Fot. SANYO
Moc promieniowania słonecznego docierającego do zewnętrznej warstwy atmosfery wynosi około 1400 W/m2/min i jest nazywana stałą słoneczną.
Około 28% tej energii jest odbijana od atmosfery, pozostała część podgrzewa atmosferę, a także jest pochłaniana przez rośliny, które energię słoneczną zamieniają na energię biomasy. Pozostaje jednak jeszcze znaczna część energii, którą można wykorzystać do produkcji energii cieplnej lub elektrycznej.
Proces przetwarzania energii promieniowania słonecznego w inne rodzaje energii nazywa się konwersją.
Istnieją trzy podstawowe rodzaje konwersji:
konwersja fotochemiczna
konwersja fototermiczna
konwersja fotowoltaiczna
Konwersja fotochemiczna zachodzi w roślinach podczas procesu fotosyntezy i prowadzi do przemiany energii promieniowania słonecznego w energię wiązań chemicznych. Dzięki procesom konwersji fotochemicznej istnieje nieprzerwana produkcja biomasy, która może być w dalszych procesach przekształcona w energię cieplną lub elektryczną.
W procesie konwersji fototermicznej energia słoneczna przetwarzana jest w energię cieplną. Proces ten wykorzystuje się do produkcji ciepła w kolektorach słonecznych. Istnieją dwa typy instalacji słonecznych: tzw. systemy pasywne i aktywne.
W obydwóch rodzajach instalacji przetworzenie energii słonecznej w energię cieplną odbywa się w części kolektora zwanej absorberem. W instalacjach pasywnych absorbery są zwykle strukturalną częścią budynków, a ciepło wytworzone w procesie konwersji jest zużywane bezpośrednio do ogrzewania pomieszczeń.
W systemach aktywnych ciepło oddawane jest do instalacji, a następnie transportowane jest na dalsze odległości za pomocą tzw. czynnika roboczego, którym zwykle jest woda lub powietrze. W systemach takich dostarcza się pewną ilość energii z zewnątrz, aby umożliwić pracę pompy lub wentylatora przetłaczającego czynnik roboczy.
Trzecim typem konwersji jest konwersja fotowoltaiczna.
W procesie tym energia słoneczna przetwarzana jest w energię elektryczną w specjalnych przyrządach wykonanych z półprzewodników i zwanych ogniwami fotowoltaicznymi. Półprzewodniki wykonane są zwykle z krzemu, czasami wykorzystuje się także arsenek galu, ponieważ pozwala na pracę ogniw w wysokich temperaturach. Gdy światło słoneczne pada na ogniwo fotony wybijają elektrony w półprzewodnikach. Przemieszczające się elektrony powodują powstawanie napięcia elektrycznego, czyli prądu.
Chociaż występowanie efektu fotowoltaicznego zaobserwować można także w innych materiałach, to tylko w ogniwach jest on na tyle duży, że może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej.
W Polsce udział energii promieniowania słonecznego w krajowym bilansie energetycznym jest praktycznie pomijalny. Wynika to między innymi z warunków meteorologicznych panujących w kraju, a przede wszystkim z bardzo nierównego rozkładu promieniowania w ciągu roku. Około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego (Ministerstwo Środowiska, 2000), natomiast w miesiącach jesienno-zimowych, czyli w sezonie grzewczym, nasłonecznienie jest na tyle niskie, że kolektory słoneczne mogłyby nie spełnić swojej funkcji.
W kilku regionach kraju stosuje się jednak kolektory słoneczne, zwłaszcza instalacje aktywne cieczowe i powietrzne. Kolektory powietrzne mają najczęściej zastosowanie w rolnictwie do suszenia płodów rolnych. Szacuje się, że istnieje około 50–60 takich instalacji na terenie całego kraju, o łącznej powierzchni kolektorów 6000 m2 (Ministerstwo Środowiska, 2000). Są one wykorzystywane przez 300–600 godzin rocznie (Ministerstwo Środowiska, 2000). Kolektory cieczowe stosuje się przede wszystkim do podgrzewania wody w mieszkaniach, domkach kempingowych, obiektach sportowych i rekreacyjnych, zbiornikach wodnych oraz wody technologicznej w małych zakładach przemysłowych.
W roku 2002 łączna powierzchnia kolektorów termicznych zainstalowanych w Polsce wynosiła 40 000 m2 (IEO, 2004). Ogniwa fotowoltaiczne nie są jeszcze w naszym kraju popularne, według danych Instytutu Energetyki Odnawialnej w 2002 roku było około 240 takich instalacji o łącznej mocy około 77 kW (IEO, 2004a).
źródło www.esis.org.pl
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
więcej informacji: Świat Szkła 9/2010
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
