Łatwo jest wyjrzeć przez okno w listopadzie i pomyśleć, że energia słoneczna nie ma sensu, ale nawet gdy są zimne i krótkie dni, energia elektryczna jest produkowana.
Energia słoneczna to promieniowanie elektromagnetyczne, które jest emitowane przez słońce i wychwytywane w celu przekształcenia w użyteczną energię. Rośliny pochłaniają energię słoneczną, aby przekształcić światło słoneczne w żywność w procesie fotosyntezy, podczas gdy ludzie wychwytują światło słoneczne, aby przekształcić je w użyteczną energię elektryczną za pomocą procesów takich jak efekt fotowoltaiczny.
Czytaj dalej Popidol: Kim Kardashian nie będzie w najbliższym czasie wszczynać postępowania sądowego
Energia elektryczna wytwarzana przez energię słoneczną może być wykorzystywana w sieciach energetycznych lub magazynowana w akumulatorach. Energia słoneczna jest obfita i bezpłatna, a koszt konwersji energii słonecznej na energię elektryczną nadal spada, ponieważ technologia słoneczna staje się coraz bardziej zaawansowana i wydajna. Energia słoneczna jest najbardziej dostępnym i obfitym źródłem energii na Ziemi. Ma również tę zaletę, że wytwarza niższy ślad węglowy niż paliwa kopalne, co zmniejsza ogólny wpływ na środowisko.
Definicja energii słonecznej
Nasze Słońce jest gwiazdą składającą się głównie z wodoru i helu. Wytwarza energię w swoim jądrze w procesie zwanym fuzją jądrową, w którym wodór łączy się, tworząc lżejszy atom helu. Energia tracona w tym procesie promieniuje w przestrzeń kosmiczną jako energia. Niewielka część tej energii dociera do Ziemi. Każdego dnia energia słoneczna, która dociera do samych Stanów Zjednoczonych, wystarcza na zaspokojenie naszych potrzeb energetycznych przez półtora roku.
Obecnie Stany Zjednoczone mają moc słoneczną około 97,2 gigawatów. Tylko około 3% energii elektrycznej wytwarzanej w Stanach Zjednoczonych pochodzi z energii słonecznej. Reszta pochodzi w przeważającej mierze z konwencjonalnych paliw kopalnych, takich jak węgiel i gaz ziemny. Departament Energii przewiduje, że do 2030 r. jeden na siedem domów w USA będzie miał panele słoneczne na dachach dzięki zachętom rządowym i redukcji kosztów dzięki bardziej wydajnej technologii.
W Europie moc energii słonecznej w 2024 r. wyprzedziła energię elektryczną wytwarzaną z paliw kopalnych i węgla. Prowadzi to do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych z produkcji energii elektrycznej, ponieważ energia odnawialna zastępuje paliwa kopalne.
Ponadto kraje europejskie oszczędzają pieniądze, które w przeciwnym razie zostałyby wykorzystane na zakup ropy i gazu. Tylko w ciągu ostatnich pięciu lat – od 2019 r., kiedy UE uzgodniła strategię zielonego wzrostu na rzecz Europy neutralnej dla klimatu do 2050 r. – rozwój nowych elektrowni fotowoltaicznych i turbin wiatrowych pozwolił krajom europejskim zaoszczędzić 59 mld euro na zmniejszeniu importu paliw kopalnych.
Tak wynika z nowej analizy przeprowadzonej przez międzynarodowy think tank energetyczny Ember, który zbadał stan transformacji dostaw energii elektrycznej w Europie. W rzeczywistości transformacja zachodzi tak szybko, że w 2024 roku energia słoneczna po raz pierwszy przewyższyła energię węglową. Tym samym energetyka węglowa stanowi coraz mniejszą część europejskiego zaopatrzenia w energię.
Ponadto piąty rok z rzędu spadło zużycie gazu. Ogólnie rzecz biorąc, udział energii elektrycznej ze źródeł kopalnych w Europie jest obecnie na najniższym poziomie od ponad 40 lat.
„Paliwa kopalne tracą kontrolę nad dostawami energii do UE” – mówi Chris Rosslowe, starszy analityk w Ember.
