Energetyka słoneczna

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 znacznie więcej, niż potrzeba.

"Stawiam swoje pieniądze na energię słoneczną. Mam nadzieję, że nie będziemy z tym".

T.A. Edison, 1931

Energia słoneczna ma szereg zalet:

  • powszechna dostępność;
  • brak negatywnych konsekwencji dla środowiska podczas eksploatacji;
  • instalacje PV nie starzeją się, po 20 latach pracy praktycznie nie obserwuje się spadku mocy;
  • minimalny koszt eksploatacji;
  • w instalacjach przydomowych oznacza ona zmniejszone uzależnienie od dostawców energii.

Energię słoneczną możemy wykorzystywać na mnóstwo sposobów, zarówno do ogrzewania, jak i do produkcji prądu:

  • 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.
  • Konwersja fotowoltaiczna. Technologia ogniw słonecznych pozwala na przetwarzanie promieniowania słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną. Obecnie ogniwa fotowoltaiczne wykonuje się głównie z półprzewodników na bazie krzemu. Charakteryzują się one długą żywotnością oraz niezawodnością. Nawet ogniwa zainstalowane 20 lat temu nie wykazują zwykle znaczącego spadku mocy, produkując ponad 90% pierwotnie wytwarzanej energii. Ogniwa słoneczne najlepiej sprawdzają się w warunkach dużego nasłonecznienia, na przykład na pustyniach, gdzie teren i tak jest niewykorzystywany. Aby wyprodukować energię dla całego świata, wystarczyłoby zająć teren oznaczony na mapie czarnymi kropkami.

   Elektrownie słoneczne

Rys. Mapa pokazuje, ile watów energii dociera średnio na 1m2. Gdyby na obszarach zaznaczonych czarnymi kropkami zbudować elektrownie oparte na dostępnych ogniwach, pozwoliłoby to w pełni zaspokoić potrzeby energetyczne świata.

Jak na razie energia słoneczna jest marginalnym źródłem energii, ale odnotowuje się bardzo szybki przyrost mocy produkowanych ogniw słonecznych. Do roku 2006 było to 30% rocznie, w 2007 roku, na fali wzrastających cen paliw kopalnych, moc zainstalowanych paneli słonecznych skoczyła nawet o 60%.

 Energia słoneczna

Największą moc elektrowni słonecznych na świecie mają Niemcy, których warunki pogodowe są porównywalne z polskimi. Sprzyja temu polityka podatkowa, szczególnie wysokie gwarantowane ceny zakupu energii produkowanej ze źródeł odnawialnych. Moc zainstalowanych w Niemczech elektrowni fotowoltaicznych wzrosła ze 100 MW w roku 2000 do 4150 MW w roku 2007 (porównywalne z mocą największej polskiej elektrowni w Bełchatowie). W 2007 roku w Niemczech ogniwa fotowoltaiczne wyprodukowały 3.5 TWh prądu (czyli 0,6% z całkowitych 636 TWh). Polska produkuje 159 TWh prądu rocznie, czyli niemieckie ogniwa dałyby nam 2,2% całkowitej produkcji energii elektrycznej).

Wraz z postępem technologii i wzrostem wolumenu produkcji spadają ceny ogniw. W roku 1970 cena 1 kWh energii z paneli słonecznych wynosiła 8 dolarów, w roku 2001 było to już 40 centów, a w 2007 cena spadła do poziomu 20-25 centów.

  Koszt

Obecnie jest to źródło energii 2-3 krotnie droższe od paliw kopalnych, jednak szacuje się, że ogniwa słoneczne staną się ekonomicznie konkurencyjne w energetyce po 2020 roku i od tego czasu zacznie się ich intensywny wzrost jako źródła energii na skalę przemysłową.
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.

  • Aktywna konwersja fototermiczna. Lustra skupiają energię słoneczną podgrzewając specjalne roztwory (sód, lit, azotan potasu). Te z kolei parują i wprawiają w ruch turbinę, która wytwarza energię elektryczną. Oprócz produkcji prądu możliwa jest kogeneracja, czyli wykorzystanie powstającego ciepła, np. do ogrzewania mieszkań. Konstrukcja takich elektrowni jest prosta, czysta i bezpieczna w użytkowaniu, i nie wymaga zaawansowanych technologii. Elementy do takiej elektrowni mogą być produkowane masowo, umożliwiając szybkie zwiększanie zainstalowanej mocy. Sporą zaletą tego typu elektrowni jest możliwość pracy nawet bez światła - ciepło może być gromadzone, a następnie wykorzystywane do produkcji prądu przez kilka godzin.

