KlimatDlaZiemi.pl - Co można zrobić, aby zapobiec katastrofie / Energetyka / Energia słoneczna
Klimat Dla ZiemiiSzkoła z klimatem

Elektrownie słoneczne

EKO

CENA

 

MOC

 

Ludzkość zużywa moc 13 500 GW, na 2050 rok przewiduje się zużycie 35 000 GW. Tymczasem docierająca do Ziemi moc promieniowania słonecznego to 170 000 000 GW. Gdyby tak choć częściowo ją wykorzystać... Rzeczywiście, istnieje relatywnie prosta możliwość wykorzystania nawet 600 000 GW. To 20 razy więcej, niż potrzeba...


Mapa pokazuje, ile kilowatogodzin energii można rocznie pozyskać z 1m2 za pomocą ogniw fotowoltaicznych. http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2000/renewpower_2003.pdf


Sources: Meteorological data from European Centre for Medium Range Weather Forecast (ECMWF). Data processing and mapping by G. Czisch, ISET / IPP, 2000

Energia słoneczna ma szereg zalet:

  • powszechna dostępność
  • brak negatywnych konsekwencji dla środowiska podczas eksploatacji
  • długi czas pracy raz zainstalowanego urządzenia
  • minimalny koszt eksploatacji
  • w instalacjach przydomowych oznacza ona zmniejszone uzależnienie od dostawców energii

Technologia ogniw słonecznych pozwala na przetwarzanie promieniowania słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną. Ogniwa słoneczne działają na zasadzie zjawiska fotoelektrycznego, którego odkrywcą był niemiecki fizyk Heinrich Hertz, który stwierdził, że niektóre ciała pod wpływem promieniowania słonecznego emitują elektrony. Obecnie ogniowa te wykonuje się z półprzewodników na bazie krzemu. Charakteryzują się one długą żywotnością oraz niezawodnością.

Dla produkcji 20 000 GW, czyli nadwyżki, której będziemy potrzebować do 2050 roku potrzeba 0,5% powierzchni lądu przy efektywności ogniw 10%. Z jednej strony to sporo – to 2,5 terytorium Polski. Ale z drugiej strony to tylko 10% powierzchni USA. Jest to powierzchnia, którą moglibyśmy poświęcić dla produkcji energii na Ziemi, szczególnie, że najlepsze do tego regiony to pokryte pustyniami obszary zwrotnikowe, o niskim koszcie powierzchni.

Nic dziwnego, że Komisja Europejska określiła energię słoneczną jako strategiczne źródło zaopatrzenia EU w przyszłości w energię. Przewiduje się, że do połowy wieku energetyka słoneczna będzie dawać więcej energii niż węgiel, czy ropa.

Jak na razie energia słoneczna jest marginalnym źródłem energii, ale odnotowuje się bardzo szybki, o 30% rocznie przyrost mocy produkowanych ogniw słonecznych.


Wraz ze wzrostem wolumenu produkcji spadają ceny ogniw. W roku 1970 cena 1 kWh energii z paneli słonecznych wynosiła 8$, w roku 2001 było to już 40 centów.




Jest to jednak wciąż jedno z najdroższych źródeł energii. Poziom kosztu paliw kopalnych to obecnie około 5 centów za kilowatogodzinę. Do momentu zbliżenia się do tego poziomu ogniwa słoneczne nie będą postrzegana jako atrakcyjnie ekonomicznie alternatywa energetyczna. Szacuje się, że ogniwa słoneczne staną się ekonomicznie konkurencyjne w energetyce pomiędzy 2020 i 2040 rokiem i od tego czasu zacznie się ich intensywny wzrost jako źródła energii na skalę przemysłową. Cena energii słonecznej spada szybko, ale wiele zależy od wolumenu produkcji, postępu technologicznego, dofinansowania rządowego i wprowadzenia podnoszącego koszt „brudnej” elektryczności podatku węglowego

Może się okazać, że postęp będzie tu szybszy. Najprostszym rozwiązaniem są efektywniejsze sposoby użycia materiałów fotowoltaicznych, np. zainstalowanie systemu zwierciadeł obrotowych, które nastawiają się automatycznie, tak aby skupić światło na małych panelach słonecznych i w ten sposób wykorzystać jak najwięcej energii słonecznej przy niskim koszcie samych paneli. Duże nadzieje wiąże się też z ogniwami polimerowymi, które w przyszłości mają być dużo tańsze od ogniw krzemowych, a ich produkcja ma być mniej skomplikowana.

Energię słoneczną można wykorzystać nie tylko do bezpośredniej produkcji prądu, ale także metodami fototermicznymi, czyli przez jej zamianę na ciepło:

  • Pasywna konwersja fototermiczna. Energię słoneczną można wykorzystać do zwykłego ogrzania wody przepływającej przez specjalny system rur. Ten sposób wykorzystywania energii nie nadaje się do instalacji masowych, ale jest używany w gospodarstwach do ogrzewanie budynków, dostarczania ciepłej wody czy napędu pomp.
  • Aktywna konwersja fototermiczna. Szereg luster kieruje promienie w jedno miejsce. Przy wielkich komercyjnych urządzeniach udało się osiągnąć temperaturę rzędu bliską 4000°C. Wytworzona temperatura użyta jest do podgrzania specjalnych roztworów (sód, lit, azotan potasu). Te z kolei parują i wprawiają w ruch turbinę, która wytwarza energię elektryczną.

Aktywna konwersja fototermiczna: silnik Sterlinga. Taki silnik przetwarza energię cieplną w energię mechaniczną, jednak bez procesu wewnętrznego spalania paliwa, a na skutek dostarczania ciepła z zewnątrz, np. ze skierowanego na Słońce zwierciadła. Energia mechaniczna jest następnie zamieniana na energię elektryczną.
http://www.stirling.fc.pl/ http://pl.wikipedia.org/wiki/Silnik_Stirlinga

Jeszcze innym sposobem wykorzystania energii słonecznej jest pozyskanie wodoru w fotokatalitycznym rozkładzie wody, czyli tzw. konwersja fotochemiczna. Pod wpływem energii słonecznej woda rozkłada się na tlen i wodór, który z kolei jest gromadzony, a następnie wykorzystywany jako paliwo. Spalając się z tlenem wodór zamienia się w parę wodną, która jako produkt spalania gwarantuje ekologiczną czystość procesu.
Wbrew pozorom warunki Polskie (1 600h nasłonecznienia wciągu roku), nie przeszkadzają wcale w efektywnym wykorzystaniu promieniowania słonecznego. Fotoogniwa mogą bowiem absorbować także światło rozproszone – czyli występujące przy zachmurzonym niebie.

Więcej na temat energetyki słonecznej możesz się dowiedzieć na stronach:
http://www.sciaga.pl/tekst/35948-36-energia_sloneczna
http://www.fizyka.net.pl/index.html?menu_file=aktualnosci%2Fm_aktualnosci.html&former_url=
http%3A%2F%2Fwww.fizyka.net.pl%2Faktualnosci%2Faktualnosci_t3.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_plants_in_the_Mojave_Desert
http://pl.wikipedia.org/wiki/Energetyka_s%C5%82oneczna
http://energia.biz.pl/energia-odnawialna-sloneczna/
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/
http://www.nrel.gov/
http://earthobservatory.nasa.gov/Study/RenewableEnergy/
http://earthobservatory.nasa.gov/Study/RenewableEnergy/renewable_energy2.html
http://wideo.gazeta.pl/wideo/0,0,4024026.html