Energia słoneczna jako alternatywne zródło energii.pdf

Portal finansowy IPO.pl

Energia słoneczna jako alternatywne ¼ródło energii

Autor: Tomasz Gołab / IPO.pl

22.07.2009.

Kilka lat temu z uwagi na ich niedostateczn± efektywno¶æ, wysokie koszty pozyskania, a przede

wszystkim dostêpno¶æ i nisk± cenê ropy naftowej, alternatywne ¼ródła energii nie były traktowane jako

główne ¼ródło energii.

Obecnie jednak sytuacja odwróciła siê diametralnie, ceny ropy poszybowały w górê, znacznie do przodu

poszła równie¿ technologia, pozwalaj±ca w relatywnie tani, a przede wszystkim efektywny sposób

pozyskiwaæ energiê w sposób inny, ni¿ przetwarzanie ropy naftowej.

Czynnikiem, wydaje siê, najbardziej determinuj±cym rz±dy wielu pañstw, do poszukiwania alternatywy

dla ropy s± jej kurcz±ce siê zasoby i konsekwencje tego zjawiska. Otó¿ tylko niewielki procent krajów jest

w posiadaniu ropy naftowej, nawet w takich ilo¶ciach by zaspokoiæ swe potrzeby. Nawet olbrzymie Stany

Zjednoczone Ameryki Północnej posiadaj± zasoby, które starcz± na ok. 9 – 10 lat. Ju¿ teraz 50%

surowca w tym kraju, od którego uzale¿niona jest cała gospodarka pochodzi z importu, czy to z Bliskiego

Wschodu, czy Zatoki Meksykañskiej, czy Morza Północnego. Wszystkie potêgi militarne ¦wiata, wszystkie

najsilniejsze gospodarki uzale¿nione s± od eksporterów ropy naftowej. Taka sytuacja mo¿e zrodziæ w

przyszło¶ci wiele konfliktów, równie¿ zbrojnych, a jak powszechnie wiadomo czołgi te¿ potrzebuj± ropy by

&bdquo;walczyæ”. Widaæ wiêc wyra¼nie, ¿e uniezale¿nienie od ropy powinno staæ siê priorytetem

wiêkszo¶ci krajów ¶wiata. Ryzyko zwiêksza dodatkowo fakt, ¿e najwiêksze zło¿a naftowe, znajduj± siê

regionie Bliskiego Wschodu, czyli obszaru targanego ci±głymi konfliktami, w które

&bdquo;zachód” nieustannie ingeruje by utrzymaæ kontrolê, przynajmniej czê¶ciow±.

Wobec bardzo zmiennego kursu ropy naftowej i ewentualno¶ci wyczerpania jej zasobów, ¶wiatowe

o¶rodki badawcze i naukowe rozpoczêły badania w celu wynalezienia tañszej alternatywy. Z jednej strony

obni¿one zostałyby w dłu¿szej perpektywie koszty (zarówno finansowe jak i zewnêtrze - ¶rodowiskowe)

jak i niepewno¶æ zwi±zana z niestabilnymi kartelami energetycznymi.

Energia słoneczna

Słoñce , nasza gwiazda, której Ziemia zawdziêcza wszystko, jest dla niej ¿yciem, potrafi jednak

wyrz±dzaæ potworne szkody, o czym przekonujemy siê po¶rednio w wyniku efektu cieplarnianego. Było z

nami od zawsze, daj±c ¿yciodajn± energiê wiêkszo¶ci ¿yj±cych organizmów. Jest to najpotê¿niejsze

¼ródło, praktycznie niewyczerpalnej energii jakie posiadamy, w dodatku energia ta jest całkowicie

darmowa, trzeba j± tylko wykorzystaæ. I tu pojawiaj± siê pierwsze problemy, o ile bez problemu

potrafimy pozyskiwaæ energiê słoneczn± tak z jej magazynowaniem, mamy powa¿ny problem . Obecnie

po prostu nie ma technologii pozwalaj±cej na efektywne gromadzenie energii (znane dzi¶ akumulatory nie

nadaj± siê do magazynowania energii), naukowcy ci±gle pracuj± nad nowymi sposobami i nale¿y

przypuszczaæ, ¿e najbli¿sze lata przynios± zamierzony skutek.

