Energetyka słoneczna

Z Wikipedii

Panele słoneczne do ogrzewania wody w Grecji

Energetyka słoneczna - gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.

[edytuj] Promieniowanie słoneczne

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 średnio 1 367 W/m² i jest 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*m^-2*rok^-1 co odpowiada wartości opałowej 120 kg paliwa umownego.

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

[edytuj] Metody konwersji promieniowania słonecznego

[edytuj] Konwersja fotowoltaiczna

[edytuj] Ogniwo fotowoltaiczne

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 (zob. nośniki ładunku) 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.

[edytuj] Zastosowania ogniw fotowoltaicznych

• Baterii słonecznych używa się także w małych kalkulatorach, lampach solarnych i zegarkach.
• 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.
• W niektórych miejscach na świecie ogniwa fotowoltaniczne wykorzystują np. publiczne automaty telefoniczne (baterie słoneczne montowane są na dachu).

[edytuj] Konwersja fototermiczna pasywna

Konwersja fototermiczna pasywna to bezpośrednia zamiana energii promieniowania słonecznego na energię cieplną bez wykorzystania dodatkowych źródeł energii (np. do napędu pomp), systemy te działają w oparciu o konwekcję swobodną. Pasywna konwersja fototermiczna może być wykorzystywana do:

• ogrzewania budynków
  • ściana Trombe'a
• chłodzenia budynków
• podgrzewania wody
  • termosyfonowe podgrzewacze wody
• suszenia płodów rolnych

Schemat słonecznej instalacji przygotowania ciepłej wody użytkowej
A -Kolektor słoneczny,
B- pompa,
C- grzejnik pomocniczy,
D- ciepła woda użytkowa,
E - woda powrotna.

[edytuj] 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.

[edytuj] 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.

[edytuj] 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.

[edytuj] Linki zewnętrzne

• ekologika.pl - Energia Słońca