Solární panely topí jako radiátory:

Dřív zde byl les, který chladil.

Solární panely jsou černé a mají tedy velmi nízké albedo, malou odrazivost sluneční energie. Většina sluneční energie se na nich zachytí. Jejich účinnost výroby elektrické energie je ale malá, blíží se k 20%. V praxi to znamená, že 80% zachycené sluneční energie se přemění na teplo. Solární panely tak mají nechtěnou funkci velmi účinných radiátorů. Solární panel vyrobí 4x víc tepla než elektrické energie a významně tak přispívá k lokálnímu růstu teploty. Stejně, i když ne tak účinně působí i tmavé střechy a asfaltové silnice. Tento fenomén vlivu člověka na tepelnou bilanci přírody se v odborné literatuře nazývá „heat island“, česky tepelný ostrov.

Diskuse ohřívání a chlazení

Heat islands, tepelné ostrovy tedy dodávají povrchu země a povrchové vrstvě vzduchu tepelnou energii, kterou měříme v Joulech [J]. Pokud budeme diskutovat dodanou energii za čas tak ve Wattech [J.s-1], kWh nebo MWh. Díky dodané tepelné energii se zvyšuje teplota [°C]. Nárůst teploty nad solárními panely je patrný ze snímků termo-kamer. Proti růstu teploty automaticky působí několik chladících procesů. Příroda je totiž vybavena chladícími procesy, které stabilizují průměrnou teplotu při povrchu země a udržují ji na průměrně stejné hodnotě a zajišťují tak Zemi dlouhodobě obyvatelnou.

Jak se příroda růstu teploty brání? Co jsou chladící procesy?

C1. Proudění vzduchu.

Vyšší teplota působí ohřev vzduchu, který se dík vyšší teplotě rozpíná má tak nižší hustotu než okolní chladnější vzduch a stoupá vzhůru. Nad solárními elektrárnami tak jsou silné uměle vytvořené vertikální proudy, kdy teplý vzduch stoupá vzhůru. Čím vyšší je lokální teplota, tím rychlejší je toto vertikální proudění a vzduch tak odnáší (dík své tepelné kapacitě) nadbytečné teplo vzhůru do vysokých vrstev atmosféry. Vertikální proudění pak iniciuje horizontální proudění (vítr).

C2. Tepelná radiace.

Druhý samoregulační proces je sálání radiačních vln, díky kterým proudí teplo z teplejšího tělesa/prostředí k chladnějšímu. Kinetika tohoto chladícího procesu je velmi složitá, zjednodušeně lze uvést, že jeho rychlost roste s růstem rozdílu čtvrtých mocnin obou teplot. Čím vyšší je tento gradient (čím je rozdíl teploty na zemi a teploty ve vesmíru vyšší), tím je chlazení rychlejší. Tento proces se uplatňuje zejména v noci při jasné obloze.

C3. Odpar vody.

Posledním ve výčtu chladících procesů je odpar vody. Při změně skupenství z kapalného na plynnou fázi se spotřebuje výparná entalpie. Z praxe každý víme, že když je naše tělo mokré, cítíme chlad: z povrchu těla se odpařuje voda. Na stejném principu funguje např. lednička. Kinetika tohoto procesu říká, že čím vyšší jsou teplota a vzdušné proudění, tím rychlejší je odpar vody a to jak z vodních ploch a mokřadů, tak ze zelených rostlin a stromů, které vodu zadržují. Spodní voda vzlíná kapilárami půdy vzhůru aby se zde vypařila a způsobila chlazení. Totéž se odpařuje povrchová voda. A děje se tak tím rychleji a více, čím víc lokálně topíme. A to je hlavní koncový problém lokálního oteplování: ztráta hladiny a snížení zásoby podzemní a povrchové vody.

Příroda pomocí všech tří procesů řeší naši chybu – uměle instalované topení.

Umíme problém heat island / tepelných ostrovů nějak řešit?

S barvou solárních panelů nic neuděláme, pokud by totiž nebyly černé, tak by byly zcela neúčinné a nevyrobily by žádnou elektrickou energii. S prvními dvěma chladícími procesy a jejich kinetikou nic nezmůžeme. Ovlivnit rychlost vertikálního proudění vzduchu neumíme, stejně tak neumíme ovlivnit rychlost sálání. Poslední uvedený chladící proces C3 odpar vody umíme alespoň podpořit tak, aby probíhal plynule. Není to ale nikterak jednoduché, protože tento chladící proces člověk dlouhodobě ovlivňuje velmi negativně:

Na umělých površích jako jsou např. budovy nevzniká tolik vody kondenzací (rosa) nad ránem jako je tomu např. na louce. Tyto povrchy jsou totiž stále velmi teplé a nestihnou se přes noc radiací ochladit tak, aby na nich mohla začít kondenzovat voda ze vzduchu. Mají totiž velkou hmotnost a vysokou teplenou kapacitu, navíc jsou vytápěné.
Voda není v urbanizovaných oblastech prakticky vůbec zadržována. Vysokou zádrž vody naproti tomu vidíme v půdě a rostlinách.
Dešťová voda je kanalizací odváděna do řek, namísto přirozeného zásaku v okolí zástavby.
Spodní a/nebo povrchová voda, kterou člověk znečistí v domácnostech, průmyslu a zemědělství je vedena a svážena do čistíren odpadních vod (ČOV). Až sem je to v pořádku. Fatální problém z pohledu bilance vody nastává tehdy, když je voda z ČOV vedena do řek a je tak urychlen transport podzemní vody do moře, aniž se tato může uplatnit pro růst rostlin a jako chladící médium. V mnoha vyspělých zemích se vyčištěná voda (s dostatečně nízkým BSK5) nechává zasakovat a/nebo se využívá pro zavlažování.

Člověk spotřebovává vodu, tuto typicky nerecykluje a urychluje její transport do moře. Člověk tak snižuje zásobu spodní vody, která pak chybí jak pro obvyklé používání, tak pro kapilární vzlínání a tím pro přirozené zavlažování a nakonec pro zajištění potřebné kapacity chladícího procesu C3.

Jak lze tedy zabojovat s problémem, který působíme díky solárním panelům?

Měli bychom uměle zadržovat vodu: a to jak dešťovou, tak vyčištěnou odpadní vodu. Čím více máme solárních panelů tím větší problém přirozené teplené bilanci působíme. Tím více tedy musíme zadržet vody, abychom problém, který jsme způsobili mohli alespoň částečně kompenzovat. V zástavbě je zcela správný trend vysazovat stromy a ostatní zeleň. Aby tyto ostrovy zeleně správně fungovaly, potřebují spodní vodu, oxid uhličitý a sluneční světlo. Poté stromy a rostliny dobře rostou a za spotřeby CO2 a vody vyrábějí kyslík a využívají uhlík pro své stonky a listy. Vhodné jsou zelené stěny, mokřady na střechách, kořenové čistírny atp.

Naše nabídka

Vypočítáme vám, kolik tepelné energie vaše solární panely vyprodukují navíc, oproti původnímu stavu dané části země, když zde solární panely nebyly. K tomu přidáme výpočet, kolik vody (jaká plocha vody a jaký objem vody) je potřeba proto, aby uvažovaný ekosystém měl dostatečnou plochu vody k odparu a aby zásoba vody postačovala pro dlouhodobé chlazení.

Náš výpočet může být doplněn o expertní návrh instalace zelených střech/zdí, kořenových čistíren vody s recyklací vody pro zalévání uzavřených systémů což je v souladu s platnou legislativou atp.