Slunce

Druhy slunečního záření

Díky vědeckému pokroku umíme dnes energii Slunce využít na maximum. Světelnou energii můžeme přeměnit na elektřinu ve fotovoltaických systémech a tepelnou energii použít ve slunečních kolektorech a dalších slunečních tepelných zařízeních.

Skoro všechna energie na Zemi je ze slunce

Když Slunce ohřívá zemský povrch a atmosféru, vznikají vrstvy vzduchu s různou teplotou, hustotou a tlakem. Vyrovnáváním atmosférického tlaku vzniká vítr, který také používáme jako zdroj energie.

Díky slunečnímu teplu se vypařuje voda a dochází k neustálému koloběhu vody na Zemi. Energii proudící vody také můžeme přeměnit na elektřinu. Můžeme energeticky využít i teplotní rozdíly povrchu a hlubiny oceánů, nebo větrem způsobovaného vlnobití. Z ohřátého zemského povrchu, vzduchu a vody získává energii tepelné čerpadlo.

Část sluneční energie zachytávají rostliny a přes systém fotosyntézy ji ukládají ve formě chemických sloučenin. Stačí jim na to ani ne procento (setina) všeho dopadajícího světla. Člověk zjistil, že rostliny může nejen sníst, aby získal tělesnou energii, ale že je může také spálit, aby mu daly teplo. Pomocí tepla pak může vyrobit i elektřinu. Rostlinám používaným k výrobě energie se říká biomasa.

Rostliny fotosyntetizovaly a ukládaly chemickou energii už od pravěku. Z odumřelých organismů vznikla fosilní paliva. Sluneční energie shromažďovaná miliony let v uhlí nebo ropě je dnes hlavním energetickým zdrojem lidstva.

Tajemství sluneční energie

Slunce je obrovská žhavá koule, tvořená ze tří čtvrtin vodíkem a přibližně z ¼ heliem. Ostatní prvky mají jen velmi malé zastoupení a tvoří jen asi 1,5 % hmotnosti Slunce. Vodík je zdrojem energie, kterou Slunce nepřetržitě již víc než 4 miliardy let vyzařuje.

Jak funguje

Slunce je v podstatě obrovský termojaderný reaktor. V jádru Slunce je teplota kolem 14 000 000 °C a tlak přibližně 2 × 1011 MPa (to je jako tlak na hřebíček, kdyby si na jeho hlavičku stoupli všichni obyvatelé Číny!). Na Zemi je atmosférický tlak jen 0,1 MPa.

V takovém slunečním pekle jsou všechny atomy úplně roztrhané na cucky. Říkáme, že jsou zcela ionizovány. Jádra jsou sama, elektrony fuč. To znamená, že vodík zde najdeme vlastně jako proton – vodíkové jádro. Vodíková jádra se slučují jadernou fúzí na jádra hélia. V nitru Slunce neustále probíhá mocná termonukleární reakce.

Každou sekundu Slunce spotřebuje a přemění 700 miliónů tun vodíku na 695 miliónů tun hélia. Zbytek v podobě 4,5 miliónů tun za sekundu se přemění na energii – 96 % elektromagnetického záření a 4 % na částice elektronová neutrina. Každou sekundu se uvolní se 3,8 × 1026 J energie a hmotnost Slunce se zmenší o 4 miliony tun. Tak si to jen představme – Slunce za jedinou sekundu vychrlí tolik energie, kterou by všechny elektrárny České republiky vyráběly miliardu let!

Záření

Elektromagnetické záření, které k nám Slunce posílá, má různé podoby a vlastnosti. Můžeme ho považovat za vlnění, proto ho nejčastěji rozdělujeme podle vlnové délky. Ale aby to nebylo tak jednoduché, zároveň platí, že to je také proud energetických částic – fotonů – a že energie fotonu je nepřímo úměrná vlnové délce záření.

Všechny druhy elektromagnetického záření se šíří i ve vakuu, proto se energie přenášená elektromagnetickým zářením může šířit i vesmírem ze Slunce k naší Zemi. Elektromagnetické záření se ve vakuu pohybuje rychlostí 300 000 kilometrů za sekundu, což je tisíc miliónů km/h. Ze Slunce k nám světlo letí nějakých 8 minut.

Energeticky ze slunečního záření přímo využíváme viditelné světlo a dlouhovlnné infračervené záření, které je pro nás neviditelné a projevuje se jako tepelné záření.

1. Vlnová délka infračerveného záření je v rozmezí 790 nm až 0,1 mm.
2. Vlnová délka viditelného světla je 390 nm až 790 nm.

Část záření se odrazí zpět do vesmíru (asi 26 %), část se rozptýlí a pohltí v atmosféře (si 19 %), část dopadne na Zemi a ohřívá ji (asi 51 %), část se odrazí od zemského povrchu do atmosféry (asi 4 %). V našich zeměpisných šířkách dopadne za slunečného dne na čtvereční metr zemského povrchu každou sekundu i více než 1 000 J energie. Tok energie ze Slunce na Zemi se nazývá sluneční konstanta a má hodnotu asi 1,4 kW m−2. (1,4 kW je výkon jako 14 stowattových žárovek.)

Slunce v číslech