Odnawialne źródła energii – energia Słońca

0
946

Słońce jest głównym źródłem energii docierającej do Ziemi – w ciągu godziny dostarcza Ziemi więcej energii niż ludzkość zużywa przez cały rok. Wartość natężenia promieniowania słonecznego zależy od kąta padania promieni względem powierzchni Ziemi oraz od odległości Ziemi od Słońca, a także od długości drogi, którą przebywają promienie przez atmosferę. Energia słoneczna jest bezpieczna w użytkowaniu, czysta i dostępna dla całego globu. Czysta ekologicznie energia Słońca, kilkanaście tysięcy razy przekracza nasze potrzeby, jednakże droga do powszechnego jej wykorzystania jest bardzo daleka.

Energię światła słonecznego wykorzystuję ogniwa słoneczne, będące jej generatorami. Ogniwa słoneczne są więc bezpośrednimi przetwornikami energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Służy do tego atom wodoru, zbudowany z jednego elektronu jako ładunku ujemnego i jednego protonu jako ładunku dodatniego. Na anodzie ogniwa dokonuje się rozpad atomu wodoru na elektrony i protony. Elektrony płyną przez obwód zewnętrzny, stanowiący odbiornik prądu elektrycznego, zaś protony, płynąc przez elektrolit do katody, łączą się z elektronami w atmosferze powietrza, tworząc wodę.

Wyróżnia się trzy rodzaje technologii słonecznych: elektrownie słoneczne, kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne. Elektrownie słoneczne wykorzystują promieniowanie Słońca przez ich skupienie w ognisku przy użyciu luster parabolicznych lub soczewek Fresnela. W ognisku podgrzewany jest czynnik grzejny do temperatury kilkuset stopni, po czym napędza on turbinę. Ponieważ urządzenia te są w stanie wykorzystywać tylko bezpośrednie promieniowanie Słońca, gdy jest ono przysłonięte chmurami, efektywnie pracują jedynie w strefie zwrotnikowej, gdzie ten rodzaj promieniowania stanowi nawet 70%.

Zasadą działania kolektorów słonecznych jest pochłanianie możliwie dużej ilości promieniowania słonecznego przez powierzchnię absorpcyjną, maksymalnie zbliżoną właściwościami do ciała doskonale czarnego. Absorber oddaje tę energię czynnikowi grzejnemu, cyrkulującemu w wężownicy z nim zespolonej. Sprawność tego procesu przekracza 70%, a sprawność całej instalacji kolektorowej, służącej do przygotowywania ciepłej wody wynosi 5-60%. Kolektory umieszcza się najczęściej na dachach (pod kątem 45o, zawsze skierowane na południe lub południowy-zachód), choć mogą być również posadowione na ziemi. Kolektory słoneczne są dobrym rozwiązaniem tam, gdzie zużywa się duże ilości ciepłej wody przez cały rok lub jedynie w sezonie letnim. Podstawowe zalety kolektorów to: prostota i trwałość instalacji, niskie koszty eksploatacyjne, brak konieczności obsługi i remontów oraz cicha, i bezawaryjna praca.

Panele fotowoltaiczne składają się z kilkudziesięciu fotoogniw, będących odpowiednio skonstruowanymi płytkami półprzewodników, w których fotony z promieniowania Słońca wzbudzają prąd stały. W tego typu instalacjach nie ma żadnych części mechanicznych, które trzeba wymieniać lub konserwować. Całość systemu pracuje automatycznie, bez nadzoru. Dzięki temu koszty eksploatacyjne systemów fotowoltaicznych są najniższe w stosunku do wszystkich urządzeń wytwarzających energię. Trwałość tych urządzeń określa się na 20-30 lat. Systemy fotowoltaiczne mogą stanowić jednostki autonomiczne, funkcjonujące z dala od sieci energetycznych lub też współpracować z siecią. Montuje się je na dachach budynków.

W tym systemie można też wytwarzać energię w celu jej sprzedaży do sieci energetycznych, ponieważ jest ona droższa niż prąd pochodzący z paliw kopalnych. Moc tego typu instalacji, które umieszcza się na ziemi, dochodzi do kilkudziesięciu megawatów. Instalacje fotowoltaiczne są kosztowne. Jednakże dzięki dotacjom i wsparciu finansowemu ze strony wielu państw z powodzeniem rozwijają się w niektórych krajach Unii Europejskiej, a także w Stanach Zjednoczonych, Chinach, Indiach, Japonii itp. Przewiduje się, że w 2020 roku systemy te pokryją 20-25% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Położenie geograficzne Polski pozwala na duże wykorzystanie energii słonecznej. W skali roku w naszym kraju dochodzi do powierzchni ziemi około 50% energii Słońca w stosunku do najbardziej gorących regionów globu. W ujęciu regionalnym nasłonecznienie w Polsce jest bardzo podobne, a różnice dla poszczególnych regionów wynoszą 10-15%. Najwyższa roczna wartość promieniowania całkowitego występuje nad morzem (w okresie od kwietnia do września) oraz w górach (od października do marca). Energia słoneczna w naszej szerokości geograficznej może być wykorzystywana do przygotowywania ciepłej wody w kolektorach słonecznych oraz do produkcji prądu w panelach fotowoltaicznych. W warunkach polskich kolektory słoneczne mogą pokryć nawet w 60% zapotrzebowanie na ciepłą wodę w skali roku, w tym 90-100% w sezonie letnim.

W związku z tym od kilku lat notowany jest dynamiczny ich rozwój na rynku energii. W tym sektorze działa kilkadziesiąt profesjonalnych firm, z których najnowsze z powodzeniem konkurują na rynkach światowych, eksportując dużą część swojej produkcji. Mimo to ciągle nam daleko do nasycenia rynku. W przeliczeniu na jednego mieszkańca mamy w Polsce 3-4 razy mniej kolektorów niż w krajach o podobnym nasłonecznieniu, np. w Danii, Holandii, Niemczech, Czechach, Austrii czy Szwecji. W dłuższej perspektywie czasowej większe znaczenie będą miały jednak systemy fotowoltaiczne, w których energia słoneczna transformowana jest bezpośrednio w prąd elektryczny. Przewiduje się, że w 2020 roku moc systemów na świecie osiągnie 260000-300000MW. Obecnie w naszym kraju systemy fotowoltaiczne mają moc zaledwie 3 MW, podczas gdy w Niemczech, kraju podobnym nasłonecznieniu, ich moc przekroczyła 24000 MW.

1. Miszczak M., Waszkiewicz Cz., Energia Słońca, wiatru i inne. Warszawa 1988.
2. Nowicki M., Czy energetyka solarna ma w Polsce przyszłość? „Aura” 2011 nr 11, s. 7-8.
3. Nowicki M., Dylematy polskiej energetyki XXI wieku. „Aura” 2012 nr 7, s. 4-6.
4. Nowicki M., Dylematy polskiej energetyki XXI wieku. „Aura” 2013 nr 1, s. 20-21.
5. Wieczorek A. Uwięzić energię słońca. „Aura” 2013 nr 3, s. 37.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here