Слънчевата енергия: какво представлява, предимства и недостатъци

Разберете какво е слънчева енергия, знайте разликите във всеки тип и знайте кое е най-изгодно

слънчева енергия

Какво представлява слънчевата енергия?

Слънчевата енергия е електромагнитна енергия, чийто източник е слънцето. Може да се трансформира в топлинна или електрическа енергия и да се прилага за различни цели. Двата основни начина за използване на слънчевата енергия са производството на електричество и слънчевото отопление на водата.

За производството на електрическа енергия се използват две системи: хелиотермичната, при която облъчването се превръща първо в топлинна енергия, а по-късно в електрическа; и фотоволтаични, при които слънчевата радиация се преобразува директно в електрическа енергия.

Хелиотермична енергия или концентрирана слънчева енергия (CSP)

Според Министерството на мините и енергетиката Бразилия разполага с около 70% от своята електрическа матрица, базирана на хидравлична енергия, а напоследък други източници на енергия, като биомаса, вятър и ядрена енергия, получават стимули.

  • Какво е водноелектрическа енергия?

Предвид неблагоприятните хидрологични условия, с периоди на засушаване, които все повече се удължават, хелиотермичната енергия се представя като алтернатива. Още повече, ако вземем предвид, че периодите на суша са свързани с повишен слънчев потенциал поради ниските смущения в облака и по-интензивната слънчева радиация.

Има няколко вида колектори и изборът на подходящия тип зависи от приложението. Най-използваните са: параболичният цилиндър, централната кула и параболичният диск.

Как работи?

Хелиотермичните слънчеви колектори са устройства, които улавят слънчевата радиация и я преобразуват в топлина, прехвърляйки тази топлина към флуид (въздух, вода или нефт, като цяло). Колекторите имат отразяваща повърхност, която насочва директно излъчване към фокус, където се намира приемник. След като топлината се абсорбира, течността тече през приемника.

Фотоволтаична слънчева енергия

Фотоволтаичната слънчева енергия е тази, при която слънчевата радиация се трансформира директно в електрическа енергия, без да преминава през фазата на топлинната енергия (както би била в хелиотермичната система).

Как работи?

Фотоволтаичните клетки (или слънчевите енергийни клетки) са направени от полупроводникови материали (обикновено силиций). Когато клетката е изложена на светлина, част от електроните в осветения материал поглъщат фотони (частици енергия, присъстващи в слънчевата светлина).

Свободните електрони се транспортират от полупроводника, докато не бъдат изтеглени от електрическо поле. Това електрическо поле се формира в областта, където се свързват материалите, поради разликата в електрическия потенциал между тези полупроводникови материали. Свободните електрони се извеждат от слънчевите енергийни клетки и са на разположение за използване под формата на електрическа енергия.

За разлика от хелиотермичната система, фотоволтаичната система не изисква висока слънчева радиация, за да функционира. Количеството генерирана енергия обаче зависи от плътността на облаците, така че малък брой облаци може да доведе до по-малко производство на електроенергия в сравнение с напълно отворените дни.

Ефективността на преобразуване се измерва чрез дела на слънчевата радиация върху клетъчната повърхност, който се преобразува в електрическа енергия. Обикновено най-ефективните клетки осигуряват 25% ефективност.

Според Министерството на околната среда правителството разработва фотоволтаични проекти за производство на слънчева енергия, за да отговори на енергийните нужди на селските и изолирани общности. Тези проекти се фокусират върху някои области като: изпомпване на вода за битови доставки, напояване и рибовъдство; Улично осветление; системи за колективно използване (електрификация на училища, здравни центрове и читалища); домашни грижи.

Термична експлоатация

Друг начин за използване на слънчевата радиация е топлинното отопление. Топлинното отопление от слънчева енергия може да се осъществи чрез процес на поглъщане на слънчева светлина от колектори, които обикновено се инсталират на покривите на сгради и домове (известни като слънчеви панели).

Тъй като честотата на слънчева радиация върху земната повърхност е ниска, е необходимо да се инсталират няколко квадратни метра колектори.

Според Националната агенция за електрическа енергия (Aneel), за захранване на отопляемата вода в жилище от три до четирима жители са необходими 4 м² колектори. Въпреки че търсенето на тази технология е предимно жилищно, има интерес и от други сектори, като обществени сгради, болници, ресторанти и хотели.

Ако се интересувате от инсталиране на слънчева отоплителна система във вашия дом, вижте Ръководството за инсталиране на слънчева енергия у дома.

Предимства и недостатъци на слънчевата енергия?

Слънчевата енергия се счита за възобновяем и неизчерпаем източник на енергия. За разлика от изкопаемите горива, процесът на генериране на електричество от слънчева енергия не отделя серен диоксид (SO2), азотни оксиди (NOx) и въглероден диоксид (CO2) - всички замърсяващи газове с вредно въздействие върху човешкото здраве и които допринасят за глобалното затопляне.

Слънчевата енергия също се оказва изгодна в сравнение с други възобновяеми източници, като хидравличната, тъй като тя изисква по-малко обширни площи от водноелектрическата.

Стимулът за слънчева енергия в Бразилия е оправдан от потенциала на страната, която има големи площи с падаща слънчева радиация и е близо до Екватора.

Полусухите региони в североизточна Бразилия са идеални за генериране на хелиотермична енергия, тъй като отговарят на условията на висока слънчева радиация и ниски валежи.

Недостатъкът на хелиотермичната енергия обаче е, че макар да не се нуждае от толкова обширни зони като водноелектрическите язовири, тя все още изисква големи пространства. Ето защо е изключително важно да се направи анализ на най-подходящото място за имплантиране, тъй като ще има потискане на растителността. Освен това, както вече споменахме, хелиотермичната система не е подходяща за всички региони, тъй като се счита за доста периодична.

Независимостта от високо облъчване е голямо предимство на фотоволтаичната система, което допринася за превръщането й в алтернатива.

При фотоволтаичната енергия най-често споменавания недостатък е високата цена на изпълнение и ниската ефективност на процеса, която варира от 15% до 25%.

Друг изключително важен момент, който трябва да се има предвид в производствената верига на фотоволтаичната система, е социално-екологичното въздействие, причинено от суровината, най-често използвана за композиране на фотоволтаични клетки, силиций.

Добивът на силиций, както и всяка друга минна дейност, оказва въздействие върху почвата и подпочвените води в зоната на добив. Освен това е от съществено значение работниците да бъдат снабдени с добри професионални условия, за да се избегнат трудови злополуки и развитие на професионални заболявания. Международната агенция за изследване на рака (Iarc) посочва в доклад, че кристалният силициев диоксид е раков и може да причини рак на белия дроб при хронично вдишване.

Докладът на Министерството на науката и технологиите посочва още два важни момента, свързани с фотоволтаичната система: изхвърлянето на панелите трябва да бъде обезвредено по подходящ начин, тъй като те имат потенциал за токсичност; а рециклирането на фотоволтаични панели до момента също не е достигнало задоволително ниво.

Друг важен момент е, че въпреки факта, че Бразилия е вторият по големина производител на метален силиций в света, на второ място след Китай, технологията за пречистване на силиций на слънчево ниво все още е в процес на разработка. Наскоро установен проблем, особено при хелиотермичните растения, е неволното изгаряне на птици, които преминават през региона.

Следователно, въпреки че е възобновяема и не отделя газове, слънчевата енергия все още се сблъсква с технологични и икономически пречки. Макар и обещаваща, слънчевата енергия ще стане икономически жизнеспособна само чрез сътрудничество между публичния и частния сектор и с инвестиции в научни изследвания за подобряване на технологиите, обхващащи производствения процес, от пречистване на силиций до изхвърляне на фотоволтаични клетки.


Original text