Studijní materiál: Alternativní zdroje energie

1. Solární tepelné soustavy

1.1. Sluneční energie

1.1.1. Původ
Země je součástí planetární soustavy, jejíž středem je Slunce. Slunce je nám nejbližší a nejdůležitější hvězdou. Je trvalým zdrojem veškeré energie pro naší planetu. Slunce má tvar koule o průměru 1,39´109 m, tj. 109krát větším než je průměr Země. Od Země je Slunce vzdáleno v průměru 1,5´1011 m. Hmotnost Slunce je 1,98´1030 kg.

Slunce se skládá převážně z atomárního vodíku (70 %), helia (28 %) a s nepatrným množstvím ostatních prvků periodické soustavy (2 %). Všechny prvky jsou ve hmotě Slunce obsaženy ve skupenství plasmy. Zdrojem energie Slunce je termonukleární reakce (jaderná syntéza, fúze) probíhající v centrálních oblastech Slunce, při níž dochází k přeměně vodíku na helium. Přeměna probíhá při teplotě 13´106 K a tlaku 2´1010 MPa, tj. za stavu, při němž jsou všechny atomy zcela ionizovány. Jádro atomu vodíku má za těchto podmínek podstatně vyšší hmotnost a ztrácí svůj záporně nabitý obal elektronů, které narážejí rychlostí okolo 1000 km/s na jiné atomy vodíku. Do reakce vstupují čtyři protony vodíku, spojují se a vytváří jedno jádro helia. Hmotnost jádra helia je menší než hmotnost čtyř protonů vodíku. Rozdíl hmoty se při reakci přemění na energii, která je vyzařována do kosmického prostoru. Celkový tok vyzařované energie je 3,85´1026 W. Hustota zářivého toku energie na povrchu Slunce je 6´107 W/m2. Slunce září jako absolutně černé těleso s povrchovou teplotou okolo 5700 K. Sluneční záření zahrnuje vlnové délky od 10-10 m (rentgenové a ultrafialové záření) až do několika metrů (rádiové záření). Největší část energie však připadá na vlnové délky 0,3 až 3,0 mm (světelné a infračervené záření). Spektrální charakteristika zářivého toku sluneční energie je uvedena na obr. 1.1. Podle množství helia, které až dosud vzniklo, lze stáří Slunce odhadnout na 5 miliard let a předpokládá se, že jaderná fúze bude pokračovat ještě dalších 5 až 10 miliard let.