Energia słoneczna

Słońce, jedna z miliarda gwiazd, jest źródłem energii wszystkich znanych istot żyjących na Ziemi. Energia słoneczna docierająca na ziemię w ciągu 40 minut pokryła by zapotrzebowanie całoroczne człowieka.

Paliwa naturalne, takie jak węgiel i ropa naftowa, eksploatowane nadal w takim samym tempie jak obecnie wyczerpią się w przyszłym stuleciu. Elektrownie jądrowe, które wydawały się być dobrą alternatywą są dość ryzykowne, jak pokazała katastrofa w Czarnobylu (Ukraina) w 1986r. Ze wszystkich źródeł energii energia słoneczna jest najbezpieczniejsza.

Promieniowanie słoneczne

Około 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijane przez atmosferę, a 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50% energii dociera do powierzchni ziemi.

Wiele pożarów w gorących regionach Ziemi jest wywołany przez ogniskowanie promieni słonecznych w porannej rosie. Już 400 lat p.n.e. Grecy wykorzystywali promienie słoneczne, skupione na szklanej kuli wypełnionej wodą, do rozniecania ognia. Chińczycy 200 lat p.n.e., wykorzystywali zakrzywione zwierciadła do skupiania promieni słonecznych.

W nowoczesnych kuchenkach słonecznych skupione promienie służą do podgrzewania żywności. Zakrzywiony koncentrator ogniskuje promienie słoneczne na produktach. Niektóre kuchenki, zamiast zakrzywionego zwierciadła, wykorzystują płaskie reflektory, ustawione pod odpowiednim kątem.

Podobna technika jest stosowana w piecach przemysłowych. W Mont Louis, we Francji wielopiętrowa konstrukcja małych reflektorów, odpowiednio ustawionych, tworzy gigantyczne zakrzywione zwierciadło. W punkcie skupienia uzyskuje się temperaturę do 3000⁰ C - właściwą do obróbki wielu metali.

Ogrzewanie domów

Wszystkie domy są ogrzewane przez słońce, ale tylko niektóre są skonstruowane w taki sposób, aby uzyskać jak najwięcej energii cieplnej. Umożliwia to znaczną redukcję zapotrzebowania energii. W takich domach duże okna projektuje się od strony najbardziej nasłonecznionej, a małe od przeciwnej. W niektórych rozwiązaniach stosuje się zasłony izolujące ciepło, które zamykane na noc nie pozwalają na ucieczkę ciepła nagromadzonego w dzień. Takie rozwiązanie jest tzw. system pasywnym.

Inne zastosowanie energii słonecznej w domu polega na podgrzewaniu wody. Promienie słoneczne podgrzewają wodę, która przepływa przez płaskie panele tworzące radiatory absorbujące ciepło. Te panele umieszcza się zazwyczaj na dachu domu, pod kątem zapewniającym największy pobór ciepła słonecznego. Zimna woda jest pompowana do paneli i tam podgrzewana przez ciepło absorbowane z promieni słonecznych.

Baterie słoneczne

Baterie słoneczne są to urządzenia elektroniczne, które wykorzystują zjawisko fotowoltaniczne do zmiany światła w prąd elektryczny. Każde małe ogniwo wytwarza mały prąd, ale duża ilość ogniw, wzajemnie połączonych jest w stanie wytworzyć prąd o użytecznej mocy. Ogniwa są zbudowane z cienkich warstw półprzewodników, zwykle z krzemu. Czasem wykorzystuje się arszenik galu, ponieważ pozwala na pracę ogniw w wysokich temperaturach. Jest to istotne zastosowanie w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze. Baterii używa się również w małych kalkulatorach i zegarkach.

W 1981r. słoneczny samolot Solar Chalenger przeleciał nad kanałem La Manche wykorzystując jako źródło zasilania tylko energię słoneczną. Skrzydła tego samolotu pokryte były bateriami słonecznymi, które zasilały silnik elektryczny. Na Florydzie, w Stanach Zjednoczonych publiczne automaty telefoniczne są zasilane przez baterie słoneczne montowane na chroniącym je dachu.

Energia w odległych regionach

W odległych regionach baterie słoneczne są używane na co dzień w domu. Energia słoneczna służy do ładowania akumulatorów, co umożliwia korzystanie z energii elektrycznej również w nocy.

Ogniwa słoneczne są niezawodne. Raz zamontowane nie wymagają konserwacji przez wiele lat. W Wielkiej Brytanii niektóre niezamieszkane domy są zasilane energią słoneczną. Także stacje meteorologiczne korzystają z baterii słonecznych.

Ilość energii pochodząca z baterii słonecznych nie zależy od temperatury otoczenia, a od nasłonecznienia. Dlatego też jest możliwe, aby latarnia o mocy 360 kW na lądowisku samolotów pracowała na zamarzniętej Alasce.

Ogniwa słoneczne były wykorzystywane w komunikacji satelitarnej od 60 lat. Najnowsza technologia ogniw fotowoltanicznych ma być zastosowana w stacji kosmicznej Freedom, konstruowanej w Stanach Zjednoczonych. Ma być ona wyposażona w osiem skrzydeł fotowoltanicznych, które umożliwiają wytworzenie energii elektrycznej o mocy 75 kW.

Możliwe, że w następnym stuleciu, dzięki projektowi amerykańskiego inżyniera dr Petera Glasera będziemy korzystać z energii dostarczanej z przestrzeni kosmicznej. Ten projekt zakłada wystrzelenie na orbitę okołoziemską zestawu 40 satelitarnych elektrowni słonecznych (SPS - Solar Power Satelites), wyposażonych w olbrzymie panele baterii słonecznych. Wytworzona elektryczność ma być zamieniana na promieniowanie mikrofalowe, transmitowane do odbiorników na Ziemi, gdzie nastąpi znowu zamiana mikrofal w prąd elektryczny. Zadaniem Europejskiej Agencji Przestrzeni Kosmicznej 40 SPS-ów zaspokoi jedną czwartą zapotrzebowania na energię elektryczną Zjednoczonej Europy do 2040 roku.

Niestety, mikrofalowe wiązki energii z satelitarnych elektrowni słonecznych spaliłyby wszystkie napotkane na drodze niemetalowe przedmioty oraz żywe istoty. Wielu naukowców uważa jednak, że w niedalekiej przyszłości będziemy korzystać z energii wytworzonej w przestrzeni okołoziemskiej.