadněte roční spotřebu a vypočítejte přibližné roční náklady. 4. Seznamte se se způsobem vyúčtování dodávky zemního plynu od ČEZ, s.r.o. (viz. příloha č. 1). 5. Po seznámení se fakturou jste, zjistili, co vše zahrnuje cena za dodávku plynu. Pokuste se vybrat z faktury položky, z kterých se cena za plyn vypočítá a prodiskutovat s ostatními problematiku výpočtu nákladů za plyn. Skutečná měsíční spotřeba: Množství zemního plynu ________________

Cena za 1 m³

Cena celkem

____________

________________

Roční náklady na zemní plyn (odhad): _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ZÁVĚR: Porovnejte zjištěné náklady vaší domácnosti s náklady ostatních spolužáků. Z jakých důvodů se mohou ceny lišit? Všimněte si, od kterého dodavatele vaše domácnost plyn odebírá. Má tato skutečnost vliv na rozdílnou cenu? Po prostudování faktury, jste zjistili, že výpočet nákladů na plyn je složitější, počítá se spalné teplo a služby s tím spojené. Co vše tedy ovlivňuje konečnou cenu? Diskutujte na toto téma. Sepište poznatky, ke kterým jste dospěli.

3.9.2 Kolik spotřebujeme vody v naší domácnosti? ANOTACE Projekt počítá s výdaji domácnosti a ukazuje návod na jejich výpočet. Vede žáky ke schopnosti předvídat, kalkulovat, vhodně reagovat na zvyšující se náklady. Rozvíjí finanční gramotnosti žáka, ale také nutí k zamyšlením nad možnostmi úspory energií. 50

CÍL Žáci si uvědomí objem nákladů na vodné a stočné vynaložené jejich domácností. Porovnají náklady domácnosti, v které žijí s náklady domácností svých spolužáků. Uvědomí si nutnost ekonomického zacházení s vodou. Jsou schopni aktivní diskuze na toto téma. VÝSTUP: Pracovní list se záznamem a výpočtem spotřeby, diskuse. POUŽITÉ METODY Komplexní - projektové vyučování. ROZVÍJENÉ KLÍČOVÉ KOMPETENCE  kompetence matematické - efektivně aplikovat matematické postupy při řešení různých praktických úkolů v běžných situacích,  kompetence k řešení problému - uplatňovat při řešení problémů různé metody myšlení a myšlenkové operace,  kompetence občanské - chápat význam životního prostředí pro člověka, uvědomovat si význam udržitelného rozvoje,  kompetence komunikativní - vyjadřuje se jasně v mluvených i psaných projevech, přiměřeně tomu, komu, co chce sdělit, s jakým záměrem a v jaké situaci komunikuje. TEXT Ceny vodného a stočného se neustále mění. Náklady na provoz domácnosti neustále rostou. V každém městě, obci se ceny vodného a stočného liší. Dokáže vaše rodina šetřit vodu nebo plýtváte? Jsou náklady na spotřebu vody pro vaši rodinu únosné? Můžete to ovlivnit? Pokuste se to zjistit.

51

ÚKOL 1 Po dobu jednoho měsíce pozorujte spotřebu vody ve vaší domácnosti. Získané údaje zapisujte do tabulky.

Počáteční stav vodoměru:___________________________________________________ 5. týden

6. týden

7. týden

8. týden

m3

Z tabulky odečtěte, kolik vody spotřebovala vaše domácnost za 1 měsíc. ÚKOL 2 1. Vypočítejte cenu spotřebované vody. 2. Pokud je vaše domácnost napojena na kanalizaci, vypočtěte i cenu stočného. 3. Odhadněte roční spotřebu vody a vypočítejte přibližné roční náklady. Skutečná měsíční spotřeba: Množství spotřebované vody