Sk±d jednak bierze siê ta energia? Słoñce osi±ga na powierzchni temperaturê 5500 stopni Celsjusza,

wytwarza ono dziêki temu ogromne ilo¶ci energii która dociera do Ziemi w postaci promieniowania,

głownie podczerwonego oraz cieplnego, i w nieznacznym stopniu ultrafioletowego. W ci±gu roku Słoñce

dostarcza 4 * 10^24 d¿ula energii, która jest rozpraszana i absorbowana przez nasz± atmosferê, w du¿ej

http://www.ipo.pl

Kreator PDF

Utworzono 9 March, 2011, 14:28

Portal finansowy IPO.pl

mierze przez ozon . Dziêki temu ¿ycie na naszej planecie jest mo¿liwe. Dziura ozonowa , która znacznie

powiêkszyła siê w ostatnich latach, jest wła¶nie dlatego tak niebezpieczna, ¿e przez ni± dostaje siê na

Ziemiê zbyt du¿a ilo¶æ promieniowania ultrafioletowego, które w du¿ych dawkach mo¿e byæ ¶miertelne

dla człowieka – powoduje raka . Ilo¶æ energii docieraj±cej do powierzchni Ziemi jest uzale¿niona,

w prostym tłumaczeniu od szeroko¶ci geograficznej. Id±c tym tokiem my¶lenia najwiêcej jest w rejonach

pustynnych, czyli na pasach zwrotnikowych, a najmniej tam gdzie jest zimno.

Atmosfera w tych ¶rednich szeroko¶ciach geograficznych, w słoneczny, bezchmurny dzieñ potrafi

zatrzymaæ ok. 30% promieni, a przy gêstym zachmurzeniu ju¿ tylko jeden procent dotrze bezpo¶rednio

do powierzchni. Jednak i w tym przypadku oddziaływanie słoñca jest ogromne, gdy¿ wystêpuje zjawisko

rozproszenia promieni słonecznych, które silnie oddziałuj± na nasze ¶rodowisko.

¦rednio na metr kwadratowy powierzchni Słoñce dostarcza 180W energii, jest to warto¶æ u¶redniona,

amplitudy dla całej planety s± bardzo du¿e, a jej poziom jest głownie uzale¿niony, jak ju¿ wspomniałem

od szeroko¶ci geograficznej. W tych promieniach drzemie ogromny potencjał, naukowcy głosz±, i¿ je¶li

udało by siê wykorzystaæ tylko 20% energii przez ni± niesionej, obszar o powierzchni równej jednej

czwartej powierzchni Kalifornii, mógłby pokryæ cało¶æ potrzeb energetycznych Stanów Zjednoczonych.

Inne wyliczenia wskazuj±, ¿e dzisiejsze baterie słoneczne ustawione na powierzchni 500 tys. kilometrów

kwadratowych pustyni Sahara, przy efektywno¶ci zaledwie 10% pokryłby zapotrzebowanie na energiê

elektryczn± całej ludno¶ci.

Jak wiêc wykorzystaæ t± darmow± elektrowniê? Jest wiele sposobów, by je przedstawiæ, nale¿y podzieliæ

energiê słoneczn± na energiê niskiej jako¶ci, z której ka¿dy mo¿e skorzystaæ oraz wysokiej jako¶ci.

