Energia słońca

Energia promieniowania słonecznego jest podstawowym źródłem energii na Ziemi. Promieniowanie słoneczne wykorzystywane jest bezpośrednio do produkcji energii elektrycznej oraz cieplnej. Trzeba jednak pamiętać, że jest ono również wykorzystywane w procesie fotosyntezy przez rośliny, które następnie tworzą rezerwy biomasy. Energia paliw kopalnych, stanowiących obecnie główny surowiec energetyczny jest także energią pochodzącą od Słońca. Przed milionami lat została ona uwięziona w biomasie, a następnie uległa przekształceniu w procesach biochemicznych i fizykochemicznych w węgiel, ropę naftową i gaz ziemny. Także energia wiatru i fal morskich powstaje dzięki promieniowaniu słonecznemu.

HISTORIA
Ludzie od zawsze wykorzystywali energię Słońca, na początku do suszenia produktów żywnościowych oraz do rozniecania ognia. Do tego ostatniego celu starożytnym Grekom służyła wypełniona wodą szklana kula, skupiająca promienie słoneczne. Z czasem energię Słońca rozpoczęto wykorzystywać do produkcji energii cieplnej. Już w roku 1897, w miejscowości Pasadena koło Los Angeles właśnie w ten sposób ogrzewano aż 30% domów. Najpóźniej zaczęto wykorzystywać energię słoneczną do produkcji energii elektrycznej. Choć efekt fotowoltaiczny, umożliwiający produkcję prądu bezpośrednio z promieniowania słonecznego został zaobserwowany już w XIX wieku, na szeroką skalę wykorzystano go dopiero w latach 50. ubiegłego stulecia, w amerykańskich satelitach i statkach kosmicznych.
Źródło danych: www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/ecbrec/baro166.pdf
Obecnie największym producentem ogniw fotowoltaicznych na świecie jest Japonia. Dzięki wprowadzeniu nowego prawa dotyczącego zakupu energii i 50% dotacji rządowej w 1997 roku zainstalowano tam 9400, a rok później około 14000 systemów fotowoltaicznych.

TECHNOLOGIE I ZASTOSOWANIA

Ogniwo fotowoltaiczne zbudowane jest z dwóch płytek krzemowych. Gdy promienie słoneczne padają na ogniwo, elektrony z dolnej warstwy przemieszczają się do warstwy górnej, generując napięcie elektryczne. Ogniwa fotowoltaiczne mają dziś cały szereg zastosowań. Najczęściej wykorzystuje się je w zegarkach i w kalkulatorach, bardziej złożone instalacje służą zaś do oświetlania domów i ulic. W jednym z alzackich miasteczek osiągnięto spore oszczędności, oświetlając nocą ulice przy pomocy systemu fotowoltaicznego, zasilanego energią słoneczną za dnia.
Szczególnie istotna jest rola ogniw fotowoltaicznych na obszarach pozbawionych dostępu do sieci elektrycznej. Zasilają one telefony awaryjne przy autostradach, umożliwiają pracę latarni morskich, odpowiadają za funkcjonowanie stacji meteorologicznych i telekomunikacyjnych. Wymienione sposoby wykorzystania ogniw fotowoltaicznych nie wyczerpują całej listy ich zastosowań, która obejmuje także: pompowanie wody i destylację wody słonej, zasilanie kolejowej sygnalizacji świetlnej, telefonów komórkowych, radioodbiorników, zabawek, a nawet przenośnych telewizorów i eksperymentalnych samochodów. Również niektóre parkometry w Polsce funkcjonują dzięki bateriom słonecznym.
Kolektor słoneczny służy do zamieniania energii słonecznej na energię cieplną. Najczęściej stosowane są kolektory płaskie gazowe lub cieczowe oraz rurowe kolektory próżniowe, które posiadają wyższą sprawność przetwarzania energii. Kolektor płaski składa się z przezroczystego pokrycia, absorbera pochłaniającego energię promieniowania słonecznego, wymiennika ciepła oraz izolacji. Promienie, przenikając przez taflę szklaną trafiają na pokryty specjalną warstwą absorber i zostają przetworzone w ciepło. Energia cieplna uzyskana przez kolektor jest transportowana za pośrednictwem czynnika roboczego i za pomocą pompy do zbiornika. Kolektory najczęściej montowane są na dachach, ale mogą również być instalowane na ścianach budynków lub na specjalnym stelażu obok budynku. Należy pamiętać, że kolektor powinien być skierowany na południe, aby jak najdłużej docierało do niego promieniowanie słoneczne.
Kolektory wykorzystuje się do ogrzewania pomieszczeń, a także do podgrzewania wody w domach, gospodarstwach rolnych, obiektach sportowych i rekreacyjnych oraz zakładach przemysłowych, do ogrzewania wody w basenach. Rolnicy stosują je do suszenia produktów rolnych: zboża, nasion, owoców, ziół i grzybów. Ocenia się, że w Polsce kolektory słoneczne są w stanie pokryć około 60% rocznego zapotrzebowania domu jednorodzinnego na energię cieplną, jeżeli budynek zostanie odpowiednio zbudowany.

POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE

Potencjał energetyczny Słońca jest naprawdę olbrzymi: całoroczne światowe zapotrzebowanie na energię mogłoby zostać pokryte przez promieniowanie słoneczne, docierające do powierzchni Ziemi w ciągu zaledwie jednej godziny! Niestety, problemem pozostaje akumulacja tych ogromnych zasobów. Wykorzystywanie energii Słońca wymaga sporo miejsca, wymaga także odpowiednich warunków helioenergetycznych, które nie zawsze i nie wszędzie występują. Im większe zachmurzenie, im większa szerokość geograficzna, im bliżej wielkich miast, tym mniejsza ilość promieni słonecznych, docierających do powierzchni globu. Na przykład w Polsce najmniej korzystne warunki helioenergetyczne panują w okolicach Warszawy i na Górnym Śląsku – czyli na terenach najbardziej zanieczyszczonych. Nasz kraj posiada zresztą raczej skromne możliwości wykorzystywania energii Słońca: trudno, na przykład, ogrzewać budynki przy pomocy kolektorów słonecznych, jeśli na półrocze jesienno-zimowe – a zatem na sezon grzewczy – przypada zaledwie 20% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia. Taki rozkład promieniowania słonecznego w ciągu roku pozwala za to na szerokie wykorzystywanie kolektorów słonecznych w rolnictwie, gdyż okres maksymalnego nasłonecznienia zbiega się z okresem suszenia pasz objętościowych. Dlatego Polska była jednym z pierwszych krajów w Europie, które zastosowały kolektory w rolnictwie.

ZALETY I WADY

Stosowanie ogniw fotowoltaicznych oraz kolektorów jest bardzo korzystne dla środowiska.
Wykorzystywanie energii Słońca nie powoduje emisji żadnych zanieczyszczeń. Do zalet stosowania technologii wykorzystujących energię promieniowania słonecznego można również zaliczyć wszechstronność zastosowań oraz długotrwałe użytkowanie instalacji. Po stronie wad energii Słońca – obok faktu, że do jej wykorzystywania potrzebne jest dużo miejsca i niezbędne są odpowiednie warunki helioenergetyczne – wymienić należy wysoki koszt kolektorów słonecznych.