Energetický sektor čelí rastúcemu tlaku zo strany rôznych zainteresovaných strán, od spotrebiteľov až po elektrárne, aby znižovali náklady na obnoviteľné zdroje energie a súčasne zvyšovali mieru prijatia obnoviteľnej energie. Začínajúce a rozvíjajúce sa spoločnosti vyvíjajú rad riešení, ktoré vyhovujú výrobcom energie a spotrebiteľom. Technológie na znižovanie nákladov na solárnu a veternú energiu, zvyšovanie kapacity vyrobenej energie a účinnosti vyvolávajú záujem a investície do vývoja nových technológií.

Obnoviteľné zdroje energie 2020

Podľa novej publikácie Medzinárodnej energetickej agentúry (angl. International Energy Agency, IEA) sa svetová výroba energie stane ešte ekologickejšou. Správa s názvom Obnoviteľné zdroje energie 2020 zdôrazňuje, ako sa kapacita výroby elektriny z vetra a slneč­nej energie v priebehu nasledujúcich piatich rokov zdvojnásobí, čím prekoná globálnu výrobu z uhlia aj zo zemného plynu. IEA uviedla, že obnoviteľná energia v roku 2020 rástla najrýchlejším ročným tempom za posledných šesť rokov, a to aj napriek pandémii COVID-19. V správe uviedli aj to, že trh s obnoviteľnými zdrojmi, najmä technológie na výrobu elektriny, preukázali počas uplynulého roka svoju odolnosť.

Kompletná správa Obnoviteľné zdroje energie 2020 je dostupná tu.

Inovácie v oblasti veterných technológií

Mnohí predstavitelia priemyslu, startupy a vedci vyvíjajú a ponúkajú inovatívne riešenia pre veterné elektrárne. Jedným z dôvodov je zvyšujúca sa potreba výroby elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov. Pozrite sa na možnosti, ktoré veterná energetika ponúka.

Väčšie turbíny poskytujú viac energie

Vyššie veže veterných turbín a dlhšie lopatky zvyšujú kapacitu a množstvo elektrickej energie vyrobenej na jednej turbíne. Preukázalo sa, že s rastúcim výkonom klesajú náklady na prevádzku. S tým súvisí aj množstvo novovznikajúcich veterných elektrární na mori. Spoločnosť GE nedávno vyrobila najdlhšiu lopatku veternej turbíny na svete – Halidade-X 12MW – s dĺžkou 107 m, rotorom dlhým 220 m a výškou 248 m. Čím dlhšia je lopatka rotora, tým silnejší vietor dokáže turbína využiť a premeniť na elektrinu.

Plávajúca veterná energia

Veterná energia na mori prechádza ďalšou fázou zlepšovania. Aby sa dosiahla vyššia rýchlosť vetra, väčšie turbíny sa inštalujú v hlbších vodách ďaleko od pobrežia. Posledné projekty, napríklad Hywind pri pobreží Škótska a Windfloat pri Portugalsku, ukazujú potenciál plávajúcich veterných elektrární. Jedna turbína s výkonom šesť megawattov, ako sú turbíny používané na farme Hywind, dokáže vyprodukovať dostatok elektriny pre 4 000 britských domácností. Turbíny Hywind majú priemer 154 m. To znamená, že každá lopatka má rovnakú dĺžku ako rozpätie krídel lietadla A380.

Pozrite si video o Hywind Scotland, prvej plávajúcej veternej farme.

Bezlopatkové veterné turbíny

Dôvodom vzniku bezlopatkových turbín je ochrana vtáctva. Nová bezlopatková turbína vyvinutá spoločnosťou Vortex Bladeless výrazne zvýši energetickú účinnosť výroby elektriny z vetra. Turbína má valcovitý tvar a dokáže vyrobiť elektrinu z kývavého pohybu spôsobeného vzdušnými veternými prúdmi. Kužeľ sa prispôsobí prúdeniu okolitého vzduchu a začne vykonávať vírivý pohyb. Kužeľ je napojený na sústavu cievok a magnetov, ktoré z pohybu celej konštrukcie vygenerujú elektrickú energiu.

Lietajúce veterné turbíny

Makani je lietajúca veterná turbína, v podstate šarkan s výkonom 30 kW, ktorý je pripútaný na lane a opisuje kruhovú dráhu. Vrtule slúžia na pohon generátorov, ale aj na vzlietnutie a korekciu letovej dráhy. Lano okrem ukotvenia zabezpečuje prenos vyrobenej elektriny do siete. Samozrejme výkon 30 kW je na komerčné použitie príliš malý, preto sa ho výrobca snažil zvýšiť na 600 kW. Výrobca Makani sa aj napriek snahe po 13 rokoch rozhodol vývoj ukončiť. Ostáva len dúfať, že podobné projekty budú pribúdať.

