ENERGETYKA SŁONECZNA

Słońce jest podstawowym źródłem energii dla naszej planety. Przed milionami lat energia słońca docierająca do ziemi została uwięziona w węglu, ropie naftowej, gazie ziemnym itp. Również słońcu zawdzięczamy energię jaką niesie ze sobą wiatr czy fale morskie. Można także bezpośrednio wykorzystywać energię słoneczną poprzez zastosowanie specjalnych systemów do pozyskiwania i akumulowania energii słonecznej. Promieniowanie słoneczne jest to strumień energii emitowany przez Słońce równomiernie we wszystkich kierunkach. Miarą wielkości promieniowania słonecznego docierającego ze słońca do ziemi jest tzw. stała słoneczna. Jest ona wartością gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego na powierzchni stratosfery i obecnie wynosi 1,4 kW/m2. W promieniowaniu słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi wyróżnia się trzy składowe promieniowania:

- bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy słonecznej
- rozproszone powstaje w wyniku wielokrotnego załamania na składnikach atmosfery
- odbite powstaje w skutek odbić od elementów krajobrazu i otoczenia.

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

Energetyka słoneczna – gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.

Istnieją dobre warunki do wykorzystania energii promieniowania słonecznego przy dostosowaniu typu systemów i właściwości urządzeń wykorzystujących tę energię do charakteru, struktury i rozkładu w czasie promieniowania słonecznego. Największe szanse rozwoju w krótkim okresie mają technologie konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego, oparte na wykorzystaniu kolektorów słonecznych. Ze względu na wysoki udział promieniowania rozproszonego w całkowitym promieniowaniu słonecznym, praktycznego znaczenia w naszych warunkach nie mają słoneczne technologie wysokotemperaturowe oparte na koncentratorach promieniowania słonecznego

Baterie słoneczne są to urządzenia elektroniczne, które wykorzystują zjawisko fotowoltaniczne. Każde małe ogniwo wytwarza mały prąd, ale duża liczba ogniw, wzajemnie połaczonych jest w stanie wytworzyć prąd o użytecznej mocy. Ogniwa są zbudowane z cieńkich warstw półprzewodników, zwykle z krzemu. Czasem wykorzystuje się arszenik galu, ponieważ pozwala na pracę ogniw w wysokich temperaturach. Jest to istotne w zastosowaniach w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze. Baterii używa się również w małych kalkulatorach i zegarkach.

KOLEKTOR SŁONECZNY-podstawowy element instalacji słonecznej, jego zadaniem jest przekształcenie energii słonecznej w energię cieplną poprzez specjalną płytę absorpcyjną. Kolektory słoneczne dzielą się na dwie grupy ze względu na temperaturę czynnika przenoszącego ciepło. Są to kolektory:
- niskotemperaturowe (do 100°C) płaskie
- wysokotemperaturowe (powyżej 100°C) kolektory skupiające

Najczęściej stosuje się tzw. kolektory płaskie cieczowe.
Każdy kolektor tego typu składa się z:
-przezroczystej szyby
-powłoki absorpcyjnej
-systemu rurek miedzianych w których przepływa ciecz solarna
-ocieplenia od spodu
-obudowy aluminiowej w której zamknięte są ww. elementy.

Podział  ogólny kolektorów:
-  płaskie
-  cieczowe
-  płaskie próżniowe
-  próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury)
- skupiające (prawie zawsze cieczowe)
- specjalne

Zastosowanie poszczególnych kolektorów słonecznych:
a) kolektor płaski
-  podgrzewania wody użytkowej,
-  podgrzewanie wody basenowej,
-  wspomagania centralnego ogrzewania,
-  chłodzenia budynków,
-  ciepła technologicznego.
b) cieczowy

 Systemy z cieczowymi kolektorami promieniowania słonecznego mieszczą się w dziedzinie konwersji termicznej tej energii. Konwersja termiczna może być klasyfikowana jako nisko, średnio i wysokotemperaturowa. Cieczowe kolektory słoneczne można zastosować ogólnie do:
*ogrzewania wody i pomieszczeń,
*produkcji elektryczności,
*procesów chemicznych.
Istotny postęp w dziedzinie najbardziej popularnych słonecznych systemów ciepłej wody użytkowej (cwu), jest możliwy i kontynuowany. Względy ekonomiczne determinują konieczność takiego ich rozwoju, aby spełniały one warunki:

