Riječ "energija" znači sposobnost obavljanja rada. Potreba za energijom u svijetu raste do vrlo visokih dimenzija zbog prirodnog rasta i korištenja nove tehnologije. Izvori zapaljivih goriva o kojima ovisimo, poput ugljena, plina i nafte, ograničeni su. Povećano sagorijevanje goriva izaziva zabrinutost zbog globalnog zatopljenja i onečišćenja zraka . Zbog prevelike energetske ovisnosti o fosilnim gorivima , kojih je sve manje, potrebno je pronaći alternativne izvore energije, a jedan od njih je sunce .
Solarna energija je zračenje svjetlosti i topline od sunca koja se iskorištava pomoću niza tehnologija koje se stalno razvijaju kao što su solarno grijanje, solarna toplinska energija, solarna arhitektura i umjetna fotosinteza.
Također je bitan izvor obnovljive energije, a njegove tehnologije se općenito karakteriziraju kao pasivna ili aktivna solarna energija, ovisno o tome kako hvataju i distribuiraju sunčevu energiju ili je pretvaraju u solarnu energiju.
Ciljevi učenja
Do kraja ove lekcije trebali biste moći:
Sunce je izuzetno moćan izvor energije, a sunčeva svjetlost daleko najveći izvor energije koju prima Zemlja. Sunčevo zračenje ili sunčeva svjetlost koja dopire do tla sastoji se od gotovo 50 posto vidljive svjetlosti, 45 posto infracrvenog zračenja i manjih količina ultraljubičastog i drugih oblika elektromagnetskog zračenja. Solarna energija je jednostavno svjetlost i toplina koje dolaze od sunca. Solarna energija je najčišći i najobilniji obnovljivi izvor energije koji je dostupan.
Oblici sunčeve energije
Kao što je gore prikazano, solarni panel je odgovoran za prikupljanje sunčeve svjetlosti ili sunčevog zračenja i pretvaranje u električnu energiju. Solarni regulator punjenja regulira protok struje od solarne ploče do baterije. Kontroler prati napon baterije i smanjuje struju kada je baterija potpuno napunjena. Baterija sprema energiju za kasniju upotrebu. Inverter pretvara istosmjernu struju (koju generiše solarna energija) u izmjeničnu struju (koja se koristi u električnoj mreži). Mjerilo mjeri količinu energije koju koriste kućanski uređaji poput hladnjaka, žarulja i televizora.
Solarna energija može biti u bilo kojem od sljedećih oblika;
Sunčevo zračenje može se pretvoriti u toplinsku ili električnu energiju .
Termalna energija
Najčešći uređaji koji se koriste za prikupljanje sunčeve energije i njezino pretvaranje u toplinsku energiju su ravni kolektori koji se koriste za solarno grijanje. Zbog malog intenziteta sunčevog zračenja na Zemljinoj površini, ovi kolektori moraju biti velike površine. Na primjer, kolektor mora imati površinu od oko 40 četvornih metara (430 četvornih stopa) da prikupi dovoljno energije za jednu osobu.
Najčešće korišteni pločasti kolektori sastoje se od pocrnjene metalne ploče, prekrivene jednom ili dvije staklene ploče, koja se zagrijava sunčevom svjetlošću koja pada na nju. Toplina sunčeve svjetlosti zatim se prenosi na zrak ili vodu, zvane tekućine nosači, koji teku pokraj stražnje strane ploče. Ta se toplina može koristiti izravno ili se može prenijeti na drugi medij za skladištenje. Skladištenje topline za korištenje noću ili za oblačnih dana postiže se korištenjem izoliranih spremnika za skladištenje vode zagrijane tijekom sunčanih razdoblja. Pločasti kolektori obično prenose tekućinu za prijenos topline na temperature u rasponu od 66 do 93 stupnja Celzijusa. Učinkovitost takvih kolektora kreće se od 20 do 80 posto, ovisno o izvedbi kolektora.
