Energia słoneczna

Opublikowane przez Krzysztof Lis dnia 21.05.2008 o godzinie 21:57

Energia promieniowania słonecznego jest jednym z odnawialnych źródeł energii.

Do Ziemi dociera promieniowanie słoneczne zbliżone widmowo do promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze ok. 5700 K.

Graniczną mocą jaką można uzyskać bezpośrednio z energii słonecznej na jednym metrze kwadratowym jest tzw. stała słoneczna, która wynosi mniej więcej 1 367 W/m² i jest po prostu mocą promieniowania słonecznego docierającą do zewnętrznej warstwy atmosfery. Część tej energii jest odbijana lub pochłaniana przez atmosferę, więc efektywnie wykorzystać przy powierzchni Ziemi możemy do 1000 W/m².

Średnie roczne nasłonecznienie obszaru Polski wynosi ~3500 MJ/m² rocznie co odpowiada wartości opałowej 120 kg paliwa umownego.

Wszystkie pozostałe źródła energii (poza energią geotermalną i pływów) są pośrednio efektem działania promieniowania słonecznego.

Metody konwersji promieniowania słonecznego

Konwersja fotowoltaiczna

Ogniwo fotowoltaiczne (inaczej fotoogniwo, solar, lub ogniwo słoneczne) jest urządzeniem służącym do bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną, poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów, o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował A.C. Becquerel w 1839 r. w obwodzie oświetlonych elektrod umieszczonych w elektrolicie, a obserwacji tego zjawiska na granicy dwóch ciał stałych dokonali tego 37 lat później W. Adams i R. Day.

• Przydatne jest zastosowanie ich w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.
• W 1981 r. Słoneczny samolot Solar Challenger przeleciał nad kanałem La Manche wykorzystując jako źródło zasilania tylko energię słoneczną. Skrzydła tego samolotu pokryte były bateriami słonecznymi, które zasilały silnik elektryczny.
• Na Florydzie, w Stanach Zjednoczonych publiczne automaty telefoniczne są zasilane przez baterie słoneczne montowane na chroniącym je dachu.
• Baterii słonecznych używa się także w małych kalkulatorach i zegarkach.

Konwersja fototermiczna aktywna

Konwersja fototermiczna aktywna to zamiana energii promieniowania słonecznego na inną formę energii. Wykorzystują ją specjalnie skonstruowane urządzenia (w przeciwieństwie do systemów pasywnych).

Aktywne systemy przygotowania ciepłej wody użytkowej budowane są w różnej skali. Popularne są zarówno zastosowania w domkach jednorodzinnych (2-6 m² kolektorów) jak i duże instalacje (o powierzchni kolektorów powyżej 500 m²) (ciepłownie) dostarczające ciepłą wodę do budynków wielorodzinnych, dzielnic, czy miasteczek.

Schemat słonecznej instalacji do przygotowania wody użytkowej.
Zdjęcie na licencji GNU FDL, pochodzi z serwisu Wikimedia Commons.

Konwersja fotochemiczna

Fotochemiczna konwersja energii promieniowania słonecznego na energię chemiczną. Jak dotąd na szeroką skalę zachodzi jedynie w organizmach żywych, ma bardzo niską sprawność (ok. 1%) i nosi nazwę fotosyntezy, jednak istnieją ogniwo fotoelektrochemiczne dysocjujące wodę pod wpływem światła słonecznego. Istnieją także metody wykorzystujące fotony do dezynfekcji i detoksykacji.

Elektrownie słoneczne

Elektrownie słoneczne mogą opierać się na różnych wyżej opisanych procesach konwersji energii. Można tego dokonać:

• bezpośrednio w ogniwie fotowoltaicznym,
• pośrednio przetwarzając promieniowanie słoneczne na ciepło, a ciepło na energię elektryczną,
  • CRS (ang. Central Receiver System) polega na odbiciu promieni słonecznych z dużego obszaru i skierowaniu ich w jeden centralnie umieszczony punkt, gdzie można osiągnąć bardzo wysoką temperaturę. Na tej samej zasadzie działają piece słoneczne,
  • DSS (ang. Distributed Solar System) tu promienie są kierowane (najczęściej za pomocą kolektorów parabolicznych) na rurę, w której płynie czynnik (najczęściej olej o małej lepkości i dużej pojemności cieplnej). Czynnik przepływając przez wiele kolektorów osiąga dość wysoką, choć dużo niższą (poniżej 400°C) niż w systemach CRS, temperaturę,
  • komin słoneczny to bardzo wysoki komin (w trakcie realizacji (2005) jest projekt, w którym jego wysokość wyniesie 1000 m) otoczony przezroczystym pokryciem, pod którym powietrze ogrzewa się (zmniejszając równocześnie swoją gęstość) i pod wpływem siły wyporu dąży do wydostania się przez komin, w którym instaluje się turbinę wiatrową połączoną z generatorem.

Artykuł ten jest na licencji GNU Free Documentation License. Został napisany w oparciu o artykuł “Energetyka słoneczna” z serwisu Wikipedia.

Pokrewne tematy:

1. Komin słoneczny Komin słoneczny jest urządzeniem wspomagającym naturalną wentylację (wymianę powietrza) w budynku poprzez wykorzystanie efektu...
2. Energia wiatru Energia wiatru jest jednym z odnawialnych źródeł energii. Współcześnie stosowane turbiny wiatrowe przekształcają ją...
3. Jak zbudować kolektor słoneczny? Kolektory słoneczne w Polsce są jeszcze strasznie drogie. Mimo tego, że znaczna część sprzedawanych...
4. Ceres Power uwolni nas od wysokich rachunków za energię? Ceres Power opracował rewolucyjne ogniwo, którym zachwycił się już sam Tony Blair. Nie dziwota,...