Se sluncem po Německu

Ing. Pavla Slavíková, Ing. Jakub Slavík, MBA

 

K letní prázdninové atmosféře patří toulky přírodou nebo po vodě a výlety do zahraničí. Abychom k této atmosfé­ře přispěli i v našem odborném časopise, zveme nyní čtenáře na dva zajímavé výlety do německé přírody po kolejích a po řece. Ukážeme si při nich, jak slunce, resp. fo­tovoltaika, umí pohánět vlaky i lodě.

 

Náš první výlet nás zavede podél Labe kousek za hranice, do lázeňského městečka Bad Schandau. Údolím říčky Kirnitzsch (na české straně Křinice) se od roku 1898 mohou turisté svézt tramvají za krásami Saského Švýcarska po osm kilometrů dlouhé jednokolejce. Od roku 1994 vy­užívá tato dráha fotovoltaické (PV) člán­ky, které jsou nainstalovány na vozov­ně dopravního podniku. Rekonstruova­né tramvaje pocházejí z let 1957 až 1968 a jsou získány skoro z celého bývalého NDR. Většina motorových vozů má vý­kon 2× 60 kW.

 

Přestože údolí říčky je velmi úzké a hluboké a sluneční svit zde není zvláště v zimních měsících moc vydatný, má vy­užití fotovoltaiky v těchto končinách své opodstatnění. Vzhledem k využití tram­vaje pro turisty je provoz této jednoko­lejky sezónní. V zimě, kdy je využitelné sluneční energie méně, projedou údolím jen čtyři páry tramvají (tam a zpět) den­ně, kdežto v létě, kdy je sluneční aktivita na vrcholu, 24 párů denně.

 

Projekt napájení Kirnitzschtalbahn elektrickou energií získanou fotovoltaic­kými články byl realizován v rámci pro­jektu Spolkového ministerstva pro vědu a technologie o využívání alternativních zdrojů energie v dopravě a Saského minis­terstva hospodářství a práce. Fotovoltaic­ké články jsou umístěny na střeše vozov­ny na ploše 325 m². Směr natočení střechy s fotovoltaickými články je na jiho-jiho­východ, který je pro tento účel ideální. Při instalaci fotovoltaických článků bylo třeba pouze upravit sklon panelů na 37°, protože sklon střechy nebyl dostatečný.

 

Fotovoltaické zařízení na střeše vozov­ny je složeno z celkem 756 fotovoltaic­kých článků (42× 18 článků v sérii). Jme­novité napětí jednoho článku je 17,4 V. Vždy osmnáct článků v sérii tvoří jednu větev. Tyto větve jsou propojeny paralel­ně do dvou skupin, z nichž každá napájí stejnosměrným napětím skupinu čtyř stří­dačů. Využívá se tedy celkem osm střída­čů o jmenovitém výkonu 5 kV·A z důvo­du proměnlivého množství generované energie v letním a zimním období. Stří­dače jsou po čtyřech spojeny paralelně, přičemž jeden je řídicí – master, a ostat­ní jsou podřízené – slave. Řídicí střídač připojuje ostatní střídače podle momen­tální velikosti odebírané energie, a proto střídače pracují efektivně.

 

Ve slunečných dnech od května do srp­na vyrobí fotovoltaické panely tolik elek­trické energie, že ji tramvaje nespotřebu­jí a energie se dodává do distribuční sítě. Naproti tomu jsou fotovoltaické články od listopadu do ledna ve stínu a tramvaj musí v tuto dobu brát veškerou elektric­kou energii z distribuční sítě. Přestože provoz tramvaje není ekonomicky sobě­stačný (průměrné pokrytí spotřeby elek­trické energie pro provoz tramvaje foto­voltaikou je 30 %), z hlediska ekologie je velmi přínosný. Fotovoltaika zde roč­ně vyrobí přibližně 30 MW·h elektrické energie, což znamená roční snížení emi­sí z tepelných elektráren o 34 tun oxi­dů uhlíku.

 

Šestnáct let provozu dráhy Kirnitzschtalbahn vedlo ke snížení emisí o asi 540 tunoxidů uhlíku, a významně tak přispělo k dosažení čistšího životního prostředí. Současně se podařilo maximálně využít sluneční energii pro sezónní provoz tram­vaje, aniž by bylo třeba použít akumu­látory ke skladování elektrické energie.