• niska cena;

• wysoka sprawność;

• długi okres eksploatacji.

c)Kolektor próżniowy płaski – to najbardziej popularny i rozpowszechniony typ kolektora, który otrzymaną energię słoneczną przetwarza na ciepło.  Pozwala on na osiągnięcie zysku nawet w przypadku niewielkiej intensywności nasłonecznienia . Można go wykorzystywać wszędzie tam, gdzie tylko istnieje potrzeba uzyskania wysokich temperatur. 
Zastosowanie:
-  wspomaganie centralnego ogrzewania
-  przygotowywanie ciepłej wody wykorzystywanej do celów użytkowych w gospodarstwach domowych
-  przygotowywanie ciepłej wody wykorzystywanej do celów użytkowych  w gospodarstwach przemysłowych
-  przygotowywania (podgrzewania) wody basenowej
-  solarne chłodzenie
e) kolektory słoneczne powietrzne - są one budowane zwykle sposobem gospodarczym i z tego względu umykają statystykom. Ich główne zastosowanie to suszenie roślin, ziarna, drewna i materiałów budowlanych, a niekiedy też regulacja mikroklimatu w przechowalniach płodów rolnych, ogrzewanie pomieszczeń inwentarskich, hal, magazynów, szklarni, tuneli foliowych i budynków mieszkalnych.

b)Kolektor próżniowy – można zasadniczo podzielić na 2 rodzaje:
*)   kolektory próżniowe rurowe – jego specyfikacja polega na tym, że zbudowany jest z kilkunastu lub kilkudziesięciu rur próżniowych  wpiętych w przepływowy wymiennik ciepła. Próżnia charakteryzuje się bardzo małą emisją promieniowania cieplnego z nagrzanego już absorbera, w jaki jest wyposażona do otoczenia oraz przenikalnością promieniowania cieplnego. Rura próżniowa wyposażona jest w rurkę miedziana zakończoną kondensatorem oraz w aluminiowy radiator. W najbardziej opisowy sposób rura próżniowa to 2 zespolone ze sobą rury pomiędzy którymi znajduje się izolacja ciepła – próżnia.
*  kolektory próżniowe z gorącą rurką tzw.  „heat pipe” – ich charakterystyczną cechą jest to, iż wyposażone są w rurkę szklaną, która swoimi wymiarami oscyluje w granicach 1500-2000mm długości oraz średnicy ok. 60mm. W rurce tej znajduje się kapilara z cieczą pośredniczącą, która odparowuje podczas nagrzania w wyniku promieniowania, co w konsekwencji powoduje oddanie ciepła przepływającego ,  które z kolei  oddaje ciepło w zbiorniku. Rura taka ma podwójne ścianki w których tworzy się doskonała izolacja termiczna- próżnia, która wytwarzana jest z  wypompowanego powietrza. Ciepło dostaje się  do rurki cieplnej przez aluminiowy zbieracz.

Zastosowanie:
-  przy zabudowie pionowej, gdy budynek położony jest w strefie o zwiększonych opadach śniegu, lub gdy nie pozwalają na to na przykład warunki techniczne dachu
-  przy zabudowie w pozycji poziomej wysokich budynków, gdy zastosowanie kolektorów płaskich z wymaganym pochyleniem (z reguły 45°) wymusza stosowanie ciężkich obciążeń balastowych
-  przy uwzględnieniu znacznych sił oddziaływania wiatru na kon­strukcję dachu, do którego trwale są przymocowane ko­lektory słoneczne

Działanie kolektora jest następujące:

1. Słońce ogrzewa umieszczony w kolektorze absorber, który pochłania promieniowanie słoneczne i zamienia je w ciepło. Skuteczność pochłaniania zależy od rodzaju absorbera. Zwykły, czarny absorber dużą część promieniowania odbija. Skuteczniejszy jest tzw. absorber selektywny – pochłania on 95% padającego na niego promieniowania.

2. Od absorbera ogrzewa się czynnik grzewczy (może to być woda lub płyn niezamarzający), który przepływa przez kolektor.

3. Ogrzany płyn przepływa do zasobnika.

4. Tam oddaje ciepło ogrzewanej wodzie użytkowej, znajdującej się w zasobniku, i ochłodzony wpływa z powrotem do kolektora.