Energia słoneczna niskiej jako¶ci, pozwala na uzyskanie temperatur ni¿szych ni¿ 100 stopni Celsjusza i

mo¿e byæ z powodzeniem wykorzystywana w ka¿dym gospodarstwie domowym. Najprostszym

przykładem, nie wymagaj±cym ¿adnych nakładów finansowych jest okno. Okno które

&bdquo;wychodzi” na południe. Dziêki czemu słoñce przez dłu¿szy czas mo¿e nagrzewaæ szybê,

która stopniowa uwalnia energiê do ogrzania pomieszczenia . Podobnie dzieje siê ze ¶cianami dlatego

coraz czê¶ciej wykorzystywana jest ta technika przy projektowaniu budynków. Wykorzystuje siê

materiały, które akumuluj± ciepło, a nastêpnie stopniowo je oddaj±. Prosta metoda, która w znacznym

stopniu pozwala zaoszczêdziæ energiê na ogrzanie pomieszczenia. Tak± energiê mo¿na wykorzystaæ na

wiele sposobów, choæby poprzez ogrzewanie zbiorników wodnych umieszczonych na dachu , czy

ogrzewanie rur przez które przepływa woda. S± to niezwykle proste sposoby, a ich poziom

zaawansowania technologicznego praktycznie ¿aden, niestety koszt instalacji odstrasza wielu

potencjalnych u¿ytkowników. Oczywi¶cie na dłu¿sz± metê ma to wymierne korzy¶ci finansowe, inwestycja

zwraca siê po wielu latach. Nie jest to jednak rozwi±zanie idealne dla klimatu umiarkowanego czy

zimnego, gdzie energia elektryczna najbardziej potrzebna jest zim±, a wtedy promieni słonecznych jest

najmniej. Nie zmienia to jednak faktu, ¿e nawet w krajach wysoko poło¿onych, jak Wielka Brytania czy

Niemcy, pozwoliłoby to na wytworzenie ok. 50% energii w ciagu roku, przy pomocy alternatywnych

¼ródeł. Niestety rz±dy nie zachêcaj± swoich obywateli do podejmowania takich działañ, np. poprzez ulgi

podatkowe, a koszt takiej instalacji jest na tyle wysoki by skutecznie odstraszaæ nabywców.

Jak jednak wykorzystaæ energiê słoneczn± w celach przemysłowych? Odpowiedzi± na to pytania jest

elektrownia słoneczna. Pierwsza taka elektrownia powstała w Kalifornii w okolicach Barstow, nosi nazwê

Solar One . Jest to prototypowa budowla składaj±ca siê z 2000 zwierciadeł, ka¿de o powierzchni 2m^2,

które w ci±gu dnia mo¿e dostarczyæ 100MW mocy. Wła¶ciwa elektrownia powinna byæ dziesiêciokrotnie

wiêksza i zbudowana na obszarze pustynnym. Przede wszystkim z uwagi na nasłonecznienie i równie

wa¿ny czynnik, tym razem ekonomiczny – cenê gruntów. Koszt budowy takiej elektrowni jest

ogromny, z uwagi na ogromn± ilo¶æ zwierciadeł i układów sterowania. Elektrownia ta ma do¶æ prosty

system działania, zwierciadła odbijaj±ce ¶wiatło kieruj± je wprost na czubek wie¿y znajduj±cy siê w

samym ¶rodku okrêgu przez nie utworzonego . W wie¿y znajduje siê ciecz (woda lub ciekły metal), która

w wyniku parowania b±d¼ przenoszenia ciepła wprawia w ruch turbiny pr±dotwórcze. Obecnie wydajno¶æ

takich elektrowni jest niewielka i wynosi ok. 20%. Przy bardzo wysokich kosztach budowy, staje siê ona

zupełnie nieopłacalna, jednak rosn±ce ceny ropy i postêp technologiczny sprawi± zapewne, i¿ za

kilkadziesi±t lat pojawi± siê one masowo na naszym globie produkuj±c zielon± energiê.

http://www.ipo.pl

Kreator PDF

Utworzono 9 March, 2011, 14:28

Portal finansowy IPO.pl

Innym sposobem pozyskiwania energii s± ogniwa fotoelektryczne, w których pr±d wytwarzany jest w

wyniku reakcji promieni ¶wietlnych z elektronami półprzewodników. Ogniwa fotoelektryczne s±

powszechnie znane i stosowane na całym ¶wiecie, to te urz±dzenia, które czêsto mo¿na zaobserwowaæ na

dachach budynków. I tu jednak, najwiêkszym problemem jest ich wydajno¶æ oraz koszt wytworzenia.