  Elektrownie słoneczne

Rys. Elektrownia słoneczna. Źródło: National Renewable Energy Laboratory .

Elektrownie słoneczne najlepiej sprawdzają się w warunkach dużego nasłonecznienia, na przykład na pustyniach, gdzie teren i tak jest niewykorzystywany. Aby wyprodukować energię dla całego świata, wystarczyłoby zająć na Saharze teren o rozmiarze 250 x 250 kilometrów.

  Energetyka słoneczna

Rys. Obszar zajmowany przez elektrownie fototermiczne, zaspokajające potrzeby świata i UE.

Koszt kilowatogodziny prądu z takich elektrowni wynosi dziś 13-17 centów (czyli jest 30-70% wyższy, niż dla elektrowni węglowych), jednak szybko maleje - przewiduje się, że do 2015 roku może spaść do 10 centów - poziomu energii z paliw kopalnych, a do 2020, w przypadku dobrze zlokalizowanych elektrowni, nawet do 5 centów (połowy ceny energii z węgla). US Department of Energy szacuje, że do 2030 w USA zainstalowana moc wzrośnie do 35 GW (10% aktualnej mocy pracujących w USA elektrowni węglowych).

Główną wadą energii słonecznej jest jej sezonowość. W nocy produkcja energii ustaje, nawet na pustyni może się zdarzyć pochmurny dzień lub trwająca kilka dni burza piaskowa, podczas której praca elektrowni w ogóle byłaby wstrzymana. Rozwiązaniem może być gromadzenie energii, np. w akumulatorach, elektrowniach szczytowo - pompowych, w formie ciepła lub produkowanego w procesie elektrolizy wodoru. Wszystkie te metody mają jednak swoje słabości i problem gromadzenia energii z elektrowni słonecznych wciąż nie doczekał się powszechnego, efektywnego i taniego rozwiązania.

Dobrym rozwiązaniem jest budowanie elektrowni słonecznych rozrzuconych po całym kontynencie, czy to Europie i Afryce Północnej, czy Ameryce, i sprzężenie ich w jeden system, także z innymi źródłami odnawialnymi. Nigdy nie dzieje się tak, że nie ma słońca na całym kontynencie. Kiedy w Hiszpanii są chmury, jest słonecznie w Turcji, na Sycylii lub w Tunezji - dzięki temu zawsze część elektrowni dostarcza energii. Do rozwiązania pozostaje oczywiście kwestia połączenia systemów energetycznych pomiędzy krajami.

    Energia odnawialna

Rys. Schemat zapewnienia Europie zdywersyfikowanych dostaw energii z różnych źródeł.

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. Wodór spalając się z tlenem zamienia się w parę wodną, która jako produkt spalania gwarantuje ekologiczną czystość procesu.

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

Wbrew pozorom warunki polskie (1600h nasłonecznienia wciągu roku) nie przeszkadzają wcale w efektywnym wykorzystaniu promieniowania słonecznego. Fotoogniwa mogą bowiem absorbować także światło rozproszone występujące przy zachmurzonym niebie. Liderem w rozwoju energetyki słonecznej są Niemcy leżące w tym samym klimacie co Polska i promujące rozwój energii słonecznej.

Czytaj więcej na temat energetyki słonecznej: Podstawowe wiadomości o energii słonecznej pl , Elektrownia słoneczna na Pustyni Mojave ang , Energetyka słoneczna pl , Odnawialna energia słoneczna pl , Fotowoltaiczne geograficzne systemy informatyczne ang , Zasoby energii odnawialnej ang , Fotowoltaika - ekoelektrownia pl .

Obecnie największe odnawialne źródło energii, z którego korzystamy na świecie to woda. Największy procent energii za pomocą hydroenergetyki produkują kraje posiadające sprzyjające warunki do tego. Przeczytaj w następnym artykule o sytuacji hydroenergetyki.

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto