La parola "energia" significa la capacità di fare lavoro. Il bisogno di energia nel mondo aumenta a dimensioni molto elevate a causa della crescita naturale e dell'uso di nuove tecnologie. La fonte dei combustibili combustibili da cui dipendiamo, come carbone, gas e petrolio, è limitata. L'aumento della combustione di combustibili solleva preoccupazioni per il riscaldamento globale e l'inquinamento atmosferico . A causa dell'eccessiva dipendenza dei combustibili fossili per l'energia, si stanno esaurendo, è necessario trovare fonti energetiche alternative e una fonte alternativa è il sole .
L'energia solare è la luce radiante e il calore del sole che viene sfruttato utilizzando una gamma di tecnologie in continua evoluzione come il riscaldamento solare, l'energia solare termica, l'architettura solare e la fotosintesi artificiale.
È anche una fonte essenziale di energia rinnovabile e le sue tecnologie sono ampiamente caratterizzate come solare passivo o solare attivo a seconda di come catturano e distribuiscono l'energia solare o la convertono in energia solare.
Obiettivi formativi
Alla fine di questa lezione, dovresti essere in grado di:
Il sole è una fonte di energia estremamente potente e la luce solare è di gran lunga la più grande fonte di energia ricevuta dalla Terra. La radiazione solare o luce solare che raggiunge il suolo è costituita da quasi il 50 percento di luce visibile, il 45 percento di radiazione infrarossa e quantità minori di ultravioletti e altre forme di radiazione elettromagnetica. L'energia solare è semplicemente la luce e il calore che provengono dal sole. L'energia solare è la fonte di energia rinnovabile più pulita e più abbondante disponibile.
Forme di energia solare
Come illustrato sopra, il pannello solare è responsabile della raccolta della luce solare o della radiazione solare e della conversione in energia elettrica. Il regolatore di carica solare regola il flusso di corrente dal pannello solare alla batteria. Il controller monitora la tensione della batteria e riduce la corrente quando la batteria è completamente carica. La batteria immagazzina energia per un uso successivo. Un inverter converte la corrente continua (generata dal sole) in corrente alternata (utilizzata nella rete elettrica). Il contatore misura la quantità di energia utilizzata da elettrodomestici come frigoriferi, lampadine e televisori.
L'energia solare può essere in una delle seguenti forme;
La radiazione solare può essere convertita sia in energia termica che in energia elettrica .
Energia termica
I dispositivi più comuni utilizzati per catturare l'energia solare e convertirla in energia termica sono i collettori piani, utilizzati per applicazioni di riscaldamento solare. A causa della bassa intensità della radiazione solare sulla superficie terrestre, questi collettori devono avere un'area ampia. Ad esempio, un collettore deve avere una superficie di circa 40 metri quadrati (430 piedi quadrati) per raccogliere abbastanza energia necessaria per una persona.
I collettori piani più utilizzati sono costituiti da una lastra metallica annerita, ricoperta da una o due lastre di vetro, che viene riscaldata dalla luce solare che vi cade sopra. Il calore della luce solare viene quindi trasferito all'aria o all'acqua, chiamati fluidi vettore, che scorrono oltre la parte posteriore della piastra. Questo calore può essere utilizzato direttamente o può essere trasferito su un altro mezzo di immagazzinamento. L'immagazzinamento del calore per l'utilizzo notturno o nelle giornate nuvolose viene realizzato utilizzando serbatoi coibentati per immagazzinare l'acqua riscaldata durante i periodi di sole. I collettori a piastre piane tipicamente riscaldano il fluido vettore a temperature comprese tra 66 e 93 gradi Celsius. L'efficienza di tali collettori varia dal 20 all'80 percento, a seconda del design del collettore.
Un altro metodo di conversione dell'energia termica si trova negli stagni solari, corpi di acqua salata progettati per raccogliere e immagazzinare l'energia solare. Il calore estratto da questi stagni consente la produzione di prodotti chimici, alimenti, tessuti, piscine e bestiame. Gli stagni solari sono abbastanza costosi da installare e mantenere e sono generalmente limitati alle zone rurali calde.
Generazione di elettricità
La radiazione solare può essere convertita direttamente in elettricità dalle celle solari. In tali celle, viene generata una piccola tensione elettrica quando la luce colpisce la giunzione tra un metallo e un semiconduttore (come il silicio) o la giunzione tra due semiconduttori. La potenza generata da una singola cella fotovoltaica è di circa due watt. L'efficienza energetica della maggior parte delle celle fotovoltaiche odierne è solo del 15-20% circa e poiché l'intensità della radiazione solare è bassa, per cominciare sono necessari grandi e costosi gruppi di tali celle per produrre anche quantità moderate di energia.
Unità più grandi di celle fotovoltaiche sono state utilizzate per fornire energia alle pompe dell'acqua e ai sistemi di comunicazione in aree remote e ai satelliti di comunicazione.
I classici pannelli in silicio cristallino e le tecnologie emergenti che utilizzano celle solari a film sottile, incluso il fotovoltaico integrato negli edifici, possono essere installati dai proprietari di aziende e proprietari di case sui loro tetti per sostituire la fornitura elettrica convenzionale.
Le centrali solari a concentrazione impiegano collettori di concentrazione o focalizzazione per concentrare la luce solare ricevuta da un'ampia area in un piccolo ricevitore annerito, aumentando così notevolmente l'intensità della luce per produrre temperature più elevate. Gli array di specchi o lenti accuratamente allineati possono focalizzare abbastanza luce solare per riscaldare una temperatura target di 2.000 gradi Celsius o più. Questo calore può quindi essere utilizzato per far funzionare una caldaia, che a sua volta genera vapore per una centrale elettrica a turbina a vapore. Per la produzione diretta di vapore, gli specchi mobili possono essere disposti in modo da concentrare grandi quantità di radiazione solare su tubi anneriti attraverso i quali l'acqua viene fatta circolare e quindi riscaldata.
Altre applicazioni
L'energia solare viene utilizzata per produrre sale dall'acqua di mare per evaporazione. Le unità di desalinizzazione a energia solare trasformano l'acqua salata in acqua potabile convertendo l'energia del sole in calore, direttamente o indirettamente, per guidare il processo di desalinizzazione.
La tecnologia solare è emersa anche per la produzione pulita e rinnovabile di idrogeno come fonte di energia alternativa.
Fattori che influenzano le prestazioni del sistema di energia solare
1. Cambiamento del tempo
Poiché l'esposizione al calore può degradare prematuramente la produzione giornaliera delle celle solari, le alte temperature portano a un calo della tensione e della potenza complessiva. Le celle solari funzionano meglio nei climi freddi piuttosto che in quelli caldi. Pertanto, un aumento della temperatura superiore a 25 gradi Celsius porta al decadimento della potenza del pannello solare.
2. Ombreggiatura
Quando l'ombra cade anche su una piccola parte del pannello solare, la corrente attraverso l'intera stringa si riduce. Le celle ombreggiate influenzano il flusso di corrente dell'intero sistema di energia solare.
3. Orientamento del tetto
L'angolo di inclinazione dei pannelli solari deve essere regolato attivamente in base ai cambiamenti di stagione, latitudine e longitudine e ore di sole.
4. Pulizia del pannello solare
La pulizia della superficie del pannello solare è direttamente collegata alla conversione di energia fotoelettrica. Tempeste di sabbia, ambienti inquinati e precipitazioni sono alcuni fattori che possono svolgere un ruolo nella riduzione dell'efficienza dei moduli solari.
Vantaggi e svantaggi dell'energia solare
I vantaggi dell'energia solare sono;
Gli svantaggi dell'energia solare includono;
Riepilogo