Meranie bleskového prúdu

Veterné elektrárne sú často vystavené zaťaženiu spôsobenému výbojom blesku. Dosiaľ bolo zložité evidovať zásahy bleskov a ich silu. Spoločnosť Phoenix Contact ponúka inovatívne a vysoko spoľahlivé riešenia pre veterné turbíny a veterné farmy. Desaťročia skúseností a špeciálne navrhnuté produkty sú základom efektívnych riešení, ako je napríklad systém merania bleskového prúdu. S kompletným riešením LM-S od spoločnosti Phoenix Contact možno zásahy bleskom do lopatiek veternej elektrárne presne merať a analyzovať. Vďaka diaľkovému monitorovaniu a spojeniu nameraných údajov s prevádzkovými parametrami sa zlepšuje rozhodovanie o preventívnej údržbe.

Bezpečnosť na prvom mieste

Veterné elektrárne sú v trvalej prevádzke vystavované najrôznejším poveternostným podmienkam a prostrediu. Pritom ich výkon musí byť efektívny a prevádzka flexibilná. Ochrana zariadenia pred preťažením je preto neoddeliteľnou súčasťou. Spoločnosť Pilz disponuje dlhoročnými skúsenosťami a poskytuje mnohé riešenia s ohľadom na bezpečnosť veterných elektrární, ako je bezpečnostné relé na núdzové vypnutie, konfigurovateľný riadiaci systém a automatizačný systém.

Viac o produktových riešeniach spoločnosti Pilz.

Systém riadenia veterných turbín

Spoločnosť Emerson ponúka riadiaci systém Ovation™ s integrovaným regulátorom veternej turbíny a technológiou SCADA. Pomáha spravovať jednotlivé veterné turbíny aj širšie zdroje veternej farmy s cieľom minimalizovať prestoje turbínového generátora a maximalizovať dostupnosť. Systém na riadenie veterných turbín poskytuje jedinú integrovanú platformu na riadenie jednotky a monitorovanie stavu, ktoré monitoruje vibrácie jednotlivých turbín.

Viac o produktových riešeniach spoločnosti Emerson.

Inovácie v oblasti solárnych technológií

Nielen vo veterných, aj v solárnych elektrárňach sa s príchodom Priemyslu 4.0 vyvíjajú a vylepšujú niektoré technológie. Tie môžu zmeniť spôsob, akým sa pozeráme nielen na slnečnú energie, ale aj na výrobu energie všeobecne. Pozrite sa na možnosti, ktoré solárna energetika ponúka.

Perovskitové solárne články

Perovskit je všeobecný názov pre skupinu látok, ktoré majú kryštálovú štruktúru rovnakú ako oxid titaničito-vápenatý, známu ako perovskitová štruktúra. Poľský startup Saule Technologies prišiel s nápadom tenkovrstvových perovskitových FV článkov, kde sa perovskit nanáša naparovaním na polymérovú fóliu. Neskôr objavili technológiu výroby perovskitových solárnych panelov pomocou atramentovej tlače na plastové fólie.

Saule Technologies má na konte aj prvé testovacie referencie. Spolupráca s firmou Skanska vyústila do nasadenia solárnych panelov na fasáde administratívnej budovy. Skanska pri inštalácii využila veľkoplošné perovskitové solárne panely od Saule Technologies vo svojej poľskej centrále vo Varšave. Je pravda, že panely majú tieniaci efekt, ale zároveň prepúšťajú dosť svetla. Saule Technologies uvádza, že panely v súčasnosti dosahujú účinnosť okolo 10 %. Firma však dúfa, že sa im podarí účinnosť v budúcnosti zvýšiť.

Pozrite si video o perovskitovej technológii v spolupráci so Skanska a Saule Technologies.

Koncentrovanie slnečného žiarenia

Startup Insolight vyvinul solárne panely na bežné spotrebiteľské nasadenie s účinnosťou až 29 %. Účinnosť bežných dostupných komerčných panelov sa pohybuje do 20 %, nové panely tak prinášajú podstatné zlepšenie. Hlavný princíp spočíva v efektívnom koncentrovaní slnečného žiarenia pomocou tenkej plastovej vrstvy priamo v paneloch a následnom použití malých a vysoko účinných solárnych článkov, aké sa používajú napríklad v satelitných solárnych paneloch. Panely dosahujú koncentrovanie žiarenia pomocou šesťuholníkovej mriežky šošoviek, ktorej každá šošovka koncentruje slnečné žiarenie na článok s plochou len 1 mm2. Za slnkom sa nenatáčajú celé panely, ale iba vrstva s článkami, a to len horizontálne o niekoľko milimetrov za deň. Navyše tieto priesvitné moduly umožňujú prienik svetla, čo je mimoriadne výhodné hlavne v poľnohospodárstve, kde vzniká agrivoltika.

Rozširujúca sa agrivoltika. Agrivoltika označuje FV panely inštalované na prístreškoch, zatiaľ čo pod nimi rastú poľnohospodárske plodiny. Na rovnakom pozemku možno súčasne získavať slnečnú energiu, ako aj potravinové a kŕmne plodiny, čím sa zvyšuje hospodárnosť pôdy. Agrivoltika navyše chráni plodiny pred krupobitím, mrazom a suchom, čo eliminuje potrebu ochranných fólií a znižuje spotrebu vody.