Cena za 1 m³

Cena celkem

vodné ________________

____________

________________

stočné________________

____________

________________

Roční náklady na spotřebu vody (odhad): _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ZÁVĚR: Porovnejte zjištěné náklady vaší domácnosti s náklady ostatních spolužáků. Z jakých důvodů se mohou náklady na spotřebu vodu lišit? Pokuste se zjistit, kolik vody spotřebujete při koupání nebo sprchování? Co je ekonomičtější z hlediska spotřeby vody: mytí nádobí ručně nebo v myčce na nádobí? Znáte nějaké způsoby, jak se dá za vodu ušetřit? Diskutujte na toto téma. 52

3.9.3 Provoz elektrických spotřebičů v naší domácnosti ANOTACE Projekt počítá s využíváním různých druhů spotřebičů v domácnosti a ukazuje na jejich různou energetickou náročnost. Vede žáky ke schopnosti správného úsudku, kalkulovat, vhodně reagovat na nabídku trhu. Rozvíjí finanční gramotnosti žáka, ale také nutí k zamyšlením nad možnostmi úspory energií. CÍL Žáci si uvědomí, jaká je energetická náročnost v domácnosti v ČR. Dokáží určit parametry spotřebiče pro efektivní šetření energií. Jsou schopni aktivní diskuze na toto téma. VÝSTUP: Pracovní list se záznamem a výpočtem spotřeby, diskuse. POUŽITÉ METODY Komplexní - projektové vyučování. ROZVÍJENÉ KLÍČOVÉ KOMPETENCE  kompetence matematické - efektivně aplikovat matematické postupy při řešení různých praktických úkolů v běžných situacích,  kompetence k řešení problému - uplatňovat při řešení problémů různé metody myšlení a myšlenkové operace,  kompetence občanské - chápat význam životního prostředí pro člověka, uvědomovat si význam udržitelného rozvoje,  kompetence komunikativní - vyjadřuje se jasně v mluvených i psaných projevech, přiměřeně tomu, komu, co chce sdělit, s jakým záměrem a v jaké situaci komunikuje. TEXT Elektrický spotřebič (žehlička, pračka, vysavač) je běžným pomocníkem v naší domácnosti. Každý z nich má své stáří, které ovlivňuje spotřebu elektrické energie. Víš, kolik financí vynaloží vaše domácnost na jejich provoz? 53

ÚKOL 1. U nejpoužívanějších elektrických spotřebičů uveďte druh spotřebiče, jeho příkon, průměrnou dobu provozu (např. za týden), průměrnou spotřebu elektrické energie. 2. Vyjádřete náklady na spotřebovanou elektrickou energii v Kč u každého spotřebiče, následně u všech spotřebičů, za určitý časový úsek a za rok. PŘÍKLAD ŘEŠENÍ ÚKOLU Cena za jednotku elektřiny: 3,50 Kč/kWh druh

příkon

průměrná doba

spotřebovaná

náklady

elektrického

elektrického

provozu

el. energie

na el. energii

spotřebiče

spotřebiče

za týden

za týden

za týden

W

hod.

kWh

Kč

pračka

2 200

5

11,00

38,50 Kč

160

35

5,60

19,60 Kč

žehlička

1 400

2

2,80

9,80 Kč

vysavač

1 800

2

3,60

12,60 Kč

mikrovlnná trouba

800

2

1,60

5,60 Kč

PC sestava

160

10

1,60

5,60 Kč

DVD přehrávač

15

2

0,03

0,11 Kč

televize

60

40

2,40

8,40 Kč

rádio s CD

20

25

0,50

1,75 Kč

100

20

2,00

7,00 Kč

31,13

108,96 Kč

1 618,76

5 665,66 Kč

chladnička

žárovka celkem celkem za rok

ZÁVĚR: 1. U kterých spotřebičů jsou náklady na jejich provoz největší? 2. U kterých spotřebičů je největší možnost úspor za spotřebovanou elektrickou energii? 3. Jaké možnosti úspor to jsou? 4. U kterých spotřebičů a v kterých případech je šetření neefektivní?

