Solární silnice aneb Selhání epických rozměrů

[karelkilian]

Dobrý den,

máme tu 21. pátek roku 2021, a to již tradičně znamená, že vám přináším článek ke čtení, zamyšlení a případné diskuzi. Dnes se podíváme, jak dopadly projekty solárních silnic.

Přeji hezký den.
Karel Kilián

Solární silnice aneb Selhání epických rozměrů

Zaznamenali jste v minulosti informace o solárních silnicích? Vzpomenout můžete například na projekt Solar Roadways, který se v roce 2014 proslavil prohlášením, že je konečným řešením globální energetické krize. Myšlenka byla jednoduchá: implantovat do silnic solární panely, které budou vyrábět elektřinu.

Vize působila doslova a do písmene jako hudba budoucnosti: panely měly údajně také osvětlovat komunikaci různými LED diodami a nahradit tak namalované čáry. Během zimy mohly topné spirály rozpouštět sníh a led - to vše při současné výrobě elektřiny a minimální nutnosti údržby.

Celá řada překážek

Vzhledem k tomu, že celosvětová silniční síť měří mezi 21 a 32 miliony kilometrů, zdálo se logické, že pokrytí byť jen části z ní solárními panely by mohlo přinést značné množství elektřiny. Umístění solárních panelů na zlomek silnic by teoreticky mělo generovat dostatek energie pro napájení celého světa.

Výhody solárních silnic zněly tak dobře, že se skoro až nechtělo věřit, že to může být pravda. Jak se nakonec ukázalo, realita se poměrně dost lišila. Po letech vývoje a vynaložení milionů dolarů (včetně státních peněz) není žádná z dnes instalovaných solárních silnic nákladově efektivní ani účinně nevyrábí elektrickou energii.

Fotovoltaické silnice jsou drahé a vyrábějí mnohem méně elektřiny, než kolik by se dalo vyrobit, kdyby se stejné množství peněz použilo na stavbu solární farmy. Praxe ukázala, že transformaci silnic na obří solární panely stojí v cestě celá řada překážek.

Realita ukázala nedostatky

Realita odhalila, že deklarovaných vlastností by bylo možné dosáhnout pouze za ideálních podmínek - když jsou solární panely na přímém slunečním světle. Jedním ze základních předpokladů celého projektu bylo, aby zisky z vyrobené elektřiny pokryly alespoň náklady na vybudování a údržbu.

Bohužel zatím ani jedna solární silnice nemá ve výsledku rovnice „zisk mínus náklady“ kladné znaménko. Místo toho se všechny potýkaly s řadou problémů a vyžadovaly rozsáhlou údržbu. Přestože se tato technologie vyvíjí již několik let, není tato myšlenka zatím životaschopná.

Nevýhody silnice proti farmě

Na tradičních solárních farmách jsou solární panely z důvodu co nejvyšší účinnosti orientovány směrem ke slunci. Pokročilejší systémy pak obsahují zařízení pro otáčení panelů za sluncem, což dále zvyšuje množství energie, kterou mohou získat.

Typický solární panel dokáže využít přibližně pouhých 20 % energie slunce. Proto je optimalizace množství světla, kterému jsou panely vystaveny, naprosto nezbytným základem pro provoz nákladově efektivního systému.

Proti tomu fotovoltaická vozovka leží vodorovně, čímž se snižuje vystavení panelů přímému slunečnímu záření, kdy jsou nejúčinnější. Výsledkem položení solárních panelů do roviny je 60% snížení účinnosti ve srovnání s tradiční instalací. Již tak malé množství dostupné energie je dále omezováno okolním prostředím.

Nedostatků je víc než dost

Naplocho nainstalované panely jsou také náchylnější k zastínění, i když se po nich nejezdí. Zastínění pouhých 5 % plochy panelu může snížit výrobu energie až o celou polovinu. Celkem logicky jsou takto orientované panely také náchylnější ke znečištění a zaprášení.

Stranou nemůžeme nechat ani požadavek zvýšenou odolnost. Pokud po nich mají jezdit auta s hmotností kolem dvou tun, je nutné je pokrýt mnohem silnějším sklem. To o další procenta omezí množství světla, které jsou schopné absorbovat.

Kromě toho panely uložené v zemi nemohou využívat cirkulaci vzduchu a ve srovnání se střešními solárními panely se více zahřívají, takže jsou méně účinné. Na každý 1 stupeň Celsia nad optimální teplotu ztrácí solární panel přibližně 0,5 % energetické účinnosti.

I v těch teoreticky nejlepších podmínkách jsou takto nainstalované panely ve značné nevýhodě. A to jsme ještě ani neprobrali soustavné opotřebovávání, kterému by měly být vystaveny po celou dobu své životnosti.

