Do tej pory panele słoneczne były powszechnie znanymi urządzeniami do generowania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. A co, jeśli powiem ci, że istnieją również inne sposoby? Tak, energia ze słońca jest przetwarzana na 5 różnych sposobów, w tym ogniwa fotowoltaiczne. Różne metody pozyskiwania energii słonecznej wykorzystują energię cieplną do różnych celów, od indywidualnych po komercyjne i przemysłowe.
Czym jest pozyskiwanie energii słonecznej?
Metoda wytwarzania energii elektrycznej z ciepła i energii z energii słonecznej nazywana jest zbieraniem energii słonecznej. Wszystkie metody i techniki zasadniczo wykorzystują światło słoneczne do wytwarzania energii. Zbieranie energii słonecznej zmniejsza zależność od paliw kopalnych w produkcji energii elektrycznej i jest korzystne w dłuższej perspektywie. Nowe innowacje prowadzą do bardziej wydajnych metod i technik zbierania energii słonecznej. Oprócz metod poznasz technologię zbierania energii słonecznej, wpływ rozmiaru paneli słonecznych, a także zalety i wady tych metod.
Jakie są różne metody pozyskiwania energii słonecznej? Czym są urządzenia do zbierania energii słonecznej?
Zbieranie energii słonecznej to proces wychwytywania i magazynowania energii słonecznej emitowanej przez słońce. Następnie ta energia cieplna i świetlna jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą odpowiedniej metody. Istnieje około 5 różnych metod zbierania energii słonecznej. Czasami te metody są również określane jako urządzenia do zbierania energii słonecznej.
1. Ciała doskonale czarne
Zdajesz sobie sprawę, że czerń pochłania większość energii cieplnej i jest to kolejna metoda pozyskiwania energii słonecznej. Promieniowanie elektromagnetyczne słońca wraz z jego widmem podczerwonym jest aktywnie absorbowane przez czerń. Energia słoneczna jest przekształcana w energię cieplną za pośrednictwem tego promieniowania. Ciała czarne, pojemniki i urządzenia mogą absorbować i emitować wszystkie długości fal promieniowania elektromagnetycznego. Ta metoda jest wykorzystywana do ogrzewania domów, a najczęściej do podgrzewania wody w przemyśle.
2. Energia cieplna stopionej soli
Ta metoda pozyskiwania energii słonecznej wykorzystuje promieniowanie elektromagnetyczne do topienia soli. Stopiona sól jest przesyłana do wymiennika ciepła, gdzie podgrzewa wodę i zamienia ją w parę. Para ta jest napędzana przez turbiny, które z kolei wytwarzają energię elektryczną. Izolowane zbiorniki umożliwiają stabilne wytwarzanie energii cieplnej również w pochmurne dni.
3. Panele fotowoltaiczne
Jest to najpowszechniej stosowana metoda przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną. W tym celu wykorzystuje się panele słoneczne o różnych rozmiarach. Ilość generowanej energii zależy od liczby paneli i ich wydajności . Panele monokrystaliczne lub polikrystaliczne są powszechnie stosowane wraz z inwerterami i bateriami akumulatorów, aby zapewnić przepływ energii po zachodzie słońca.
4. Słoneczny podgrzewacz wody
Panele słoneczne zbierają energię słoneczną dla tych podgrzewaczy. Regiony o słonecznym klimacie stosują tę metodę do pozyskiwania energii słonecznej. Czarny korpus podgrzewacza jest podobny do panelu fotowoltaicznego, ponieważ jego czarna powierzchnia efektywnie pochłania energię cieplną . Pompa cyrkuluje zimną wodę w zbiorniku, która odbiera pochłonięte ciepło, co powoduje schłodzenie zbiornika i ogrzanie wody.
Inny system nie posiada pompy, lecz wykorzystuje siłę wyporu generowaną przez podgrzaną wodę. W tej metodzie zimna woda opada, ciepła pozostaje na powierzchni, a przepływ ulega zmniejszeniu. Takie rozwiązanie nazywa się termosyfonem.
5. Podgrzewacz wody solarny z rurą próżniową lub rurami próżniowymi
To kolejna metoda pozyskiwania energii słonecznej, będąca udoskonaloną wersją tradycyjnego słonecznego podgrzewacza wody. Rury próżniowe zapewniają dopływ energii promieniowania do systemu, a także gromadzą energię cieplną. Energia ta jest absorbowana przez rury cieplne i przesyłana do dużych zbiorników z wodą. Dzięki rurom próżniowym ucieka minimalna ilość energii cieplnej, a niemal cała absorbowana energia promieniowania jest przekształcana w energię cieplną. Następnie omówimy technologię pozyskiwania energii słonecznej.
Przeczytaj także: Technologia wieloprzewodowa w panelach słonecznych
Czym jest technologia pozyskiwania energii słonecznej?