54

3.9.4 Jaké to bude s energiemi v ČR? Jak se jeví naše energetická budoucnost? ANOTACE Projekt přináší seznámení žáků s některými skutečnostmi týkajících se energií v ČR.

Vede žáky k utváření širších souvislostí kolem problematiky

energií u nás. CÍL Žáci si dokáží zhodnotit míru závislosti ČR na dovozu energetických zdrojů. Uvědomí si možnosti v hospodaření a ekonomické budoucnosti českého energetického průmyslu. VÝSTUP: Diskuse. POUŽITÉ METODY Komplexní - projektové vyučování. ROZVÍJENÉ KLÍČOVÉ KOMPETENCE  kompetence k učení - kriticky přistupuje ke zdrojům informací, informace tvořivě zpracovává a využívá při svém studiu a praxi,  kompetence k řešení problému - rozpozná problém, objasní jeho podstatu, rozčlení ho na části,  kompetence komunikativní - vyjadřuje se jasně v mluvených i psaných projevech, přiměřeně tomu, komu, jakým způsobem, co chce sdělit, jaký má záměr a v jaké situaci komunikuje.

Uspořádáme s žáky diskusi na téma energetika v ČR, její budoucnost. Nejprve je seznámíme s některými skutečnostmi, které jsou obsaženy v textu projektu.

55

Úkolem žáků bude interpretovat získané informace a zařadit je do širších souvislostí. V diskusi se pokusíme shrnout několik doporučení pro energetickou politiku ČR. TEXT Energetika obecně  Spotřeba energie vzroste na celém světě do roku 2050 o 100 %, z toho 45% růstu bude tvořeno spotřebou Číny a Indie.  Roční nárůst světové spotřeby je asi 2,2 %, v Číně pak skoro 5 %.  Hrubý domácí produkt od roku 1990 roste v Česku průměru o 4,5 % ročně, ale spotřeba energie jen o 2 %.  Energetická náročnost hrubého domácího produktu v České republice je dnes o třetinu vyšší, než průměr EU.  Předpokládá se, že energetické nároky na dopravu se do roku 2050 zvýší v Česku o 80 %.  Celková dovozní energetická závislost Česka je dnes asi 42 % - toto číslo je sníženo díky značnému vývozu elektřiny a v budoucnu pravděpodobně výrazně poroste (9).

Plyn  Globální zásoby plynu se při současné spotřebě odhadují na 65 let.  Téměř 45 % zásob se nachází na území Ruska a Íránu.  60 % světových zásob plynu je v dosahu Evropy.  Do roku 2020 plánuje EU vynaložit 200 mld. eur na plynovou infrastrukturu.  Dnes je EU závislá na dovozu z 55%, předpokládá se, že v roce 2030 bude závislá z 85%.

56

 Rusko je největším světovým exportérem a Německo druhým největším importérem (Německo se snaží vybudovat přímý ropovod Nord Stream).  V EU činí podíl plynu na výrobě elektřiny 21 %, v Česku 5 %.  Zásobníky plynu mají v Česku kapacitu zhruba 90 dní.  Česko má dodávky plynu ze zahraničí smluvně zajištěny do roku 2035 (9).

Obnovitelné zdroje  Předpokládá se, že do roku 2050 se zvýší objem takto získávané energie více jak čtyřikrát.  Do roku 2020 se Česko zavázalo k podílu 13 % obnovitelných zdrojů na výrobě elektřiny, v roce 2005 byl podíl 4 %.  Objem větrné energie by měl do roku 2050 vzrůst více jak desetkrát.  Dnes tvoří podíl větrné energie na výrobě elektřiny zhruba 1 %.  Hydroenergetický potenciál je využitý z 81 %, pro velké elektrárny nad 10MW ze 100 %.  Projekt DESERTEC má za cíl do 2050 roku pokrýt spotřebu elektřiny v EU z 20 % získávaných z koncentračních solárních zdrojů z pouštních oblastí Severní Afriky a Španělska.  Na naše území dopadne díky slunečnímu záření více jak 250krát více energie, než kolik je celková spotřeba.  Do roku 2050 by měl očekávaný vývoj termosolárních panelů stoupnout zhruba 50krát.  Vzhledem ke klimatickým podmínkám jsou biopaliva v Česku náročná na vloženou energii.  Velký potenciál skrývá využití geotermálního tepla (9).

57

ÚKOL 1. Z předloženého textu (viz kapitola 3.9.4) se seznamte se skutečnostmi týkající se energetické náročnosti ČR (spotřeba, výroba, dovoz, předpoklad využití obnovitelných zdrojů apod.) v porovnání s ostatními zeměmi. 2. Vyhledejte další informace ve zprávě Nezávislé energetické komise na stránkách www.vlada.cz 3. Diskutujte se spolužáky na dané téma (např. o množství spotřebované energie v domácnostech, o dovozní závislosti ČR, o zásobách plynu, o možnostech využití obnovitelných zdrojů v ČR, ale i ve světě apod.) ZÁVĚR: 1. Výsledky diskuse zapište do několika bodů v podobě doporučení. 2. Svá doporučení srovnejte se závěry Nezávislé energetické komise.

58

4 Závěr Hlavním cílem této bakalářské práce bylo vytvoření poznatkové fáze problematiky obnovitelných zdrojů energie a vytvoření soustavy didaktických materiálů vhodných pro realizaci výuky týkající se problematiky obnovitelných zdrojů energie projektovou metodou na 2. stupni ZŠ. Vytvořená poznatková fáze problematiky obnovitelných zdrojů energie je určena k využití učitelem i žákem. Učitel může využít vytvořenou poznatkovou fázi k vytvoření projektového úkolu, myšlenkové mapy, ale i k námětům na diskuzi, k seznámení žáků s výrobou dané energie, jejími klady a zápory. Jsou zde k dispozici i obrázky schémat jednotlivých elektráren, pomocí kterých lze vysvětlit princip výroby energie danou elektrárnou. Žák naopak může využít vytvořené poznatkové fáze k řešení zadaného projektu, vybrat si určitý druh obnovitelného zdroje jako oporu pro vytvoření svého projektu či myšlenkové mapy. V příkladech školních projektů uvedených v této bakalářské práci si mohou žáci sami například vyzkoušet jak je na tom, z pohledu šetření energiemi domácnost, ve které žijí. V prvním projektu zaměřeném na spotřebu plynu v domácnosti mají žáci možnost porovnat náklady na dodávku zemního plynu své domácnosti s ostatními spolužáky. Naučí se spočítat skutečnou spotřebu zemního plynu a zorientují se v položkách dodávky zemního plynu uváděných na faktuře od ČEZ, s.r.o., která je přílohou této práce. Seznámí se s různými dodavatelskými společnostmi. Ve druhém projektovém úkolu, který se zabývá spotřebou a náklady na vodné stočné v domácnosti, zase zjišťují jak je na tom jejich domácnosti. Opět mají možnost porovnání s ostatními spolužáky. Pomocí diskuse by měli zhodnotit ekonomičnost své domácnosti, vymyslet způsoby další efektivnosti v hospodaření s vodou.

59

Ve třetím projektu týkajícího se provozu elektrických spotřebičů v domácnosti mají možnost porovnat náklady na provoz různých spotřebičů. Seznámí se s kritérii pro výběr elektrického spotřebiče s ekonomickým provozem a díky tomu i s možnostmi úspor. Ve čtvrtém projektovém úkolu žáci formou diskuse nastíní možnosti řešení energetické budoucnosti České republiky. Porovnají své názory s ostatními, vyvodí společný závěr. Získají širší pohled na problematiku získávání a využití energií. U všech zmíněných projektů jsme přiměli žáky zamyslet se nad využíváním energií, nad možnostmi jejího využití. Při jejich zpracování sami zjistí jaké nároky a možnosti na ekonomičnost jejich využívání má jejich domácnost.