 

Na druhý výlet se vydáme do Berlína na Sprévu a přilehlé toky. Párty, školení či výlet pro skupiny zde nabízí loď na fo­tovoltaický pohon pojmenovaná Solon, s typovým označením výrobce SunCat 58, tedy Sluneční kočka. Název je bezesporu výstižný. Po hladině nevrčí a nezamořuje vzduch spalinami, jen se tiše a elegantně plíží. A jako správná kočka to umí i v noci – vydrží plout až deset hodin bez světla. SunCat 58 je loď katamaranového typu, délky zhruba 18 m a šířky 7 m a s pono­rem asi 1 m, která pojme až 50 cestujících. Výrobce, mladá berlínská firma SunWa­terWorld AG, jí dal do vínku několik ne­všedních technických vlastností.

 

Trup je z odlehčených materiálů a jeho tvary jsou navrženy tak, aby se minimali­zovaly ztráty energie. Výsledkem je vlast­ní hmotnost pouhých 13 t s minimálním odporem prostředí. Dva 8kW asynchron­ní elektromotory tudíž mohou lodi dát solidní rychlost osm uzlů, tedy přibliž­ně 15 km/h.

 

Elektřinu motorům ve dne dodává 24 solárních modulů Solon SE o výkonu 5,16 kW při jmenovitém výkonu až 215 Wp na modul. Tyto solární moduly jsou umís­těny na střeše kabiny uprostřed lodi. Deset hodin provozu bez světla umožňují lodi baterie o kapacitě 48 V/2× 480 A.

 

Díky těmto přednostem si prototyp SunCat 58 troufl i na Atlantik. V roce 2007 zdolal trasu z Basileje přes Rotter­dam do New Yorku za pouhých 29 dní. Jediným zdrojem pohonu přitom byla sluneční energie.

 

SunCat 58 jako Solon dopravní společ­nosti Schiffskontor je zajímavá i zevnitř. Pro poskytnutí nevšedního zážitku je kabina pro cestující vybavena s moderní elegancí, a přitom tak, aby ji bylo možné plně adaptovat pro konkrétní účel od ško­lení po svatby. Kromě míst k sezení a stol­ků je zde tedy např. i bar s příslušenstvím.

 

Zvláštním zážitkem pro laiky i od­borníky je vnitřní osvětlení lodi. Svítidla na principu LED integrovaná do stropu kabiny a dalšího vybavení dovolují měnit barvu, a tím umocnit celkový dojem z jíz­dy. Méně zřejmé, ale neméně důležité je použití LED i z jiného důvodu: co nejú­spornější provoz lodi.

 

„Otcem“ Sluneční kočky je inženýr Tho­mas Meyer. Vypráví se, že k zájmu o lodě na sluneční pohon ho inspirovala klukov­ská četba Verneova románu Dvacet tisíc mil pod mořem. Zatoužil po lodi, která dokáže nekonečně plout, bez hluku a znečišťová­ní okolního prostředí. Na rozdíl od mno­ha jiných dovedl Thomas Meyer svůj sen do konce. V roce 1993 zkonstruoval svoji první loď na solární pohon a získal za ni nesčetná ocenění. Nyní stojí v čele společ­nosti SolarWaterWorld a je uznávaným od­borníkem na stavbu solárních lodí.

 

Převratným prvkem jeho konstrukcí je to, že nejde o standardní lodě pouze doplněné slunečním panelem. Loď kon­struovaná od počátku jako solární bere v úvahu nejen pohonnou jednotku, ale celkovou spotřebu energie. Stejnou péči jako pohonu proto konstrukce věnuje ze­jména tvarování ponořené části lodi, ale i zmíněnému osvětlení.

 

Jak jsme poznali na obou výletech, sluneční energie se může uplatnit i v tak netradičních oborech jako pohon vlaků nebo lodí. Od roku 1958, kdy byla foto­voltaika poprvé použita na dopravním prostředku – vesmírné družici, je to ob­rovský skok.

 

Je však také zřejmé, že nemá smysl jen takříkajíc vzít šroubovák a přimontovat fotovoltaický panel na střechu lokomo­tivy nebo na kajutu lodi. Má-li doprav­ní prostředek využívat pro svůj pohon sluneční záření co nejúčinněji, je třeba jej takto od samého začátku koncipovat, a to se znalostí všech předností i úskalí uvedeného zdroje energie. Rozhodující přitom je nejen potřebný výkon motorů, ale i veškerá spotřeba energie a celkový charakter provozu.

 

Nezbývá tedy než popřát saské jedno­kolejce i Sluneční kočce spoustu kilome­trů či mil bez nehody a jejich následov­níkům ty správné nápady, jak co nejlé­pe využít sluneční světlo k jízdě ve dne i v noci, v létě i v zimě.

(s využitím materiálů společností Oberel­bische Verkehrsgesellschaft Pirna – Sebnitz GmbH, SunWaterWorld AG a M.S. Schiffskontor GmbH)