Istnieją trzy podstawowe technologie pozyskiwania energii słonecznej:
1. Koncentracja energii słonecznej (CSP)
Ta technologia pozyskiwania energii słonecznej wykorzystuje ciepło termiczne (ciepło słoneczne) do napędzania turbin elektrycznych na skalę przemysłową. Lustra służą do skupiania światła słonecznego, które napędza tradycyjne silniki parowe lub turbiny i generuje energię elektryczną. Rynna paraboliczna, silnik talerzowy, kompaktowy liniowy reflektor Fresnela i wieża energetyczna to różne metody wykorzystania zasady skupiania energii słonecznej.
a ) Rynna paraboliczna
Wykorzystuje zakrzywione lustra do skupiania energii słonecznej na rurze odbiorczej biegnącej przez środek koryta. Wewnątrz rury odbiorczej znajduje się wysokotemperaturowy płyn przenoszący ciepło, taki jak olej syntetyczny, który pochłania energię cieplną, a jego temperatura osiąga 750°F lub więcej. Ciepło to przepływa przez wymiennik ciepła, który z kolei podgrzewa wodę, wytwarzając parę. Konwencjonalne turbiny parowe uruchamiają się, gdy para przez nie przepływa. Poszczególne modele kolektorów mogą mieć wysokość od 15 do 20 metrów i długość około 300–450 metrów.
b) Silnik talerzowy
Powierzchnia anteny parabolicznej pokryta jest równomiernie rozmieszczonymi lustrami , które odbierają energię cieplną w stałym punkcie ogniskowym. Płyn roboczy, taki jak wodór, w odbiorniku jest podgrzewany do temperatury 1200°C, co z kolei napędza silnik. Każda antena paraboliczna obraca się wokół dwóch osi i śledzi ruch Słońca przez cały dzień.
c) Kompaktowy liniowy reflektor Fresnela (CLFR)
Wykorzystuje również system korytowy, w którym zakrzywione lustra są umieszczone w długich, równoległych rzędach, a tanie płaskie lustra są umieszczone w odbiornikach umieszczonych wysoko nad ziemią. Punktem koncentracji energii cieplnej są połączone z systemem rur, przez które przepływa woda. Dzięki tej technologii, stosowanej w metodach pozyskiwania energii słonecznej, woda jest gotowana przez skoncentrowaną energię cieplną, a wytworzona w ten sposób para wodna jest wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej oraz w zastosowaniach przemysłowych.
d) Wieża mocy
Wykorzystuje centralny system odbiorczy, który charakteryzuje się wysoką wydajnością i może pracować w wysokich temperaturach . Heliostaty (zwierciadła sterowane komputerowo) służą do śledzenia energii cieplnej przez cały dzień i skupiania jej na odbiorniku na szczycie wysokiej wieży. Energia cieplna podgrzewa ciecz przenoszącą do temperatury ponad 1000° Fahrenheita (ok. 470°C), wytwarzając parę, która z kolei napędza centralny generator prądu.
Zobacz także : Czy panel słoneczny pierścieniowy potrzebuje bezpośredniego światła słonecznego?
2. Fotowoltaika (PV)
Światło jest bezpośrednio zamieniane na elektryczność tą metodą. Fotony ze światła słonecznego uderzają i jonizują materiał półprzewodnikowy paneli słonecznych, które z kolei rozrywają wiązania atomowe elektronów i wibrują swobodnie. Struktura półprzewodnikowa zmusza elektrony do poruszania się w jednym kierunku, tworząc w ten sposób prąd elektryczny. Jednak tylko pewien procent światła jest pochłaniany, a reszta jest odbijana. Inne rodzaje technologii fotowoltaicznej to zintegrowane ogniwa fotowoltaiczne, koncentrujące układy fotowoltaiczne i cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne.
a) Zintegrowana z budynkiem fotowoltaika (BIPV): System ten wytwarza energię elektryczną do użytku na miejscu lub może być eksportowany do sieci. Spełnia on dwojakie zadanie: wytwarza energię elektryczną i stanowi zewnętrzną warstwę budynku.
b) Koncentrujące układy fotowoltaiczne : Ten system jest stosowany głównie w regionach pustynnych i wykorzystuje lustra i soczewki do koncentrowania energii słonecznej na wysokowydajnych ogniwach. Do sprawnego działania systemu niezbędne jest bezpośrednie światło słoneczne i system śledzenia.
c) Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne : Ta metoda jest tańsza niż jej zamienniki i często wymaga opracowania technologii eksperymentalnych. Jest to rodzaj cienkiego i mniej wydajnego ogniwa słonecznego. Służą one temu samemu celowi, ale wolniej.
3. System ogrzewania i chłodzenia słonecznego (SHC)
Technologia ta gromadzi energię cieplną, aby ogrzewać wodę i powietrze, a także dostarczać zimną wodę i powietrze. Technologia solarnego podgrzewania wody, fotowoltaika słoneczna z technologią termiczną i technologia solarnego powietrza to różne metody stosowane w pracy nad tą technologią.
a) Technologia Solar Air
Dzięki tej technologii pozyskiwania energii słonecznej, powietrze w budynkach komercyjnych i przemysłowych jest podgrzewane i wykorzystywane do ogrzewania pomieszczeń oraz suszenia upraw rolnych. System jest zazwyczaj montowany na ścianie, co pozwala na maksymalną absorpcję promieniowania słonecznego, szczególnie zimą.