Najlepsze i najdro¿sze ogniwa osi±gaj± wydajno¶æ rzêdu 12 -15%, te tañsze, powszechnie stosowane ju¿

tylko 4 – 6 %. Ich zalet± jest wykorzystywanie zarówno promieniowania bezpo¶redniego jaki

rozproszonego oraz bezpo¶rednie wytwarzanie pr±du stałego, które bez problemu mo¿na zmieniæ w

zmienny. Mo¿liwe jest równie¿ magazynowanie tej energii, co niew±tpliwie jest du¿± zalet±. Wady tych

urz±dzeñ, nie pozwalaj± jednak na ich upowszechnienie. Szczególnie wydajno¶æ pozostawia wiele do

¿yczenia. Ogniowo o ¶rednicy 7cm pozwala wytworzyæ 0.7 wata, pod warunkiem, ¿e pracuje w pełnym

nasłonecznieniu . By uzyskaæ wiêksze ilo¶ci energii, mo¿na oczywi¶cie ł±czyæ ogniwa, jednak wtedy

koszty bêd± ogromne .

Z pomoc± przychodzi jednak technika, a w zasadzie postêp technologiczny. Za 3, 4 lata ceny ogniw maj±

zacz±æ spadaæ, a ich ¿ywotno¶æ wydłu¿y siê. Energia potrzebna do ich wytworzenia zrówna siê z energi±

przez nie produkowan±, przy czym uniknie siê emisji dwutlenku wêgla podczas produkcji. Za 30 lat,

ogniwa bêd± wytwarzały dziesiêciokrotnie wiêcej energii, ni¿ pochłonie ich produkcja, dziêki czemu

ograniczenie emisji CO2 bêdzie kolosalne. Ju¿ obecnie mo¿na zało¿yæ, ¿e przy 10% wydajno¶ci, ogniwo

fotoelektryczne w kształcie kwadratu o boku długo¶ci 160 km, zaspokoiłoby wszystkie potrzeby

energetyczne Stanów Zjednoczonych. Zajêło by równie¿ powierzchniê równ± 25% wszystkich

utwardzonych dróg.

Ogniwa fotoelektryczne mo¿emy spotkaæ praktycznie wszêdzie, czy to w domowych kolektorach, czy

wzdłu¿ drogi zasilaj±ce drogowskazy, czy to na dachach budynków. Stosuje siê je równie¿ w pojazdach

kosmicznych, co jest olbrzymim krokiem naprzód w tej dziedzinie. Obecnie energiê pochodz±c± z ogniw

fotoelektrycznych, wykorzystuje siê przede wszystkim w regionach gdzie ciê¿ko doprowadziæ j± w inny

sposób. Arabia Saudyjska stworzyła budowlê wywarzaj±c± 350*10^3 W, zaspokajaj±c± potrzeby 3600

mieszkañców z trzech wiosek. Stany Zjednoczone równie¿ planuj± budowê elektrowni w Kalifornie, która

miałaby mieæ moc 100MW. Eksperci, zapewnie do¶æ optymistycznie zakładaj±, ¿e w połowie XXI w. ok.

30% energii bêdzie pochodziło wła¶nie z elektrowni słonecznych. Jest to mo¿liwe, gdy¿ futurystyczne

plany na przyszło¶æ, zakładaj± przesyłanie energii słonecznej zgromadzonej na orbicie, poprzez mikrofale

wprost na Ziemiê…

W artykule wykorzystano fragmenty z ksia¿ki Witolda M. Lewandowskiego "Proekologiczne odnawialne

¼ródła energii" oraz Wiesława Ciechanowicza "Wêgiel a inne ¼ródła energii w przyszło¶ci"

http://www.ipo.pl

Kreator PDF

Utworzono 9 March, 2011, 14:28

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: