Energia słoneczna jako alternatywne zródło energii


Portal finansowy IPO.pl
Energia słoneczna jako alternatywne zródło energii
Autor: Tomasz Gołab / IPO.pl
22.07.2009.
Kilka lat temu z uwagi na ich niedostateczną efektywność, wysokie koszty pozyskania, a przede
wszystkim dostępność i niską cenę ropy naftowej, alternatywne zródła energii nie były traktowane jako
główne zródło energii.
Obecnie jednak sytuacja odwróciła się diametralnie, ceny ropy poszybowały w górę, znacznie do przodu
poszła również technologia, pozwalająca w relatywnie tani, a przede wszystkim efektywny sposób
pozyskiwać energię w sposób inny, niż przetwarzanie ropy naftowej.
Czynnikiem, wydaje się, najbardziej determinującym rządy wielu państw, do poszukiwania alternatywy
dla ropy są jej kurczące się zasoby i konsekwencje tego zjawiska. Otóż tylko niewielki procent krajów jest
w posiadaniu ropy naftowej, nawet w takich ilościach by zaspokoić swe potrzeby. Nawet olbrzymie Stany
Zjednoczone Ameryki Północnej posiadają zasoby, które starczą na ok. 9 – 10 lat. Już teraz 50%
surowca w tym kraju, od którego uzależniona jest cała gospodarka pochodzi z importu, czy to z Bliskiego
Wschodu, czy Zatoki Meksykańskiej, czy Morza Północnego. Wszystkie potęgi militarne Świata, wszystkie
najsilniejsze gospodarki uzależnione są od eksporterów ropy naftowej. Taka sytuacja może zrodzić w
przyszłości wiele konfliktów, również zbrojnych, a jak powszechnie wiadomo czołgi też potrzebują ropy by
„walczyć”. Widać więc wyraznie, że uniezależnienie od ropy powinno stać się priorytetem
większości krajów świata. Ryzyko zwiększa dodatkowo fakt, że największe złoża naftowe, znajdują się
regionie Bliskiego Wschodu, czyli obszaru targanego ciągłymi konfliktami, w które
„zachód” nieustannie ingeruje by utrzymać kontrolę, przynajmniej częściową.
Wobec bardzo zmiennego kursu ropy naftowej i ewentualności wyczerpania jej zasobów, światowe
ośrodki badawcze i naukowe rozpoczęły badania w celu wynalezienia tańszej alternatywy. Z jednej strony
obniżone zostałyby w dłuższej perpektywie koszty (zarówno finansowe jak i zewnętrze - środowiskowe)
jak i niepewność związana z niestabilnymi kartelami energetycznymi.
Energia słoneczna
Słońce , nasza gwiazda, której Ziemia zawdzięcza wszystko, jest dla niej życiem, potrafi jednak
wyrządzać potworne szkody, o czym przekonujemy się pośrednio w wyniku efektu cieplarnianego. Było z
nami od zawsze, dając życiodajną energię większości żyjących organizmów. Jest to najpotężniejsze
zródło, praktycznie niewyczerpalnej energii jakie posiadamy, w dodatku energia ta jest całkowicie
darmowa, trzeba ją tylko wykorzystać. I tu pojawiają się pierwsze problemy, o ile bez problemu
potrafimy pozyskiwać energię słoneczną tak z jej magazynowaniem, mamy poważny problem . Obecnie
po prostu nie ma technologii pozwalającej na efektywne gromadzenie energii (znane dziś akumulatory nie
nadają się do magazynowania energii), naukowcy ciągle pracują nad nowymi sposobami i należy
przypuszczać, że najbliższe lata przyniosą zamierzony skutek.
Skąd jednak bierze się ta energia? Słońce osiąga na powierzchni temperaturę 5500 stopni Celsjusza,
wytwarza ono dzięki temu ogromne ilości energii która dociera do Ziemi w postaci promieniowania,
głownie podczerwonego oraz cieplnego, i w nieznacznym stopniu ultrafioletowego. W ciągu roku Słońce
dostarcza 4 * 10^24 dżula energii, która jest rozpraszana i absorbowana przez naszą atmosferę, w dużej
http://www.ipo.pl Kreator PDF Utworzono 9 March, 2011, 14:28
Portal finansowy IPO.pl
mierze przez ozon . Dzięki temu życie na naszej planecie jest możliwe. Dziura ozonowa , która znacznie
powiększyła się w ostatnich latach, jest właśnie dlatego tak niebezpieczna, że przez nią dostaje się na
Ziemię zbyt duża ilość promieniowania ultrafioletowego, które w dużych dawkach może być śmiertelne
dla człowieka – powoduje raka . Ilość energii docierającej do powierzchni Ziemi jest uzależniona,
w prostym tłumaczeniu od szerokości geograficznej. Idąc tym tokiem myślenia najwięcej jest w rejonach
pustynnych, czyli na pasach zwrotnikowych, a najmniej tam gdzie jest zimno.