Druga metoda pretvorbe toplinske energije nalazi se u solarnim jezercima, koji su tijela slane vode dizajnirana za prikupljanje i skladištenje sunčeve energije. Toplina izvučena iz ovih jezera omogućuje proizvodnju kemikalija, hrane, tekstila, bazena i stoke. Solarni bazeni su prilično skupi za postavljanje i održavanje i općenito su ograničeni na topla ruralna područja.
Proizvodnja električne energije
Sunčevo zračenje može se pomoću solarnih ćelija pretvoriti izravno u električnu energiju. U takvim ćelijama, mali električni napon se stvara kada svjetlost pogodi spoj između metala i poluvodiča (kao što je silicij) ili spoj između dva poluvodiča. Snaga koju stvara jedna fotonaponska ćelija je oko dva vata. Energetska učinkovitost većine današnjih fotonaponskih ćelija je samo oko 15 do 20 posto, a budući da je intenzitet sunčevog zračenja nizak, za početak su potrebni veliki i skupi sklopovi takvih ćelija za proizvodnju čak i umjerene količine energije.
Veće jedinice fotonaponskih ćelija korištene su za napajanje pumpi za vodu i komunikacijskih sustava u udaljenim područjima i komunikacijskih satelita.
Klasične panele od kristalnog silicija i nove tehnologije koje koriste tankoslojne solarne ćelije, uključujući fotonaponske sustave integrirane u zgrade, mogu instalirati vlasnici tvrtki i kuća na svojim krovovima kako bi zamijenili konvencionalno napajanje električnom energijom.
Koncentrirane solarne elektrane koriste koncentrirajuće ili fokusirajuće kolektore za koncentriranje sunčeve svjetlosti primljene sa širokog područja u mali zacrnjeni prijemnik, čime se znatno povećava intenzitet svjetlosti kako bi se proizvele više temperature. Nizovi pažljivo poravnatih zrcala ili leća mogu fokusirati dovoljno sunčeve svjetlosti da zagriju ciljanu temperaturu od 2000 stupnjeva Celzija ili više. Ta se toplina zatim može koristiti za rad kotla, koji zauzvrat proizvodi paru za električnu elektranu s parnom turbinom. Za izravnu proizvodnju pare, pomična zrcala mogu se postaviti tako da koncentriraju velike količine sunčevog zračenja na pocrnjele cijevi kroz koje voda cirkulira i time se zagrijava.
Ostale aplikacije
Sunčeva energija se koristi za proizvodnju soli iz morske vode isparavanjem. Jedinice za desalinizaciju na solarni pogon pretvaraju slanu vodu u vodu za piće pretvaranjem Sunčeve energije u toplinu, izravno ili neizravno, kako bi pokrenule proces desalinizacije.
Solarna tehnologija također se pojavila za čistu i obnovljivu proizvodnju vodika kao alternativnog izvora energije.
Čimbenici koji utječu na performanse solarnog elektroenergetskog sustava
1. Promjena vremena
Kako izloženost toplini može prerano smanjiti dnevnu proizvodnju solarnih ćelija, visoke temperature dovode do pada napona i pada ukupne snage. Solarne ćelije rade bolje u hladnim nego u vrućim klimama. Stoga porast temperature iznad 25 stupnjeva Celzijusa dovodi do pada proizvodnje solarnih panela.
2. Sjenčanje
Kada sjena padne čak i na mali dio solarne ploče, struja kroz cijeli niz se smanjuje. Osjenčane ćelije utječu na strujni tok cijelog solarnog sustava.
3. Orijentacija krova
Kut nagiba solarnih panela treba aktivno podešavati u skladu s promjenama godišnjih doba, zemljopisne širine i dužine te sunčanih sati.
4. Čistoća solarne ploče
Čistoća površine solarne ploče izravno je povezana s pretvorbom fotoelektrične energije. Pješčane oluje, zagađeni okoliši i oborine nekoliko su čimbenika koji mogu igrati ulogu u smanjenju učinkovitosti solarnih modula.
Prednosti i nedostaci solarne energije
Prednosti solarne energije su;
Nedostaci solarne energije uključuju;
Sažetak