Uvědomí

si

způsoby

vzniku

energie,

a

hlavně

důležitost

obnovitelných zdrojů. Jak už bylo řečeno, tato bakalářská práce slouží jako didaktický text pro učitele, ale i pro studenty při realizaci projektu. Pomáhá učitelům nebo žákům vytvořit projekt na téma obnovitelné zdroje energie. Pozastavit se nad technickým potenciálem lidstva a jeho využití ku prospěchu člověka. Vede učitele i žáky k zamyšlení nad možnostmi způsobu získávání energie, nad její obnovitelností či neobnovitelností, ale i způsobu v jejím získávání. Poukazuje na klady a zápory využití různých energií. Měla by pomoci radikálně změnit pohled na způsoby získávání a využití energie. Poukazuje na nutnost žákova všeobecného přehledu v oblasti technických věd. V této bakalářské práci jsme ukázali, že i když jsou na začátku zřizování technického zázemí pro získávání energií z obnovitelných zdrojů velké investice, je nezbytně nutné těchto energií využívat. Lidstvo se bez nich neobejde. Stejně tak jsme ukázali, jak je důležité se získanými energiemi šetřit, chovat se ekonomicky.

60

Seznam použité literatury a pramenů 1. Obnovitelné

zdroje

energie

[online].

[cit.

2012-06-11].

Dostupné

z:

http://aplikace.mvcr.cz/ archiv2008/sbírka/1992/sb004-92.pdf 2. KLINKEROVÁ, Jitka. Obnovitelné zdroje energie. Praha: Ministerstvo

životního prostředí, 2009, 34 s. ISBN 978-80-7212-520-3. 3. KADRNOŽKA, Jaroslav. Energie a globální oteplování. 1.vyd. Vysoké učení technické Brno: Vutium, 2006, ISBN 80-214-2919-4, str. 189. 4. MURTINGER, Karel a Jiří BERANOVSKÝ. Energie z biomasy. 1. vyd. Brno: EkoWATT, 2011, 106 s. Stavíme. ISBN 978-80-251-2916-6. 5. Solární

sluneční

elektrárny

[online].

[cit.

2012-06-11].

Dostupné

z:

http://www.alternativni-zdroje.cz/slunecni-solarni-elektrarny.htm 6. MURTINGER, Karel a spol. Fotovoltaika, energie ze slunce. 1.vyd. Brno: Era, 2007, ISBN 80-214-2919-4, str. 194. 7. KASÍKOVÁ, Hana. Kooperativní učení, kooperativní škola. Vyd. 2., rozš. a aktualiz. Praha: Portál, 2010, 151 s. ISBN 978-807-3677-121. 8. KROPÁČ, Jiří. Didaktika technických předmětů: vybrané kapitoly. 1. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2004, 223 s. Ediční řada Skripta. ISBN 80-244-0848-1. 9. Pracovní a poradní orgány vlády [online]. 2012, 17. 6. 2012 [cit. 2012-06-17]. Dostupné z: http://www.vlada.cz/cz/pracovni-a-poradni-organy-vlady/nezavislaenergeticka-komise/aktuality/aktualizovana-zprava-nezavisle-energetickekomise-45697/ Obrázky: 1) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://www.obb.cz/produkty/solarnikolektory-bramac/ 2) [online].

[cit.

2012-06-11].

Dostupné

z:

http://www.enviport.cz/

default.aspx?assID=67121 3) [online].

[cit.

2012-06-11].

Dostupné

z:

http://www.czrea.org/cs/druhy-

oze/fotovoltaika #podmínky 4) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://www.topeni-topenari.eu/topeni /topidla-alternativní/solarni-vytapeni.php 61

5) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://www.kdejinde.cz/edee/content/ microsites/ solární/k23.htm 6) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://www.vyjimecnedomy.cz/solarniparky 7) [online].