Atmosfera w tych średnich szerokościach geograficznych, w słoneczny, bezchmurny dzień potrafi
zatrzymać ok. 30% promieni, a przy gęstym zachmurzeniu już tylko jeden procent dotrze bezpośrednio
do powierzchni. Jednak i w tym przypadku oddziaływanie słońca jest ogromne, gdyż występuje zjawisko
rozproszenia promieni słonecznych, które silnie oddziałują na nasze środowisko.
Średnio na metr kwadratowy powierzchni Słońce dostarcza 180W energii, jest to wartość uśredniona,
amplitudy dla całej planety są bardzo duże, a jej poziom jest głownie uzależniony, jak już wspomniałem
od szerokości geograficznej. W tych promieniach drzemie ogromny potencjał, naukowcy głoszą, iż jeśli
udało by się wykorzystać tylko 20% energii przez nią niesionej, obszar o powierzchni równej jednej
czwartej powierzchni Kalifornii, mógłby pokryć całość potrzeb energetycznych Stanów Zjednoczonych.
Inne wyliczenia wskazują, że dzisiejsze baterie słoneczne ustawione na powierzchni 500 tys. kilometrów
kwadratowych pustyni Sahara, przy efektywności zaledwie 10% pokryłby zapotrzebowanie na energię
elektryczną całej ludności.
Jak więc wykorzystać tą darmową elektrownię? Jest wiele sposobów, by je przedstawić, należy podzielić
energię słoneczną na energię niskiej jakości, z której każdy może skorzystać oraz wysokiej jakości.
Energia słoneczna niskiej jakości, pozwala na uzyskanie temperatur niższych niż 100 stopni Celsjusza i
może być z powodzeniem wykorzystywana w każdym gospodarstwie domowym. Najprostszym
przykładem, nie wymagającym żadnych nakładów finansowych jest okno. Okno które
„wychodzi” na południe. Dzięki czemu słońce przez dłuższy czas może nagrzewać szybę,
która stopniowa uwalnia energię do ogrzania pomieszczenia . Podobnie dzieje się ze ścianami dlatego
coraz częściej wykorzystywana jest ta technika przy projektowaniu budynków. Wykorzystuje się
materiały, które akumulują ciepło, a następnie stopniowo je oddają. Prosta metoda, która w znacznym
stopniu pozwala zaoszczędzić energię na ogrzanie pomieszczenia. Taką energię można wykorzystać na
wiele sposobów, choćby poprzez ogrzewanie zbiorników wodnych umieszczonych na dachu , czy
ogrzewanie rur przez które przepływa woda. Są to niezwykle proste sposoby, a ich poziom
zaawansowania technologicznego praktycznie żaden, niestety koszt instalacji odstrasza wielu
potencjalnych użytkowników. Oczywiście na dłuższą metę ma to wymierne korzyści finansowe, inwestycja
zwraca się po wielu latach. Nie jest to jednak rozwiązanie idealne dla klimatu umiarkowanego czy
zimnego, gdzie energia elektryczna najbardziej potrzebna jest zimą, a wtedy promieni słonecznych jest
najmniej. Nie zmienia to jednak faktu, że nawet w krajach wysoko położonych, jak Wielka Brytania czy
Niemcy, pozwoliłoby to na wytworzenie ok. 50% energii w ciagu roku, przy pomocy alternatywnych
zródeł. Niestety rządy nie zachęcają swoich obywateli do podejmowania takich działań, np. poprzez ulgi
podatkowe, a koszt takiej instalacji jest na tyle wysoki by skutecznie odstraszać nabywców.
