Energetyka słoneczna


  1. Energia słoneczna PLANETY UKŁADU SŁONECZNEGO Odległość od Słońca w milionach kilometrów 58 108 149 227 Słońce jest centralną gwiazdą Układu Słonecznego, wokół której krąży Ziemia, inne planety oraz mniejsze ciała niebieskie. Słońce to najjaśniejszy obiekt na niebie i główne źródło energii docierającej do Ziemi. Słońce jest kulą zjonizowanego gazu o zróżnicowanej gęstości (średnio 1408 kg/m3). Słońce – 74% stanowi wodór, 25% hel, a 1% pierwiastki cięższe. Wiek Słoń- ca szacowany jest na 4,57 · 109 lat. Masa 1,989 · 1030 kg (330 950 razy więcej niż Ziemia). Średnica 1,392 · 106 km (109 średnic Ziemi). Słońce nieustannie produkuje energię promieniowania w wyniku reakcji syntezy termojądrowej, z mocą 3,845 · 1026 W. Temperatura powierzchni: 5762K ±5.
  2. Atmosfera Ziemi

Powłoka gazowa otaczająca Ziemię, utrzymywana jest siłami grawitacji. Chroni Ziemię przed promieniowaniem ultrafioletowym i łagodzi skutki promieniowania elektromagnetycznego, zmniejsza różnice temperatur między dniem i nocą oraz ogranicza ucieczkę ciepła w wyniku efektu cieplarnianego. Ciśnienie atmosfery na poziomie morza 1013,25 hPa (760 mmHg). Masa atmosfery 5,3 · 1015 ton. Skład: azot (78,08% objętości), tlen (20,94%), argon (0,93%), dwutlenek węgla (0,039%) oraz śladowe ilości gazów szlachetnych (hel, neon, krypton i ksenon) oraz metan, wodór, tlenek i podtlenek azotu, ozon i związki siarki. Troposfera (do ok. 12 km): strefa leżąca nad po- wierzchnią Ziemi, od 8 km na biegunach do 18 km nad równikiem. Temperatura –50°C. Na poziomie morza średnie ciśnienie wynosi 1013,27 hPa, a gęstość powietrza ok. 1,225 kg/m3 (atmosfera wzorcowa). W troposferze zachodzą wszystkie zjawiska pogodowe. Docierająca do naszej planety wiązka promieniowania słonecznego w 99% składa się z krótkofalowego promieniowania elektromagnetycznego o długości fali od 0,1 do 4 mikrometrów. 45% promieniowanie widzialne – światło, 46% promieniowanie podczerwone – ciepło, 9% promieniowanie nadfioletowe (ultrafiolet). Pozycję Słońca określa się, podając azymut oraz kąt wzniesienia (wysokość) nad horyzontem. Dla systemów PV podaje się kierunek względem kierunku południowego.

  1. Oddziaływanie atmosfery z promieniowaniem

Promieniowanie słoneczne przechodząc przez atmosferę ziemską jest częściowo absorbowane i odbijane (ok. 30% mocy docierającej do górnych warstw stratosfery), a następnie dociera do powierzchni jako promieniowanie rozproszone (ok. 23% promieniowania całkowitego) oraz w postaci wiązki bezpośredniej (77%). Promieniowanie bezpośrednie: przenosi większość energii. Kierunek padania jest istotny dla działania i projektowania systemów PV. Promieniowanie rozproszone: pochodzi z całej hemisfery nieba, ma zabarwienie niebieskie ze względu na rozpraszanie fal o większych energiach, pozwala na działanie systemu PV podczas pochmurnych dni. Promieniowanie odbite: nie jest użyteczne w systemach PV ze względu na nie- przewidywalny kierunek odbicia.

  1. Wielkość energii słonecznej na Ziemi

Energia słoneczna ogrzewa kulę ziemską mocą rzędu ok. 81 000 · 106 MW, z tego 27 000 · 106 MW przypada na lądy. Światowe zużycie wszystkich postaci energii wynosi ok. 10 · 106 MW. Potencjał teoretyczny promieniowania słonecznego w Polsce szacuje się na ok. 1,1 · 106 PJ rocznie w przeliczeniu na powierzchnię kraju (ok. 1000 kWh/m2/rok). Ok. 80% tej energii przypada na miesiące od kwietnia do września. Szacuje się, że roczny potencjał możliwy do wykorzystania do produkcji energii elektrycznej i cieplnej, z energii słonecznej wynosi w Polsce ok. 1340 PJ. Zakłada się, że od roku 2020 możliwości finansowe i techniczne zezwolą na wykorzystanie ok. 20 PJ. Amerykańscy uczeni policzyli, że w godzinę nasza planeta otrzymuje ze słońca tyle energii, ile ludzkość zużywa w ciągu roku. Wartość energii słonecznej w warunkach polskich zawiera się w granicach 0÷5,5 kWh/m2/dzień, w ciągu miesiąca osiąga wartość 11,6÷160,1 kWh/m2. Przyjmuje się, że średnia wartość napromieniowania słonecznego w ciągu roku w Polsce jest na poziomie 1000 kWh/m2. W naszym kraju (wg PN-B-02025) ilość godzin w roku, możliwych do praktycznego wykorzystania przez OZE wynosi ok. 1600. Średnia moc promieniowania, wielkość używana do obliczeń, to iloraz napromieniowania słonecznego i ilości godzin słonecznych; wynosi ok. 600 W/m2. Należy jednak zadać pytanie, dlaczego wykorzystanie energii słonecznej jest takie trudne, skoro słońce świeci przecież za darmo? Przyczyną jest: mała gęstość energii słonecznej, mała moc padających promieni, nierównomierność padania, koszt urządzeń przetwarzających. Spalając kostkę węgla o krawędzi 10 cm, ważącą ok. 1 kg, uzyskamy energię cieplną o wartości ok. 7 kWh. Dla otrzymania z kwadratu o boku 10 cm takiej samej ilości energii w wyniku promieniowania słonecznego potrzeba roku.

  1. Zalety promieniowania słonecznego jako źródła energii

– dostępna na całej kuli ziemskiej;

– darmowa energia;

– korzystanie z tego źródła energii nie wpływa negatywnie na zmiany klimatyczne Ziemi;

– zasoby energetyczne słońca są niewyczerpane;

– korzystanie z nich nie wpływa na bilans energetyczny Ziemi.