Premeny tepla

Každý svetelný zdroj je zároveň aj zdrojom tepla.Toto pravidlo platí tak v prírode, ako aj v technike. Duálnu energiu Slnka využívame každodenne bez toho, aby sme si to uvedomili. Technika len ojedinele pozná využívanie generovaného odpadového tepla z umelých svetelných zdrojov.

Slnečné žiarenie predstavuje nevyhnutný prírodný zdroj svetla a tepla. Práve tento zdroj energie je pôvodom všetkých dostupných zdrojov obnoviteľnej energie na Zemi. Svetelnú a tepelnú energiu Slnka neustále využíva nielen príroda, ale aj človek. Aj napriek tomu, že veľké množstvo slnečného žiarenia sa rozptyľuje späť do vesmíru, na povrch Zeme dopadá mnohonásobne viac energie, ako je svetová spotreba. Problém však predstavuje periodicita slnečného žiarenia a jej intenzita, ktorá je závislá od počasia. Energetické využitie slnečného žiarenia predstavuje pre človeka a spoločnosť veľkú výzvu. Jediná cesta je premena na uskladniteľnú formu energie. Pri hľadaní tej najvhodnejšej sa môžeme inšpirovať prírodou. Je to fotosyntéza, ktorá predstavuje základný regeneračný proces našej planéty. Kľúčovou činnosťou je preto pestovanie rastlín, ktoré ešte môže zohrať v modernej energetike veľmi dôležitú úlohu.

Mesled

Bariéru pre štandardný systém ochladzovania budov v lete predstavuje sezónne využitie potrebnej techniky. Jej viacúčelové využitie by mohlo byť jedno zo správnych riešení. Ak sa inštalovaná technika využije aj inak, ako len na chladenie, jej ekonomická výhodnosť sa okamžite dostane na vyššiu úroveň. Takúto technickú multifunkciu vyvíja tím mladých slovenských vedcov v Ústave elektroenergetiky a aplikovanej elektrotechniky na Fakulte elektrotechniky a informatiky Slovenskej technickej univerzity v Bratislave. Ich nové zariadenie obsahuje integrovaný zdroj svetla (LED), zdroj tepla/chladu (výmenník tepla) a zdroj vzduchu (ventilátor). Tým istým pracovným médiom zariadenie vychladí nielen priestor pod ním, ale ochladí aj LED svetelný zdroj, čím zabezpečí nezávislú udržateľnosť umelého osvetlenia od klimatických zmien. Práve takéto dvojité chladenie vyvíjanej slovenskej technológie je garantom bezpečného pestovania rastlín v pestovateľských objektoch. Tie sa realizujú len tam, kde je dostatok podzemnej vody s konštantne nízkou teplotou aj v lete (cca 10 °C). Voľný chlad zeme je možné využiť na zvýšenie potravinovej bezpečnosti pred globálnym otepľovaním s minimálnym tienením denného svetla (zariadenie 3 v 1). Rýdzo slovenský multifunkčný energetický systém s LED zdrojom svetla a tepla (tzv. MESLED) je svojou schopnosťou dvojitého chladenia ideálnym riešením pre letnú prevádzku alebo pre krajiny s teplým podnebím. No nepretržité využívanie generovaného odpadového tepla z LED svetelných zdrojov a vytváranie aktívnej tepelnej bariéry pre sálavé vykurovacie teplo je veľkou výhodou v zimnom období alebo pre krajiny s chladnejším podnebím. Práve táto schopnosť prispôsobiť sa aktuálnemu ročnému obdobiu je unikát, ktorý robí nové slovenské zariadenie inteligentnejším než ostatné.

Rovnováha výroby a spotreby

Tím mladých doktorandov je presvedčený, že práve nový slovenský vynález by pomohol zmeniť poľnohospodársku produkciu a výrobu elektriny z nepredikovateľných obnoviteľných zdrojov. Prerušovaný charakter výroby elektriny zo Slnka alebo z vetra prepája slovenský vynález s celoročnou produkciou poľnohospodárskych skleníkov, a tým môže výrazne znížiť riziko výpadkov elektriny. Jeho energetická spotreba však musí byť maximálne efektívna. Zimná prevádzka pestovateľských objektov je zriedkavá. Nízka tepelnoizolačná schopnosť ich stien (sklo/fólia) predstavuje problém, ktorý práve slovenský vynález dokáže riešiť unikátnou schopnosťou – vytvorením aktívnej tepelnej bariéry pre sálavé vykurovacie teplo. Fúkaný teplý vzduch z nových zariadení udržuje vykurovacie teplo v pestovateľskom objekte. Na prípravu teplého vzduchu využíva generované odpadové teplo zo zabudovaných LED svetelných zdrojov, ktoré predstavuje až 70 % z jeho spotreby. Na základe toho je možné využiť celý rozsah elektrickej spotreby na vytváranie svetelných a tepelných podmienok na nepretržité pestovanie rastlín v pestovateľských objektoch. Princíp je založený na kvapalinovom prenose generovaného odpadového tepla, čo zabezpečuje vyššie chladenie hlavnej polovodičovej súčiastky, teda svetelného zdroja LED. Vysoká spoľahlivosť a udržateľnosť riešenia je dosiahnuteľná. Výzvou však je, akú formu energie ponúkajú pestovateľské objekty v letných dňoch, keď je nezmysel zapínať LED pre výrobu svetla a tepla. V súčasnosti je preto pozornosť mladého MESLED tímu plne orientovaná na aplikáciu v skleníkoch, ktorá musí dostatočne potvrdiť bezpečnú inštaláciu vynálezu aj v priestoroch určených pre pobyt alebo prácu človeka.

Ing. Zoltán Kováč, Mgr. Miriam Szabová
Ústav elektroenergetiky a aplikovanej elektrotechniky
Fakulta elektrotechniky a informatiky
STU v Bratislave

V spolupráci s Mladí vedci SAV