Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki

Inżynieria bezbieczeństwa.

TEMAT: Energia słoneczna.

Ewa Grzech

Aneta Różycka

Słońce.

Słońce, jedna z miliarda gwiazd, jest źródłem energii wszystkich znanych istot żyjących na Ziemi.
Energia tej gwiazdy docierająca na Ziemię w ciągu 40 minut pokryłaby całoroczne zapotrzebowanie człowieka na nią. Jest ona najbezpieczniejszym źródłem energii z dotychczas poznanych i istniejących.
Dlatego ludzie coraz częściej starają się wykorzystywać energię słoneczną.
Wykorzystywanie energii słonecznej, to także ochrona środowiska.
Zmniejszamy zużycie ropy naftowej i innych niekorzystnych dla środowiska źródeł energii

Paliwa naturalne, takie jak węgiel i ropa naftowa, eksploatowane nadal w takim samym tempie jak obecnie wyczerpią się w przyszłym stuleciu. Elektrownie jądrowe, które wydawały się być dobrą alternatywą są dość ryzykowne, jak pokazała katastrofa w Czarnobylu (Ukraina) w 1986 r. Ze wszystkich źródeł energii, energia słoneczna jest najbezpieczniejsza.

Promieniowanie słoneczne.

• Już 400 lat p.n.e., Grecy wykorzystywali promienie słoneczne, skupione w szklanej kuli wypełnionej wodą, do rozniecania ognia.

• Chińczycy 200 lat p.n.e., wykorzystywali zakrzywione zwierciadła do skupienia promieni słonecznych.

• Około 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijanie przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50% energii dociera do powierzchni.

• Wiele pożarów w gorących regionach Ziemi jest wywołane przez ogniskowanie promieni słonecznych w porannej rosie.

• W nowoczesnych kuchenkach słonecznych skupiane promienie służą do podgrzewania żywności. Zakrzywiony koncentrator ogniskuje promienie słoneczne na produktach. Niektóre kuchenki, zamiast zakrzywionego zwierciadła, wykorzystują płaskie reflektory, ustawione pod odpowiednim kątem.

• Podobna technika jest stosowana w piecach przemysłowych. W Mount Louis, we Francji wielopiętrowa konstrukcja małych reflektorów, odpowiednio ustawionych, tworzy gigantyczne, zakrzywione zwierciadło. W punkcie skupienia uzyskuje się temperaturę do 3000 st. C- właściwą do obróbki wielu metali.

Wykorzystanie energii słonecznej.

Energię promieniowania słonecznego można wykorzystywać na dwa podstawowe sposoby:

• zamieniać ją bezpośrednio w energie elektryczną w ogniwach fotowoltanicznych (konwersja fotowoltaniczna),

• zamieniać ją w ciepło, które z kolei może być wykorzystane np. do ogrzewania wody użytkowej, lub w elektrowniach słonecznych do wytwarzanie energii elektrycznej.

Energię słoneczną w postaci bezpośredniej wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej przy pomocy fotoogniw - energia fotowoltaiczna, oraz do produkcji energii cieplnej. Ogniwa fotoelektryczne, wykonane z półprzewodników na bazie krzemu charakteryzują się dużą niezawodnością i długą żywotnością. Są one jednak stosunkowo mało wydajne i bardzo kosztowne. Ich podstawową wadą jest wysokie zapotrzebowanie na powierzchnię instalacyjną. Energia wytwarzana przez takie ogniwa jest w tej chwili kilka razy droższa od energii wytwarzanej w konwencjonalny sposób. Wykorzystuje się je
w elektrowniach słonecznych, w małych zegarkach i kalkulatorach, a przede wszystkim
w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.
Metody wykorzystywania energii słonecznej znane były już w starożytności i polegały na samoczynnym ruchu ciepła w budynkach, poprzez odpowiednie umieszczenie okien, ścian, otworów wentylacyjnych. W ten sposób energia słońca była magazynowana do ogrzewania pomieszczeń w nocy. Również współcześnie poszukuje się wydajnej metody pozwalającej
w ekologiczny sposób ogrzewać domy, a jednocześnie gwarantującej niskie koszty jej utrzymania. Najpopularniejszym i najtańszym urządzeniem jest obecnie kolektor słoneczny.

Zastosowanie:

Ogrzewanie domów.

Wszystkie domy są ogrzewane przez słońce , ale tylko niektóre są skonstruowane w taki sposób, aby uzyskać jak najwięcej energii cieplnej. Umożliwia to znaczną redukcję zapotrzebowania energii. W takich domach duże okna projektuje się od strony najbardziej nasłonecznionej, a małe od przeciwnej. W niektórych rozwiązaniach stosuje się zasłony izolujące ciepło, które zamykane na noc nie pozwalają na ucieczkę ciepła nagromadzonego w dzień. Takie rozwiązanie jest tzw. systemem pasywnym.

Baterie słoneczne.

Są to urządzenia elektroniczne, które wykorzystują zjawisko fotowoltaiczne do zmiany światła na prąd elektryczny. Każde małe ogniwo wytwarza mały prąd, ale duża liczba ogniw wzajemnie połączonych jest w stanie wytworzyć prąd o użytecznej mocy. Ogniwa są zbudowane z cienkich warstw półprzewodników, zwykle z krzemów. Często wykorzystuje się arszenik galu, ponieważ pozwala na pracę ogniw o wysokich temperaturach. Jest to istotne w zastosowaniach w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.

Ogniwa słoneczne.

Ogniwa słoneczne były wykorzystywane w komunikacji satelitarnej od lat 60. Najnowsza technologia ogniw fotowoltaicznych ma być zastosowana w stacji kosmicznej Freedom konstruowanej w Stanach Zjednoczonych. Ma być ona wyposażona w 8 skrzydeł fotowoltaicznych, które umożliwiają wytworzenie energii elektrycznej o mocy 75 kW. Możliwe, że w następnym stuleciu, dzięki projektowi amerykańskiego inżyniera dr Petera Glasera będziemy korzystać z energii dostarczanej z przestrzeni kosmicznej

Energię słoneczną używa się do ogrzewania domów mieszkalnych. Do ładowania akumulatorów, co umożliwia korzystanie z energii elektrycznej również w nocy
- energia słoneczna ma miejsce w bardzo szerokim zakresie w zasilaniu urządzeń codziennego użytku, takich jak: radia, telewizory, kalkulatory, zegarki, lampy błyskowe, aparaty fotograficzne, kosiarki do trawy, a nawet tablice informacyjne, lampy ostrzegawcze i znaki drogowe nad autostradą, reklamy, instalacje do nawadniania użytków rolnych, zasilacze akumulatorów samochodowych, instalacje do odsalania wody morskiej i inne.
-Kolejnym przykładem jest zastosowanie ogniw słonecznych jako źródła wspomagania oświetlenia stadionu olimpijskiego w Sydney.

Wady i zalety energii słonecznej:

Zalety:

• nieograniczone zasoby energii,

• wszechobecność jej dostępu,

• najmniejszy ujemny wpływ na
  środowisko i brak emisji szkodliwych substancji,

• możliwość bezpośredniej konwersji
  na inne formy energii,

• Mniejsze zużycie paliw naturalnych,

• łatwy montaż kolektorów.

Wady:

• Wyprodukowanie jednego ogniwa jest drogie,

• Długi proces produkcji,

• 25-letnie (krótkotrwałe) działanie ogniwa,

• Brak możliwości kumulacji energii,

• Skumulowany proces wytworzenia,

• Duże uzależnienie od promieniowania, pogody i pory roku.