[cit.

Dostupné

2012-06-11].

z:

http://www.cez.cz/cs/vyroba-

elektriny/obnovitelne-zdroje/slunce/provozovane-fotovoltaicke-elektrarny/ fotovoltaicka-elektrarna-bustehrad.html 8) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://www.itest.cz/solar/solar2.htm 9) [online].

[cit.

2012-06-11].

Dostupné

z:

http://img.aktualne.centrum.cz/

334/75/3347537-vetrna-elektrarna.jpg 10) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: 10) http://eamos.pf.jcu.cz/amos/ kat_fyz/modules/low/kurz_text.php?id_kap=18&kod_kurzu=kat_fyz_7356 11) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: 11) http://olomoucky.denik.cz/ zpravy_region/v-ostruzne-ma-vyrust-stopadesatimetrovy-vetrnik.html 12) [online].

[cit.

Dostupné

2012-06-11].

z:

http://www.priroda.cz/

detail_foto.php?id1=100&id2=95 13) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: 13) http://cestovani.idnes.cz/dlouhestrane-div-ceska-nebo-pohrobek-socialismu-f65/igcechy.aspx?c=A050921_142331_igcechy_tom 14) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: 14) http://www.energyweb.cz/ web/index.php?display_page=2&subitem=2&slovnik_page=geoterm_el.html 15) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://www.nazeleno.cz/energie/ energetika/prvni-geotermalni-elektrarna-v-cr-liberec-nebo-litomerice.aspx 16) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://www.nazeleno.cz/energie/ energetika/prvni-geotermalni-elektrarna-v-cr-liberec-nebo-litomerice.aspx 17) [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné z: http://tourismplacesworld.blogspot.cz/ 2011/06/geyser.html 18) [online]. [cit. 2012-06-12]. Dostupné z: htthttp://cs.wikipedia.org/wiki/Biomasa p://cs.wikipedia.org/wiki/Biomasa 19) [online].

[cit.

2012-06-12].

Dostupné

z:

http://ekolist.cz/cz/fotobanka/

energie/tepelna/ tepelne-elektrarny 20) [online]. 2012 [cit. 2012-06-18]. Dostupné z: http://ebookbrowse.com/vzorfaktura-domacnost-plyn-pdf-d309443690 62

Seznam obrázků Obr. 1 Princip funkce solárního panelu

13

Obr. 2 Solární elektrárna v Ostrožské Lhotě. Foto: Enviport

15

Obr. 3 Sluneční záření v ČR – kWh/m² (dopad na vodorovnou plochu)

21

Obr. 4 Přímá přeměna solární energie na elektrickou

22

Obr. 5 Nepřímá přeměna solární energie na elektrickou (žlabový sběrač)

24

Obr. 6 Schéma sluneční elektrárny

24

Obr. 7 Fotovoltaická elektrárna Buštěhrad

25

Obr. 8 Tepelné výkony slunečního záření

26

Obr. 9 Větrné elektrárny

29

Obr. 10 Funkční schéma větrné elektrárny

30

Obr. 11 Větrníky na Ostružné Autor: DENÍK/Jiří Kopáč

31

Obr. 12 Schéma vodní elektrárny

32

Obr. 13 Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně

34

Obr. 14 Schéma geotermální elektrárny

36

Obr. 15 Zkušební vrt

37

Obr. 16 Vrták používaný při hloubení zkušebních vrtů

37

Obr. 17 Pohled na zemní projev geotermální energie – gejzír

38

Obr. 18 Palivové dřevo – tradiční využití biomasy

39

Obr. 19 Tepelná elektrárna Tisová na Sokolovsku

40

Obr. 20 Vzor faktury za plyn – část A

64

Obr. 21 Vzor faktury za plyn – část B

65

63

Přílohy 1. Vzor faktury za plyn

Obr. 20 Vzor faktury za plyn – část A (20)

Obr. 21 Vzor faktury za plyn – část B (20)