„Kiedy w 2019 r. przyjmowano unijną strategię zielonego wzrostu, niewiele osób wierzyło, że transformacja energetyczna UE doprowadzi do miejsca, w którym znajduje się dzisiaj, gdzie energia wiatrowa i słoneczna wypchną węgiel na dalszy plan i wepchną gaz w strukturalne spowolnienie” – mówi.
W rezultacie emisja CO₂ z produkcji energii elektrycznej spadła o dziewięć procent w ciągu zaledwie jednego roku. Emisje są obecnie o ponad połowę niższe od szczytowego poziomu w 2007 r.
Nie oznacza to, że elektryczność w magiczny sposób zmieniła kolor na całkowicie zielony. W ubiegłym roku produkcja energii elektrycznej w UE wyemitowała prawie 600 mln ton gazów cieplarnianych. Jest to jednak o 630 mln ton mniej niż niecałe 20 lat temu.
Energia słoneczna rozwija się we wszystkich krajach
W 17 krajach europejskich nadal działają elektrownie węglowe – a w 16 z tych 17 krajów zużycie węgla spadło. Jest to korzystne zarówno dla klimatu, jak i zdrowia publicznego, ponieważ węgiel jest najbardziej szkodliwym dla klimatu źródłem energii, a jednocześnie powoduje zanieczyszczenie cząstkami stałymi, które jest bardzo szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Zanieczyszczenie cząstkami stałymi – nie tylko z węgla, ale także z samochodów, rolnictwa, fabryk i tym podobnych – zabija co roku 350 000 Europejczyków. Za każdym razem, gdy ograniczamy spalanie paliw kopalnych, poprawia się to dla zdrowia naszych płuc.
Na szczęście w większości tych krajów zużycie węgla spada. Jednocześnie produkcja energii słonecznej wzrasta we wszystkich krajach UE.
Nie tylko bogate kraje czy pionierzy klimatu na kontynencie instalują panele słoneczne.
W Polsce, gdzie ponad jedna trzecia zużywanej energii elektrycznej pochodzi z węgla, udział energii słonecznej wzrósł z zera pięć lat temu do dziewięciu procent obecnie. Oznacza to wzrost od zera do prawie jednej dziesiątej mocy dostarczanej przez energię. Jest to znaczący i szybki wzrost. Ponadto spada zużycie węgla w kraju. Energia słoneczna gwałtownie rośnie również na Litwie, w Bułgarii, Austrii, na Cyprze, w Hiszpanii, Portugalii i Grecji. Jednak pierwsze miejsce pod względem udziału energii słonecznej należy do… Węgry, gdzie jedna czwarta energii elektrycznej pochodzi obecnie z paneli słonecznych.
Wytwarzanie energii elektrycznej Technologia słoneczna
może pobierać światło słoneczne i przekształcać je w energię za pomocą paneli słonecznych fotowoltaicznych (PV) lub poprzez skupianie promieniowania słonecznego za pomocą specjalnych luster. Niektóre cząstki światła nazywane są fotonami. Są to małe pakiety promieniowania elektromagnetycznego, które mają różną ilość energii w zależności od tego, jak szybko się poruszają. Fotony są uwalniane przez Słońce podczas procesu fuzji jądrowej, gdy wodór jest przekształcany w hel. Jeśli fotony mają wystarczającą ilość energii, można je wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej.
Panele fotowoltaiczne zbudowane są z pojedynczych ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa te zawierają materiały zwane półprzewodnikami, które umożliwiają przepływ elektronów przez nie. Najpopularniejszym rodzajem półprzewodników stosowanych w ogniwach fotowoltaicznych jest krzem krystaliczny. Jest stosunkowo tani, obfity i wystarcza na długi czas. Spośród wszystkich materiałów półprzewodnikowych krzem jest również jednym z najbardziej wydajnych przewodników elektryczności.
Kiedy fotony o dużej energii wchodzą w kontakt z półprzewodnikami, mogą wybić elektrony. Elektrony te wytwarzają prąd elektryczny, który może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej lub przechowywany w akumulatorze.
Większość energii wytwarzanej przez panele słoneczne jest przesyłana do sieci elektrycznej w celu dystrybucji do miejsc, które potrzebują energii elektrycznej. Nawet prywatne panele słoneczne na dachach wysyłają nadwyżki energii elektrycznej z powrotem do sieci energetycznej. Magazynowanie energii w akumulatorach jest zwykle kosztowne, a sprzedaż nadwyżek energii elektrycznej z powrotem do firm energetycznych jest obecnie najbardziej opłacalnym sposobem produkcji energii słonecznej.
Słoneczna energia cieplna
Technologia słonecznej energii cieplnej (STE) wychwytuje energię słoneczną i wykorzystuje ją do ogrzewania. Istnieją trzy różne kategorie kolektorów STE: niska, średnia i wysoka temperatura.
Kolektory niskotemperaturowe wykorzystują powietrze lub wodę do przekazywania energii cieplnej zebranej przez słońce do miejsca, które ma być ogrzewane. Mogą mieć postać przeszklonych kolektorów słonecznych, które ogrzewają powietrze, które ma być przepuszczane przez budynek, metalowych ścian lub zamontowanych na dachu pęcherzy wodnych, które są ogrzewane przez światło słoneczne. Najczęściej stosuje się je do małych pomieszczeń lub do podgrzewania basenów.
Kolektory średniotemperaturowe działają poprzez przenoszenie substancji chemicznej, która nie zamarza, przez szereg rur, które zbierają światło słoneczne w celu ogrzania wody i powietrza w domach i budynkach komercyjnych.
Kolektory wysokotemperaturowe wykorzystują szereg luster anten satelitarnych do wydajnego przekształcania energii słonecznej w ciepło o wysokiej temperaturze, które może następnie wytwarzać energię elektryczną. Lustra przechwytują światło słoneczne i skupiają je na tak zwanym odbiorniku. System ten następnie podgrzewa zawarte ciecze i cyrkuluje je w celu wytworzenia pary. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnego wytwarzania energii elektrycznej, para obraca następnie turbinę, która wytwarza energię dla generatora w celu wytworzenia pożądanej energii elektrycznej.
Lustra, które zbierają światło słoneczne, muszą być w stanie podążać za ścieżką słońca przez cały dzień, aby zmaksymalizować swoją skuteczność. Te duże systemy są najczęściej wykorzystywane przez elektrownie do produkcji energii elektrycznej, która ma być przesyłana przez sieć energetyczną.
Energia słoneczna dzisiaj
Technologia słoneczna poczyniła niesamowite postępy w ostatnich dziesięcioleciach i oczekuje się, że w nadchodzących latach będzie rosła jeszcze szybciej. Niemal w każdym zakątku świata energia słoneczna jest najtańszą energią do wyprodukowania. A koszty nadal spadają wraz z rozwojem technologii. Prognozowane koszty jednej kilowatogodziny energii elektrycznej wyprodukowanej przez energię słoneczną szacuje się na pół centa do 2050 roku. Dla porównania, obecna cena sieci komercyjnej wynosi około 6 centów za kWh.
W 2016 roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych ogłosił swoje cele dla SunShot 2030, które obejmują obniżenie kosztów wytwarzania energii słonecznej i drastyczne zwiększenie ilości wytwarzanej energii słonecznej. Rozszerzenie dostępu do energii słonecznej i skrócenie czasu potrzebnego na budowę infrastruktury słonecznej to jedne ze sposobów, w jakie Departament Energii planuje osiągnąć te cele.
Plusy i minusy
Energia słoneczna staje się coraz bardziej przystępna cenowo, a nawet może stać się tańsza niż konwencjonalna energia wytwarzana z paliw kopalnych, ponieważ technologia staje się coraz bardziej wydajna. Zachęty rządowe zarówno dla właścicieli domów, jak i firm sprawiają, że jest to atrakcyjna technologia do inwestowania.
