Energia slnečného žiarenia

Spracovala Martina Mikušková z 9. triedy

Slnečné žiarenie je konštantný a nevyčerpateľný zdroj energie. Stačí, ak povieme, že Zem ročne dostáva približne 6.1017 kWh energie slnečného žiarenia. Toto množstvo je 20 tisíc násobne väčšie v porovnaní so súčasnými energetickými potrebami ľudstva. Avšak na škodu veci je, že sa toto bohatstvo, okrem minimálnej časti, nevyužíva. Väčšia časť slnečného žiarenia sa po dopade odráža späť do vesmíru, časť pohlcujú horniny a povrchové vrstvy morských vôd. A čo robyť so zvyškom, stále obrovskou energiou, to ešte nevieme.

Efektívne využiť prakticky neobmedzený zdroj energie, ktorý sa skrýva v toku slnečných lúčov, je v súčasnosti dôležitá úloha pre vedcov a inžinierov. V ostatných rokoch sa v rozličných krajinách začali projektovať a budovať rozmanité solárne zariadenia, ktoré sú určené spravidla na riešenie konkrétnych lokálnych úloh. Zatiaľ majú príliš malý výkon, iba niekoľko kilowattov a majú prevažne vedecký charakter. Podľa teplotného režimu sa delia na dve skupiny:
  1. vysokoteplotné
  2. nízkoteplotné
V zariadeniach prvého typu sa slnečné lúče koncentrujú do malej škvrny, ktorej teplota stúpa až na 3000°C, prípadne aj viac. Tieto zariadenia sa používajú predovšetkým na tavenie kovov a na iné účely, kde je potrebná taká vysoká teplota.

Zariadenia druhého typu pracujú s podstatne nižšími teplotami, rádovo do 200°C. Pomocou nich sa voda ohrieva, odsoľuje, čerpá zo studní. Koncentrovaným slnečným teplom sa suší zelenina, ovocie, zvárajú sa železobetónové panely, dnes by sme už ťažko spočítali všetky funkcie slnečných lúčov.

Doteraz existuje iba málo solárnych zariadení určených na získanie mechanickej a elektrickej energie. Princíp činnosti týchto zariadení je v pôsobení slnečných lúčov skoncentrovaných zrkadlovým reflektorom na kotol s vodou. Voda sa ohrevom mení na paru a privádza sa do turbíny generátora, ktorý na princípe elektromagnetickej indukcie vyrába elektrickú energiu. Tu snáď treba spomenúť pána Presňjakova, ktorý navrhol zariadenie na využitie slnečného žiarenia a magnetizmu bez generátorov.

Pôvod fosílnych palív

Správnemu pochopeniu mechanizmu vzniku fosílnych palív a miesta, ktoré týmto palivám prislúcha v energetickej sústave Zeme, vhodne poslúži schéma toku energie na zameguli podľa Hubberta.

Celková sústava sa skladá z dvoch častí:
  1. z dynamického toku energií
  2. zo statického množstva energie
kde k druhej časti patria fosílne palivá, geotermická, jadrová a gravitačná energia.

Na povrch Zeme a jeho okolie smerujú tri rozhodujúce toky energie:
  1. slnečné žiarenie s výkonom 174PW
  2. tepelný tok zvnútra Zeme s výkonom 32TW
  3. energia morského prílivu s výkonom 3TW

30% slnečného žiarenia sa od atmosféry odráža do vesmíru, teda nevplýva na energetické pomery Zeme. Ostatných 70% tejto energie, t.j. žiarenie s výkonom 122PW však takmer tri a pol tisíc násobne prevyšuje ďalši dve zložky toku energie a tvorí tak podstatnú časť v celej energetickej sústave.

Fotosyntéza

Už v roku 1771 dokázal anglický chemik Joseph Priestley (1733-1804), že "živočíchy menia vzduch na nedýchateľný a rastliny ho očisťujú". Priestlyho pozorovanie vzbudilo záujem vo vtedajších vedeckých kruhoch a pokusy holandského botanika a lekára Jana Ingenhousza (1730-1799) viedli v roku 1779 k novému poznatku, že "zelená rastlina očisťuje vzduch len na slnečnom svetle". Závažný pokrok v týchto štúdiách dosiahol až švajčiarsky prírodovedec Jean Senebier (1742-1809), ktorý zistil, že cez deň, t.j. za slnečného osvetlenia, zelené rastliny uvoľňujú kyslík a to nie preto, že by ho "vydychovali", ale v súvislosti s asimiláciou uhlíka, teda pri svojom vyživovaní. Tento proces dostal meno fotosyntéza, ktoré správne vystihuje podstatu a dodnes sa preto nezmenilo.

Pri fotosyntéze ide o proces, pri ktorom sa anorganické zlúčeniny, predovšetkým voda H2O a oxid uličitý CO2 menia na sacharidy (CH2O)n za súčasného uvoľňovania kyslíka O2. Táto reakcia si vyžaduje jednak prítomnosť chlorofylu, obsiahnutého v zelených častiach rastlín, ktorý plní funkciu senzibilizátora, a jednak prítomnosť chlorofylom zachycovaného slnečného žiarenia (predovšetkým s vlnovými dĺžkami v oblasti 600-700nm), pričom dodnes nie je presne známy mechanizmus tejto reakcie, ktorú vyjadrujeme takto:

nCO2 + nH2O + slnečné žiarenie -----> (CH2O)n + nO2

Energia potrebná na priebeh fotosyntézy sa tak hromadí chemicky. Tento tok energie je, napriek tomu, že ide o zanedbateľný podiel slnečného žiarenia, neobyčajne dôležitý. Ide totiž o jediný zdroj energie nevyhnutnej pre fyziologické požiadavky celej biologickej sústavy. Obrátenú chemickú reakciu možno napísať takto:

(CH2O)n + nO2 ----->  nH2O + nCO2 + energia

Pripomeňme, že pri fotosyntéze sa chemicky realizuje len 1-2% dopadajúceho slnečného žiarenia. Rastliny teda v skutočnosti spotrebujú jen asi 3-5 desaťtisícin percenta slnečného žiarenia dopadajúceho na Zem. Aj tento mizivý podiel však stačí na vyživovanie celého živočíšneho sveta.