LED jsou ve dne skoro neviditelné

Padla i jedna z výhod deklarovaných Solar Roadways v podobě začlenění LED diod, které měly nahradit nutnost malovat na silnice vodorovné dopravní značení. Zde se jako problém ukázalo nalezení rovnováhy mezi dostatečnou viditelností ve dne a spotřebou elektrické energie.

Se současnými LED diodami je spotřeba energie stále příliš vysoká a světla se rychle vypalují, takže osvětlení není ekonomicky rentabilní. LED používané v dopravních světlech používají stínění, které blokuje přímé sluneční světlo a světla se tak zdají být jasnější.

Proti tomu na solární vozovce by bylo obtížné světla odstínit, takže by byla během dne mnohem hůře viditelná. V noci by sice byla snadno viditelná, ale nastává jiný problém: protože soláry v noci nevyrábí energii, musela by být k napájení osvětlení využita elektřina ze sítě.

První testy byly propadákem

Tým Solar Roadways v roce 2017 nainstaloval malý úsek solární silnice o rozloze 13,9 m² v Sandpointu ve státě Idaho. Výsledky byly slušně řečeno nevalné. Malý úsek solárních panelů se bohužel téměř okamžitě rozbil a o něco později začal dokonce hořet.

Ani světla nebyla téměř vidět, a to ani v přímém úhlu k silnici. Panely se sice dočkaly modernizace, ale světla byla stále neuvěřitelně špatně viditelná. Schopnost silnice vyrábět elektřinu dále omezily vlastnosti skla. Na jeho povrchu se hromadily nečistoty a listí, které působily jako abrazivní materiál, jež silnici rychle poškrábe a opotřebuje.

Při stavbě silnic se uvažovalo o použití pokročilých polymerů, které by panely chránily. Většinu polymerů je však nákladné vyrobit v dostatečném množství na to, aby bylo možné postavit silnici schopnou odolat provozu. Takový materiál se navíc obvykle vyrábí z fosilních paliv, což by nedávalo smysl při použití solárních panelů jako způsobu snížení uhlíkové stopy.

Myšlenka nahradit asfalt skleněnými panely je po zvážení nákladů doslova absurdní. V současné době není k dispozici žádná povrchová úprava, která by odolala tlaku pohybujících se vozidel a zároveň neomezila schopnost vyrábět elektřinu.

Nesmyslně drahé

Společnost Solar Roadways tvrdí, že pokrytí 48 silnic jižních států USA solárními panely (asi 6 miliard metrů čtverečních) by vyprodukovalo třikrát více elektřiny, než je roční spotřeba Spojených států. To však nejen předpokládá, že by fungovaly tak, jak je deklarováno, ale především nezohledňuje astronomické náklady na realizaci projektu.

V rámci ukázkového projektu v Idahu měly panely instalovaný výkon 1,529 KW a jejich instalace stála 48 734 dolarů (cca milion korun). To znamená náklady na instalovaný kW přibližně 33 000 dolarů (cca 690 tisíc korun), což je asi 20× více než v případě běžné solární elektrárny.

Solar Roadways odhaduje, že LED světla by spotřebovala 106 MWh na míli jízdního pruhu, přičemž panely by na stejné ploše vyrobily 415 MWh. Více než čtvrtinu energie by tedy spotřebovaly LED diody. Topné desky by spotřebovaly 2,28 MW na míli jízdního pruhu, což znamená, že jejich provoz po dobu pouhých šesti dnů by zrušil jakýkoli čistý zisk ze solárních panelů.

Jako podstatně efektivnější se tak jeví stavba solárních panelů podél silnic, kde nejsou vystaveny tak drsným podmínkám, snáze se udržují a jsou mnohem levnější. Kromě toho by mohly být natočeny pod příznivějším úhlem nebo sledovat slunce, čímž by se maximalizovala energie, kterou mají k dispozici.

Věřili jste myšlence solárních silnic?

Zdroj: interestingengineering.com.

[thomas.007]

Dávat to na vozovku je blbost od začátku. Dát to na protihlukové bariéra dává mnohem větší smysl, popřípadě umístit panely do svahu, pokud silnice prochází zářezem v krajině. Takhle jdou použít absolutně standardní panely a zisk by z toho určitě byl...

[jahodovák]

Dalo by se říct,že to vypovídá o inteligenci dnešních vědců,možná se ale pletu,a jen využívají naivitu ostatních občanů,kteří přijmou za své jakoukoliv blbost a ani je nenapadne si zkusit ověřit co kdo říká.I proto je možný dnešní stav,stačí se podívat kolem sebe co se dějae a jeden nestačí zírat.....

[eman]

Na FV panel je jedna věc, která mi opravdu vadí...jsou hnusné, opravdu hnusné. Zamořit tím krajinu okolo komunikací si nedokáži představit.

[KUTIL]

S inteligenciou vedcov to nemá nič spoločné. Skôr to vypadá na neinteligentných diletantov a snahu novinárov zaplniť prázdny papier.