Fotovoltika integrovaná do budovy

Negatívny vplyv na životné prostredie má znížiť zmena zákona o hospodárnosti budov, podľa ktorej musia všetky stavebné povolenia na stavby od začiatku roka 2021 spadať do energetickej triedy A0. Fotovoltika integrovaná do budovy je niečo viac ako len strešné solárne panely. Strechy, svetlíky, fasády a okná by mohli generovať elektrinu na napájanie budovy.

Práve solárne sklo je obzvlášť zaujímavé v horúcom podnebí, kde efektívne znižuje množstvo tepla prenikajúceho do okien a znižuje spotrebu energie na klimatizáciu. V súčasnosti existujú dva typy solárnych skiel, prvými sú tenkovrstvové moduly, ktoré už nejaký čas existujú a majú oranžovú farbu, pretože sú vyrobené z amorfného silikónu, vďaka čomu sú priehľadné iba do 20 %. Druhým typom je FV sklo, ktoré sa javí ako čierne a môže byť až na 50 %priehľadné.

Nový typ solárneho skla vyrobeného z organického polyméru vyvíja anglická firma Polysolar a sľubuje, že bude pracovať za slnečného žiarenia iba 10 % v závislosti od uhla umiestnenia.

Výroba energie v noci

Slnečné žiarenie poskytuje široko dostupný obnoviteľný zdroj energie, ale súčasné solárne panely majú obmedzenú účinnosť. Najviditeľnejšou nevýhodou je, že nemôžu vyrábať elektrinu v noci. Vedci z Kalifornskej univerzity publikovali článok, v ktorom vysvetľujú spôsob využívania slnečnej energie v noci pomocou antisolárneho panela. Zatiaľ čo solárne panely čerpajú energiu zo slnka, antisolárne panely využívajú teplo vyžarujúce z povrchu zeme. Podľa predbežných výsledkov vedci odhadujú, že môžu produkovať asi 25 % elektrickej energie, ktorú tradičné solárne panely vyrobia v daný deň. Aj keď sa toto číslo samo o sebe môže zdať malé, celkovo predstavuje značné zvýšenie energie, pretože súčasné systémy cez noc vôbec nepracujú.

Aplikácie budúcnosti

Do hry teraz vstupuje množstvo solárnych fotovoltických aplikácií, ako sú solárne chodníky, vesmírna solárna energia, ale aj FV protihlukové steny. Solárne chodníky sú modulárne systémy zahŕňajúce špeciálne skonštruované solárne panely, po ktorých možno kráčať.

Britská vesmírna agentúra a ministerstvo pre obchodnú, energetickú a priemyselnú stratégiu začali financovať výskum v oblasti vesmírnych solárnych systémov. Ide v podstate o veľké satelity poháňané slnečnou energiou, ktoré zhromažďujú slnečnú energiu a prevádzajú ju na vysokofrekvenčné rádiové vlny. Tie sa následne vysielajú späť na Zem, aby sa uložili do elektrickej siete. Spustenie fungujúceho systému sa predpokladá v roku 2050.

Monitorovanie FV systému

Monitorovanie a diagnostika FV systémov sú nevyhnutné na zabezpečenie najvyššej návratnosti investícií a bezpečnosti. FV systémy sú vystavené mnohým poruchovým stavom, ako je poškodenie modulu, nečistoty, tienenie, ktoré môžu mať vplyv na výkon systému. Aby sa dosiahla maximálna účinnosť FV systému, pre rýchlu elimináciu poruchových stavov je rozhodujúce spoľahlivé, nepretržité a distribuované monitorovanie FV systémov. SOLARCHECK od spoločnosti Phoenix Contact poskytuje spoľahlivé informácie o výkone FV systému, čo znamená, že môžete okamžite reagovať na stratu výkonu jednotlivých fáz, napríklad v dôsledku znečistenia alebo poškodenia.

Viac o produkte SOLARCHECK od spoločnosti Phoenix Contact.

Budúcnosť OZE

Veterná a slnečná technológia neustále napreduje a zatiaľ čo niektoré z inovácií spomenutých v článku sú v súčasnosti iba konceptom, prototypom alebo dokonca v testovacej fáze, v blízkej budúcnosti by mohli vstúpiť na trh s energiou. Jedno je však jasné. Sú to inovácie, ktoré by mohli spôsobiť revolúciu vo výrobe elektrickej energie z obno­viteľných zdrojov.

Zdroje

[1] Renewables 2020. IEA. [online]. Citované: 9. 5. 2021. 

[2] Renewable Energy: Technology Trends. Power Technology. [online]. Publikované 27. 8. 2020. Citované 9. 5. 2021.

[3] Looking into the Future of Solar Technologies: 5 of the Best Developments from 2020. RatedPower. [online]. Publikované 24. 11. 2020. Citované 9. 5. 2021. 

[4] New Solar Technology Could Generate Power at Night. Altenergymag. [online]. Publikované 20. 2. 2020. Citované 9. 5. 2021. 

[5] Floating wind farms: how to make them the future of green electricity. The Conversation. [online]. Publikované 20. 6. 2020. Citované 9. 5. 2021.