Jak jednak wykorzystać energię słoneczną w celach przemysłowych? Odpowiedzią na to pytania jest
elektrownia słoneczna. Pierwsza taka elektrownia powstała w Kalifornii w okolicach Barstow, nosi nazwę
Solar One . Jest to prototypowa budowla składająca się z 2000 zwierciadeł, każde o powierzchni 2m^2,
które w ciągu dnia może dostarczyć 100MW mocy. Właściwa elektrownia powinna być dziesięciokrotnie
większa i zbudowana na obszarze pustynnym. Przede wszystkim z uwagi na nasłonecznienie i równie
ważny czynnik, tym razem ekonomiczny – cenę gruntów. Koszt budowy takiej elektrowni jest
ogromny, z uwagi na ogromną ilość zwierciadeł i układów sterowania. Elektrownia ta ma dość prosty
system działania, zwierciadła odbijające światło kierują je wprost na czubek wieży znajdujący się w
samym środku okręgu przez nie utworzonego . W wieży znajduje się ciecz (woda lub ciekły metal), która
w wyniku parowania bądz przenoszenia ciepła wprawia w ruch turbiny prądotwórcze. Obecnie wydajność
takich elektrowni jest niewielka i wynosi ok. 20%. Przy bardzo wysokich kosztach budowy, staje się ona
zupełnie nieopłacalna, jednak rosnące ceny ropy i postęp technologiczny sprawią zapewne, iż za
kilkadziesiąt lat pojawią się one masowo na naszym globie produkując zieloną energię.
http://www.ipo.pl Kreator PDF Utworzono 9 March, 2011, 14:28
Portal finansowy IPO.pl
Innym sposobem pozyskiwania energii są ogniwa fotoelektryczne, w których prąd wytwarzany jest w
wyniku reakcji promieni świetlnych z elektronami półprzewodników. Ogniwa fotoelektryczne są
powszechnie znane i stosowane na całym świecie, to te urządzenia, które często można zaobserwować na
dachach budynków. I tu jednak, największym problemem jest ich wydajność oraz koszt wytworzenia.
Najlepsze i najdroższe ogniwa osiągają wydajność rzędu 12 -15%, te tańsze, powszechnie stosowane już
tylko 4 – 6 %. Ich zaletą jest wykorzystywanie zarówno promieniowania bezpośredniego jaki
rozproszonego oraz bezpośrednie wytwarzanie prądu stałego, które bez problemu można zmienić w
zmienny. Możliwe jest również magazynowanie tej energii, co niewątpliwie jest dużą zaletą. Wady tych
urządzeń, nie pozwalają jednak na ich upowszechnienie. Szczególnie wydajność pozostawia wiele do
życzenia. Ogniowo o średnicy 7cm pozwala wytworzyć 0.7 wata, pod warunkiem, że pracuje w pełnym
nasłonecznieniu . By uzyskać większe ilości energii, można oczywiście łączyć ogniwa, jednak wtedy
koszty będą ogromne .
Z pomocą przychodzi jednak technika, a w zasadzie postęp technologiczny. Za 3, 4 lata ceny ogniw mają
zacząć spadać, a ich żywotność wydłuży się. Energia potrzebna do ich wytworzenia zrówna się z energią
przez nie produkowaną, przy czym uniknie się emisji dwutlenku węgla podczas produkcji. Za 30 lat,
ogniwa będą wytwarzały dziesięciokrotnie więcej energii, niż pochłonie ich produkcja, dzięki czemu
ograniczenie emisji CO2 będzie kolosalne. Już obecnie można założyć, że przy 10% wydajności, ogniwo
fotoelektryczne w kształcie kwadratu o boku długości 160 km, zaspokoiłoby wszystkie potrzeby
energetyczne Stanów Zjednoczonych. Zajęło by również powierzchnię równą 25% wszystkich
utwardzonych dróg.
Ogniwa fotoelektryczne możemy spotkać praktycznie wszędzie, czy to w domowych kolektorach, czy
wzdłuż drogi zasilające drogowskazy, czy to na dachach budynków. Stosuje się je również w pojazdach
kosmicznych, co jest olbrzymim krokiem naprzód w tej dziedzinie. Obecnie energię pochodzącą z ogniw
fotoelektrycznych, wykorzystuje się przede wszystkim w regionach gdzie ciężko doprowadzić ją w inny
sposób. Arabia Saudyjska stworzyła budowlę wywarzającą 350*10^3 W, zaspokajającą potrzeby 3600
mieszkańców z trzech wiosek. Stany Zjednoczone również planują budowę elektrowni w Kalifornie, która
miałaby mieć moc 100MW. Eksperci, zapewnie dość optymistycznie zakładają, że w połowie XXI w. ok.
30% energii będzie pochodziło właśnie z elektrowni słonecznych. Jest to możliwe, gdyż futurystyczne
plany na przyszłość, zakładają przesyłanie energii słonecznej zgromadzonej na orbicie, poprzez mikrofale
wprost na Ziemię…
W artykule wykorzystano fragmenty z ksiażki Witolda M. Lewandowskiego "Proekologiczne odnawialne
zródła energii" oraz Wiesława Ciechanowicza "Węgiel a inne zródła energii w przyszłości"
http://www.ipo.pl Kreator PDF Utworzono 9 March, 2011, 14:28


Wyszukiwarka