Energie ze Slunce
9. 12. 2009
Naše Slunce je neobyčejným zdrojem energie. Když svítí, na každý metr čtvereční naší zahrady v průměru dopadá zhruba tisíc Joulů za vteřinu, což například stačí na provoz mikrovlnky. S trochou kreativního konstruktérství můžeme zaměřit a soustředit tuto energii tak, abychom dosáhli větších výkonů. Přidejte se k Michaelovi a vyrobte si vlastní domácí sluneční koncentrátor, kterým si budete moci opéci topinku, a to dokonce i v zimních dnech.
Tereza: Naše Slunce. Ohromná koule žhavého plazmatu. Jeho nesmírná velikost a hustota z něj vytvořila obrovský jaderný reaktor, v němž se neustále spojují jádra vodíku, a vzniká helium. I když tento děj probíhá mnoho miliónů kilometrů od Země, je základním zdrojem veškeré naší energie.
Filip: Nalézání nových inovativních postupů, jak zachycovat a využívat energii přímo ze Slunce je jedním ze způsobů, jak zmírnit už tak vysokou závislostí na fosilních palivech.
Michael: The Sun is an incredible source of energy. When it shines on the Czech Republic, it delivers up to 700 Joules of energy every second for every meter squared.
Slunce je neuvěřitelný zdroj energie. Když svítí nad Českou republikou, přináší každou sekundu až 700 Joulů energie na každý čtvereční metr.
Filip: Což znamená, že na tato plochu obdrží zhruba 700 Wattů.
Michael: That is a lot of power! If we could transform all of that power into electricity, that would be enough to run a microwave.
To je hodně energie. Kdybychom uměli přeměnit všechnu tuto energii na elektřinu, stačila by k napájení mikrovlnky.
Tereza: A to je výzva: Jak přeměnit tuto energii záření, přicházejícího ze Slunce, na energii, kterou můžeme snadno využít?
Michael: Zatím to lidé provádějí asi dvěma způsoby. Zaprvé můžeme využít fotovoltaického jevu.
Filip: Díky němu sluneční energie vybuzuje ve zvláštním druhu křemíku elektrony.
Michael: Ty se začnou pohybovat a vznikne elektrický proud.
Filip: S Michaelem jsme vám tento princip vysvětlovali už v minulých experimentech. Pokud jste to nestihli, můžete si pustit náš web.
Michael: A second way to harness a radiant energy from our Sun is to convert it into useful heat energy by focusing incoming rays of light to a specific point.
Druhý způsob, jak zapřáhnout energii Slunce, je její přeměna na využitelnou tepelnou energii, když soustředíme přicházející světlo do určitého bodu.
Filip: Koncentrace světla ze Slunce může přinést obrovské, dramatické výsledky. Když propálíme dírku do tohoto listu pomocí lupy, ukazuje to na sílu, kterou máme k dispozici, pokud sluneční světlo soustředíme do jednoho bodu.
Michael: Devices that concentrate sunlight are called Solar Concentrators. And I’m going to show you, how to make one.
Zařízením, která soustřeďují sluneční světlo, se říká sluneční koncentrátory. A já vám ukážu, jak jeden takový postavit.
Tereza: Stěny koncentrátoru vyrobíme z lepenky.
Michael: A potřebujeme 44 centimetrů.
Tereza: Právě 44 centimetrů je důležitá míra. Je to poloměr budoucí válcové odrazné plochy. Ovšem tento tvar bude mít jedna z dvojice bočních stěn koncentrátoru.
Filip: Tak, první fázi výroby jsme zvládli. Teď trocha počtů a měření. Obě boční stěny totiž budou o něco užší.
Michael: Pozor na prsty!
Tereza: A to je konečná podoba boční stěny.
Filip: V dílně teď musíme naměřit a uříznout pár latěk přesně daných rozměrů. Z nich sestavíme kostru koncentrátoru.
Tereza: I tento úkol naši kutilové zvládli, dokonce bez ztráty prstu. Další zkouškou manuální zručnosti je sestavení kostry. Potřebujete vhodné hřebíčky, kladívko a trochu trpělivosti.
Filip: Na kratší stranu obdélníku přilepíme a ještě i přitlučeme obě boční stěny.
Tereza: Dvojice delších latěk tvoří bočnice koncentrátoru. Hotovo.
Filip: Tohle je důležitá součást: samolepicí hliníková fólie – odrazná plocha budoucího zrcadla. Pečlivě ji lepíme na nosnou válcovou plochu z lepenky. Ještě odstranit ochranný kryt a zrcadlo je připraveno.
Tereza: Pomocí široké lepicí pásky odraznou plochu připevníme k rámu.
Michael:A hotovo. Jádrem tohoto zařízení je zakřivené zrcadlo, které v našem případě má poloměr 44 cm.
Filip: Ohnisko se nachází na vnitřní straně lišty, ve vzdálenosti 22 centimetrů od odrazné plochy. A zapamatujte si: ohnisko vždy najdete přesně v polovině poloměru.
Michael: Když rovnoběžné paprsky světla dopadnou na zrcadlo, odrazí se tak, že většina paprsků projde ohniskem. Tak se energie světla soustředí sem a vytváří teplo.
Filip: Dokonce i za studeného podzimního počasí přichází ze Slunce dostatek energie na to, aby to opeklo kousek chleba.
Michael: Trpělivost.
Tereza: Naši stavitelé věnovali svému výtvoru až dojemnou péčí.
Filip: Ale nebude opečený jenom z jedné strany?
Tereza: Časem přece jen začalo vítězit volání prázdného žaludku.
Filip: Hele, tak ještě rychle jeď z druhé strany. Já už mám totiž hlad.
Filip: To je dobré. Já se u toho i opálím, Michaele.
Tereza: Trpělivost dlouhých minut držení a čekání nakonec přinesla celkem přijatelný výsledek.
Michael: A device like this could be used to cook food, or to heat and sterilize water. It can even be used to concentrate sunlight onto photovoltaic cells, which should increase the efficiency and its electrical output. Have a look: at a moment no motion. If I put it into the concentrator ,… it goes.
Podobná zařízení se mohou použít k vaření jídla, ohřátí nebo převaření vody. Může se dokonce použít k soustředění slunečního světla na fotovoltaické články, aby se zvýšila jejich účinnost a tedy elektrický výkon. Podívejte se: teď žádný pohyb. Když ho dám do koncentrátoru – jede.
Tereza: Stejný princip, jaký jsme použili k opečení chleba, využívají sluneční elektrárny na mnoha místech světa. Obrovská zakřivená zrcadla soustředí sluneční světlo na potrubí s olejem. Olej se v něm zahřívá až na 400 °C. Své teplo předává vodě, která se vypaří a jako pára pohání parní turbínu. A ta vyrábí elektřinu. Mnohé z těchto slunečních elektráren mají výkon, který je dostačující i pro malé město.
Filip: Slunce je naším nejslibnějším obnovitelným zdrojem energie.
Michael: Finding new and creative ways to use this energy presents an exciting opportunity for scientists, inventors and innovators. Just like you. Nalézání tvůrčích způsobů, jak využít tuto energii, přináší vzrušující příležitosti pro vědce, vynálezce a inovátory, jako jste vy.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough