Obnovitelné zdroje energie: Umělá inteligence v solární energetice

Obnovitelné zdroje energie hrají klíčovou roli v přechodu na udržitelnou energetiku.

Pokles ve využívání fosilních paliv a emisí v energetickém sektoru je považován za naprosto zásadní pro splnění globálních cílů v oblasti klimatu.

Jaké jsou obnovitelné zdroje energie?

Obnovitelné zdroje energie jsou ty, které se přirozeně obnovují v krátkém časovém horizontu.

Postupně nahrazují tradiční fosilní paliva, kterými jsou hlavně ropa, uhlí a zemní plyn. Mezi obnovitelné zdroje energie patří zejména:

Solární energie

Solární energie je energie získávaná ze slunečního záření pomocí fotovoltaických panelů nebo solárních termálních systémů.

Tento přímý způsob využití slunečního záření patří k nejčistším a nejšetrnějším metodám výroby elektřiny z hlediska ochrany životního prostředí.

Je to energetický zdroj, který je v přírodě dostupný v dostatečném množství a bude i nadále k dispozici.

Sluneční výkon je přibližně 40 bilionkrát větší než teoretická spotřeba lidstva. Dnes však dokážeme využít pouze jeho část.

V České republice je průměrná intenzita slunečního záření odhadována na přibližně 300 W/m² a roční úhrn energie se pohybuje mezi 800–1250 kWh na m².

Ačkoliv současný podíl fotovoltaiky na celosvětové výrobě elektrické energie činí pouze asi 0,01 %, technologie využívání slunečního záření mají značný růstový potenciál a vyspělé státy s tímto obnovitelným zdrojem počítají do budoucna.

Větrná energie

Větrná energie je získávána z větru pomocí větrných turbín.

V roce 2022 přispěla větrná energie více než 7 % k celosvětové výrobě elektřiny. Je jedním z nejlevnějších zdrojů elektřiny na jednotku vyrobené energie.

Největší potenciál pro využití větrné energie mají oblasti ve vyšších severních a jižních zeměpisných šířkách.

Větrné turbíny mohou být umístěny jak na pevninské, tak na mořské ploše.

Větrné elektrárny na moři generují díky vyšší rychlosti větru větší množství energie než pevninské turbíny.

Vodní energie

Vodní energie se získává z vodních toků a přehrad, případně z přílivu a odlivu.

Její využití zahrnuje získávání buď kinetické, nebo potenciální energie.

Kinetická energie je odvozena z pohybu vody a závisí na rychlosti proudu, zatímco potenciální energie využívá gravitační působení a závisí na výškovém rozdílu mezi hladinami.

Vodní elektrárny mohou také akumulovat energii z jiných zdrojů, jako je solární energie. Například v Norsku vodní energie pokrývá více než 99 % výroby elektřiny.

V České republice dominují vodní elektrárny mezi obnovitelnými zdroji energie.

Všechny velké vodní elektrárny, kromě Dalešic, Mohelna a Dlouhých Strání, se nacházejí na toku Vltavy a tvoří kaskádový systém, známý jako vltavská kaskáda.

Biomasa

Energie je získávaná z organických materiálů, jako jsou rostliny, houby, sinice a odpadní produkty, z nichž vzniká biopalivo.

Dva nejběžnější typy biopaliv jsou bioetanol využívaný ve Spojených státech a Brazílii a bionafta, která v mnoha evropských městech pohání vozy veřejné dopravy.

Geotermální energie

Geotermální energie je přirozený projev tepelné energie zemského jádra.

Pro získání tohoto tepla se využívají hlubinné vrty. Čím hlouběji se geotermální vrt dostane, tím teplejší půda je.

Tento jev udává tzv. teplotní gradient a měří se v °C/metr. Princip geotermální elektrárny spočívá v přeměně vnitřní energie páry na mechanickou a pak elektrickou energii skrze parní cyklus. 

Geotermální energie se využívá ve formě tepelné energie pro vytápění i chlazení, či pro výrobu elektrické energie v geotermálních elektrárnách.

Kolik procent elektřiny je z obnovitelných zdrojů?

Obnovitelné zdroje energie měly loni na celosvětové výrobě elektřiny rekordní podíl 30,3 %.

To představuje nárůst o 0,9 % oproti předchozímu roku. Tento vzestup je výsledkem zvýšení kapacit solárních a větrných elektráren, jak uvádí zpráva institutu Ember.

V České republice však výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů dlouhodobě zaostává. Podíl solárních a větrných elektráren na celkovém objemu vyrobené elektřiny činil loni v Česku pouze 3,7 %, což je výrazně pod evropským průměrem, který se v celé EU pohyboval kolem 22 %.

Letos by ale podíl obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě energie v Česku poprvé mohl překonat hranici 20 %.

K tomu by měly přispět nové zdroje, jako jsou nově vzniklé větrné elektrárny nebo bioplynové stanice, které se objevily v minulém roce.

Umělá inteligence v solární energetice

Solární energie je klíčovým obnovitelným zdrojem, který tvoří více než 3 % celosvětové výroby elektřiny.

Tento zdroj však čelí řadě výzev, především v oblasti účinnosti a možností uložení energie.

Většina solárních panelů přemění na elektřinu pouze 15-22 % slunečního záření, zbytek se ztrácí ve formě tepla.

Generování dostatečného množství solární energie pro velká města a průmyslové oblasti je rovněž obtížné.

Nedávný rychlý pokrok v oblasti umělé inteligence (AI) má však potenciál zásadně zlepšit výkon solárních systémů.

Pokud inovace v AI dokážou vyřešit hlavní problémy spojené se solárními články, výrobou a integrací do sítě, solární energie by mohla do roku 2050 pokrýt více než 50 % globální poptávky po elektřině.

Jak lze využít AI v solární energetice?

Predikce výroby solární energie

Modely umělé inteligence dokážou analyzovat obrovské množství historických dat, a na jejich základě poté předpovídat objem výroby solární energie na základě počasí, polohy a sezónních trendů.

Díky tomu můžou solární elektrárny lépe plánovat a řídit své energetické zdroje.

Optimalizace údržby

Pomocí umělé inteligence lze monitorovat výkon solárních panelů a na základě analýzy dat identifikovat potenciální problémy dříve, než dojde k výpadku.

AI umožňuje analýzu dat v reálném čase, což vede k lepší identifikaci problémů a plánování údržby.

Prediktivní údržba zajišťuje delší životnost panelů a snižuje náklady na reaktivní opravy.

Inteligentní řízení energie

Umělá inteligence může monitorovat a řídit výkon jednotlivých modulů solárních panelů.

Například, AI může detekovat anomálie ve výkonu a okamžitě upozornit majitele nebo techniky na potřebu údržby, což zvyšuje efektivitu a snižuje náklady na údržbu.

Optimalizace solárních panelů

Umělou inteligenci lze v solární energetice využít také k určení nejlepšího umístění a orientace solárních panelů, aby maximalizovaly zachytávání slunečního světla a výrobu energie.

AI dále pomáhá v monitorování, údržbě a čištění panelů.

Reakce na poptávku

Reakce na poptávku je systém, který motivuje spotřebitele energie ke snížení spotřeby během období vysoké poptávky, čímž snižuje zátěž na energetickou síť.

AI může být použita k optimalizaci programů reakce na poptávku tím, že předpovídá, kdy bude poptávka po energii vysoká, a podporuje spotřebitele v redukci jejich spotřeby během těchto období.

Umělá inteligence dokáže také automaticky upravovat teplotu v budově nebo vypínat nepotřebné spotřebiče během období vysoké poptávky.

Zdroje:

ČEZ.cz, Epet.cz, GreenMatch.com, Chatify.cz, Medium, Omdena.com