Na ścianie skierowanej na południe, perforowane panele kolektora słonecznego są instalowane na kilka cali, aby utworzyć wnękę powietrzną. Z górnej części ściany pobierane jest powietrze i ogrzewane w zakresie temperatur od 30° do 100° Fahrenheita w słoneczny dzień. To ogrzane powietrze jest doprowadzane do wlotu ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) za pomocą połączenia.
b) Fotowoltaika słoneczna z technologią termiczną (PVT)
Ulepszony moduł paneli słonecznych na dachu służy do podgrzewania wody i wytwarzania energii elektrycznej. Aby zwiększyć produkcję energii elektrycznej, fotowoltaiczny kolektor termiczny schładza elektryczne elementy fotowoltaiczne i jednocześnie dostarcza energię cieplną. Dzięki możliwości wytwarzania energii 4-krotnie większej niż moduł fotowoltaiczny, moc wyjściowa wzrasta nawet o 20% , a rozmiar systemu może się wahać od małego do przemysłowego.
c) Technologia podgrzewania wody za pomocą energii słonecznej
Zbiornik na gorącą wodę, izolowane rury i kolektor słoneczny to jego główne elementy, które są sparowane z elektronicznymi elementami sterującymi i systemami ochrony przed zamarzaniem dla chłodniejszych regionów. Ciepło zebrane z energii cieplnej jest przekazywane do wody pitnej, która przepływa do zbiorników na gorącą wodę. W celu zapewnienia kopii zapasowej, ogrzewanie pomocnicze pozostaje podłączone do zbiornika na gorącą wodę. Następnie dowiedzmy się więcej o wpływie rozmiaru panelu słonecznego na pozyskiwanie energii.
Zobacz także: Jakie są 4 rodzaje paneli słonecznych?
Jaki wpływ na ilość pozyskiwanej energii ma wielkość paneli słonecznych?
Wpływ rozmiaru paneli słonecznych na pozyskiwanie energii jest bezpośrednio związany z ich wydajnością. Oczywiście, rozmiar paneli słonecznych może zwiększać lub zmniejszać ich wydajność, wpływając tym samym na pozyskiwanie energii słonecznej. Podobnie, nieoczyszczony panel słoneczny oznacza zmniejszoną powierzchnię, co również może wpływać na pozyskiwanie energii. Parametry definiujące wydajność to:
1. Powierzchnia (gęstość) : Mierzy moc wyjściową energii w watach na stopę kwadratową. Oznacza to, że panele o większych rozmiarach i większej mocy generują więcej energii.
2. Ogniwo : Wydajność ogniwa jest mierzona w podobny sposób poprzez jego moc. Zatem im więcej ogniw, tym większa wydajność i większy uzysk energii słonecznej.
3. Moduł : Jest to ogólna sprawność paneli słonecznych lub modułu. Panel o sprawności 15% oznacza, że pochłania tylko 15% całkowitej energii słonecznej, która na niego pada. Dlatego bardziej wydajne moduły słoneczne zazwyczaj pozyskują więcej energii.
Jakie są zalety i wady metod pozyskiwania energii słonecznej?
Po zapoznaniu się z metodami pozyskiwania energii słonecznej, warto poznać ich zalety i wady. Pomimo tego, że jest to czyste źródło energii , istnieją również pewne wady.
1. Zalety technik pozyskiwania energii słonecznej
- Ślad węglowy można zmniejszyć dzięki podejściu przyjaznemu dla środowiska.
- Technologia jest zaawansowana i dojrzała, a nowe innowacje zapewniają większą wydajność.
- Zrównoważony producent energii
2. Wady technik pozyskiwania energii słonecznej
- Nie są one całkowicie wolne od zanieczyszczeń, ponieważ podczas produkcji krzemowych paneli słonecznych emitowane są gazy cieplarniane.
- Producenci są zależni od dostawców surowców z innych krajów, co skutkuje długimi łańcuchami dostaw.
- Ciężkie i sztywne panele redukują aplikacje. Wymagana przestrzeń i wydatki również działają jako wada.
Cóż, metody pozyskiwania energii słonecznej są zazwyczaj stosowane na dużą skalę, ale zawsze możesz zdecydować się na wersję o małych rozmiarach dla swojego domu lub biura. Na rynku dostępne są opcje. Ponadto urządzenia do pozyskiwania energii słonecznej dla niektórych metod są łatwo dostępne i instalowane do użytku domowego. Jednak każdy z nich wymaga paneli słonecznych, jeśli jest instalowany na małą skalę, aby zapewnić lepszą wydajność energetyczną.
