Фотоволтаична или топлинна енергия? Разберете всичко относно разликите между тях и знайте типа, най-подходящ за вашия случай

Vivint Solar в Unsplash изображение

Нефтът и въглищата са широко използвани източници на енергия, но изключително замърсяващи. По този начин, стремейки се да обединят енергийната ефективност и ниското въздействие върху планетата, все повече се търси използването на възобновяеми енергийни източници. В тази среда слънчевата енергия се откроява и все повече се изследва, както за производство в бизнес сектора, така и в жилищните системи.

Какво представлява слънчевата енергия?

Слънчевата енергия е електромагнитна енергия, чийто източник е слънцето. Поради тази причина той се счита за източник на устойчива и чиста енергия, който не произвежда остатъци извън компонентите на комплекта и все пак носи ползи за околната среда по отношение на намаляването на емисиите на парникови газове.

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 лъчението се преобразува първо в топлинна енергия, а по-късно в електрическа енергия (използва се главно в електроцентрали и следователно няма да бъде адресирано); и фотоволтаични, при които слънчевата радиация директно се превръща в електрическа енергия. Слънчевата топлинна енергия от своя страна се получава чрез улавяне на електромагнитно излъчване, последвано от превръщането му в топлина, тоест в топлинна енергия. С това той осигурява отопление на водата в жилищни, сградни и търговски системи.

По-долу можете да намерите обобщение на характеристиките и разликите между двата основни типа слънчева енергия за пребиваване: фотоволтаична енергия и топлинна енергия.

Фотоволтаици

Фотоволтаичната енергия има концепцията да генерира електричество по нетрадиционен начин, т.е. чрез слънчева радиация, без да се налага да преминава през фазата на топлинната енергия.

Както в хелиотермата, така и в фотоволтаичната слънчева енергийна система има няколко модела колектори (или слънчеви панели), които имат по-голяма или по-малка енергийна ефективност. Най-често срещаните са монокристални, поликристални и тънки филми.

Основните компоненти на фотоволтаичната енергийна система са панелите, носещата конструкция, контролерите на заряда, инверторите и батериите.

Не забравяйте да гарантирате, че използваните компоненти са сертифицирани от Националния институт по метрология, качество и технологии (Inmetro), който е изпълнил изпълнението на Наредба № 357 през 2014 г., с цел установяване на правила за генериращото оборудване Фотоволтаици.

Възвръщаемостта на инвестицията е променлива и зависи от количеството енергия, което имотът изисква. Въпреки това, предимството на домашната система е свързано с това колко потребителят може да спести: след достигане на времето за връщане, сметката за енергия вече няма да се плаща.

Как работи?

Слънчевите панели или панели са системи за микрогенериране, съставени от фотоволтаични клетки. Комплект панели образува слънчев модул. Фотоволтаичните клетки са направени от полупроводникови материали, като силиций. Когато плочата клетка е изложена на светлина и улавя нейната енергия, част от електроните в осветения материал поглъщат фотони (енергийни частици, присъстващи в слънчевата светлина).

Свободните електрони се транспортират в поток от полупроводника, докато не бъдат изтеглени от електрическо поле, което се образува в областта на свързване на материалите чрез разлика в електрическия потенциал между тези полупроводникови материали. След това свободните електрони се извеждат от слънчевата клетка и се предоставят за използване под формата на електрическа енергия.

За разлика от хелиотермичната система, фотоволтаичната система не изисква висока слънчева радиация за своята работа. Количеството на генерираната енергия обаче зависи от плътността на облаците, така че малък брой облаци могат да доведат до по-голямо производство на електроенергия в сравнение с дните на напълно открито небе, поради явлението отражение на слънчевата светлина.

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

В момента правителството разработва проекти за производство на фотоволтаична енергия, за да отговори на енергийните нужди на селските и изолирани общности, според Министерството на околната среда. Тези проекти се фокусират върху 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.

Съществуват и два различни типа фотоволтаични системи: тези, свързани към мрежата ( on-grid или grid-tie ) или изолирани от мрежата ( извън мрежата или автономни). Една от основните разлики между тях е съставът на комплекта, първият от които няма устройства за съхранение на енергия, тоест не изисква използването на батерията и контролера за зареждане. Друга важна разлика между тях е, че първата трябва да бъде свързана към конвенционалната електроразпределителна мрежа, докато втората може да бъде инсталирана в по-отдалечени региони.

За системи, свързани към мрежата, Закон 10.438 / 02 предоставя икономически ползи под формата на енергийни кредити на тези, които произвеждат в собствените си домове повече енергия, отколкото изискват, т.е. незабавни икономии в пари, които биха били свързани с плащането от сметката за електричество за месеците, през които жилището генерира по-малко енергия, отколкото е необходимо.

За съжаление все още има малко стимули и линии за финансиране на този вид енергия в Бразилия, които все още са трудно достъпни и имат малка приложимост. Очаква се, че с нарастването на потреблението на фотоволтаични енергийни системи ще се появят по-приложими и достъпни стимули за общите жилища.

Термична експлоатация

Друг начин да се възползвате от слънчевата радиация е топлинното отопление. Топлинното отопление може да се извърши чрез процес на поглъщане на слънчева светлина от колектори, които обикновено се инсталират на покривите на сгради, кооперации и домове.

Тъй като честотата на слънчева радиация върху земната повърхност е ниска, е необходимо да се инсталират няколко квадратни метра колектори. Всеки модел колектор (който може да бъде отворен, затворен или вакуумен тръбен) има характерна енергийна ефективност и може да загрява водата до специфични температури. Следователно, винаги има по-подходящ модел, в зависимост от намерението за прилагане на загрятата вода (която може да бъде за къпане, басейни, отопление на помещенията, наред с други).

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, съществува интерес и от търговския сектор, като обществени сгради, болници, ресторанти, хотели и други компании.

Времето за възвръщаемост на инвестициите в слънчева топлинна енергия има тенденция да варира, като обикновено се случва в интервал между 18 и 36 месеца. Полезният живот на слънчевия нагревател се изчислява на около 240 месеца, което прави системата много изгодна и икономична.

Как работи?

Принципът на работа на термичната експлоатация е прост: повърхността на панела има ребра, изработени от мед или алуминий, обикновено боядисани в тъмен цвят за по-голямо поглъщане на слънчевата радиация. По този начин тези перки улавят слънчевата радиация и я трансформират в топлина. Топлината се абсорбира от флуида, присъстващ вътре в панелите (обикновено вода), който след това се транспортира чрез изпомпване през изолирани тръби, докато достигне резервоара за гореща вода (термичен резервоар или котел).

Резервоарът за топла вода е съставен от изолационен материал, който предотвратява охлаждането на водата и позволява да се подава при приятна температура дори в периоди без слънце.

Какви са плюсовете и минусите 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. Освен това слънчевата енергия има бърз, бърз монтаж и напълно безшумна система.

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. Според Съвета за зелено строителство (GBC Brasil), друго предимство на инсталирането на слънчева енергия е оценката на недвижимите имоти (устойчивите имоти се оценяват на до 30%).

При фотоволтаичната енергия най-често споменаваният недостатък е нейното внедряване, което все още е относително скъпо. В допълнение към разходите, има и ниска 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 при производството на фотоволтаични клетки, силиция.

Копаенето на силиций, както всяка друга минна дейност, влияе 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 болести. Международната агенция за изследване на рака (Iarc) посочва, че кристалният силициев диоксид е раков и може да причини рак на белия дроб, когато се вдишва хронично.

Докладът на Министерството на науката и технологиите посочва два други 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 основен производител на метален силиций, технологията за пречистване на силиций на слънчево ниво все още се разработва. 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, което ще доведе до намаляване на цената само със сътрудничеството между публичния и частния сектор и с инвестиции в научни изследвания за подобряване на технологиите, които обхващат целия производствен процес.