Chociaż energia słoneczna ma wiele zalet, jej wady sprawiają, że nie jest ona dostępna dla każdego. Niestety nie wszyscy odbiorcy energii elektrycznej są w stanie zainstalować własną instalację fotowoltaiczną. Niektórzy ludzie nie są właścicielami miejsca, w którym mieszkają, lub ich domy nie mają wystarczającej ilości światła słonecznego, aby panele słoneczne były skuteczne. I chociaż cena paneli słonecznych drastycznie spadła w ciągu ostatnich dziesięciu lat, początkowy koszt instalacji paneli słonecznych na dachu nadal ogranicza koszty dla wielu.
Na skalę komercyjną wytwarzanie energii słonecznej nadal jest dla firm sposobem na produkcję energii elektrycznej bez przyczyniania się do wzrostu poziomu gazów cieplarnianych w atmosferze. Panele słoneczne mogą być umieszczane w tym samym miejscu co uprawy komercyjne, aby zmniejszyć ilość gruntów ornych, które sprawiają, że nie nadają się do użytku rolniczego.
Produkcja energii słonecznej sama w sobie nie emituje zanieczyszczeń, jednak produkcja paneli słonecznych, o ile nie są one zasilane energią słoneczną, nadal wytwarza emisje. Panele słoneczne nie nadają się również do recyklingu w większości części świata. Pod koniec okresu użytkowania większość paneli słonecznych jest wyrzucana na wysypiska śmieci. Proces ten może potencjalnie uwalniać toksyczne chemikalia do środowiska.
Niektóre zakłady w Europie są pionierami w recyklingu paneli słonecznych i znajdują sposoby na ponowne wykorzystanie wielu oryginalnych materiałów do produkcji nowych paneli słonecznych. Zmniejsza to również wpływ na środowisko poprzez zmniejszenie liczby nowych materiałów półprzewodnikowych potrzebnych do wydobycia i przetworzenia. Wraz ze wzrostem popularności i przystępności cenowej energii słonecznej prawdopodobnie wzrośnie zapotrzebowanie na recykling paneli słonecznych.
Często zadawane pytania
Ile kosztuje energia słoneczna?
W 2020 roku raport Międzynarodowej Agencji Energetycznej World Energy Outlook nazwał energię słoneczną „najtańszą energią elektryczną w historii”. Amerykański przemysł fotowoltaiczny osiągnął swój cel kosztowy na 2020 r. w wysokości 0,06 USD za kWh trzy lata wcześniej, w 2017 r., a teraz dąży do dalszego obniżenia kosztów do 0,03 USD za kWh do 2030 r.
Jaka część energii zużywanej w USA pochodzi z energii słonecznej?
Biuro Efektywności Energetycznej i Energii Odnawialnej twierdzi, że około 3% całej energii elektrycznej zużywanej w Stanach Zjednoczonych pochodzi z energii słonecznej „w postaci fotowoltaiki (PV) i skoncentrowanej słonecznej energii cieplnej (CSP)”.
Jakie są pułapki związane z energią słoneczną?
Energia słoneczna jest chwalona jako odnawialna alternatywa dla paliw kopalnych, ale podczas gdy sama produkcja energii jest neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla, produkcja paneli jest znana z tego, że jest dość zanieczyszczająca. Panele są wykonane z toksycznych chemikaliów, które zanieczyszczają wodę i pogarszają jakość powietrza. Często są one również wykonane z materiałów, które zostały wydobyte w sposób niezrównoważony. I na dzień dzisiejszy nie są one poddawane recyklingowi na dużą skalę.
Skąd wiesz, czy energia słoneczna jest dla Ciebie odpowiednia?
Przejście z tradycyjnej energii opartej na paliwach kopalnych na energię słoneczną może przynieść korzyści Tobie (i planecie), jeśli Twój dom będzie miał od pięciu do sześciu godzin słońca dziennie. Powinieneś wziąć pod uwagę klimat, w którym mieszkasz, lokalne przepisy, ceny energii słonecznej w Twojej okolicy, wielkość dachu oraz to, czy system energii słonecznej może zwiększyć lub obniżyć wartość Twojego domu.
Przeczytaj: Klucz do norweskiej gospodarki oceanicznej: Dlaczego stal duplex jest kluczową inwestycją w sukces w branży offshore i akwakultury