(O rețea fotovoltaică solară pe un acoperiș din Hong Kong. )
Energia solară este transformarea energiei din lumina solară în energie electrică, fie direct prin utilizarea celulelor fotovoltaice, a energiei solare concentrată, sau printr-o combinație. Sistemele concentrate de energie solară utilizează lentile sau oglinzi și sisteme de urmărire pentru a focaliza o suprafață mare de lumină solară într-o rază mică. Celulele fotovoltaice transformă lumina în curent electric utilizând efectul fotovoltaic.
Celulele fotovoltaice au fost inițial utilizate exclusiv ca sursă de energie electrică pentru aplicații de dimensiuni mici și medii, de la un calculator alimentat de o singură celulă solară la casele izolate, alimentate de un sistem fotovoltaic pe acoperiș. Centralele electrice solare concentrate au fost dezvoltate pentru prima dată în anii 1980. Instalația de 392 MW Ivanpah este cea mai mare centrală solară din lume, situată în deșertul Mojave din California.
Pe măsură ce costul energiei solare a scăzut, numărul de sisteme fotovoltaice solare conectate la rețea a crescut la ordinul milioanelor și sunt construite stații solare de energie electrică de sute de megawați. Celulele solare devine rapid o tehnologie ieftină și cu emisii scăzute de carbon pentru a valorifica energia regenerabilă din Soare. Curentul cel mai mare fotovoltaic din lume este de 850 MW, la Longyangxia Dam Solar Park, în Qinghai, China.
(Primele trei centrale de energie solară concentrată ale centralei electrice Solnova din Spania în prim-plan, cu turnurile de putere solară PS10 și PS20 în fundal.)
Agenția Internațională pentru Energie a prevăzut în 2014 că, în cadrul scenariului de „energie mare regenerabilă”, până în 2050 celulele fotovoltaice solare și energia solară concentrată vor contribui cu circa 16 și respectiv 11% din consumul mondial de energie electrică, iar celulele solare vor fi cea mai mare sursă de electricitate din lume. Majoritatea instalațiilor solare vor în China și India. Începând cu anul 2016, energia solară a furnizat doar 1% din producția globală de energie electrică, dar a crescut cu 33% pe an.
Tehnologii principale
(Expunerea medie la Soare. Rețineți că aceasta este pentru o suprafață orizontală, în timp ce panourile solare sunt în mod obișnuit susținute la un unghi și primesc mai multă energie pe unitatea de suprafață, în special la latitudini înalte. Potențialul energiei solare. Micile puncte negre arată suprafața terestră necesară pentru a înlocui energia primară mondială cu energie solară. )
Multe națiuni industrializate au instalat în rețelele lor o capacitate semnificativă de energie solară pentru a suplimenta sau a oferi o alternativă la sursele convenționale de energie, în timp ce un număr din ce în ce mai mare de națiuni mai puțin dezvoltate au apelat la energia solară pentru a reduce dependența de combustibilii importați costisitori. Transmisia pe distanțe lungi permite resurselor de energie regenerabilă la distanță să înlocuiască consumul de combustibil fosil. Centralele solare folosesc una dintre cele două tehnologii:
- Sistemele fotovoltaice utilizează panouri solare, fie pe acoperișuri, fie în ferme solare montate pe sol, transformând direct razele solare în energie electrică.
- Energia solară concentrată ( cunoscută și sub denumirea de „centrale termice solare concentrate”) utilizează energia solară termică pentru a produce abur, care apoi este transformat în energie electrică de către o turbină.
Celule fotovoltaice
(Schema unui sistem de alimentare cu energie electrică rezidențial conectat la rețea)
O celulă solară sau o celulă fotovoltaică este un dispozitiv care transformă lumina în curent electric utilizând efectul fotovoltaic. Prima celulă solară a fost construită de Charles Fritts în anii 1880. Industriasul german Ernst Werner von Siemens a fost printre cei care au recunoscut importanța acestei descoperiri. În 1931, inginerul german Bruno Lange a dezvoltat o celulă foto utilizând selenid de argint în locul oxidului de cupru, deși prototipul de celule de seleniu a transformat mai puțin de 1% din lumina incidentă în energie electrică. În urma lucrărilor lui Russell Ohl în anii 1940, cercetătorii Gerald Pearson, Calvin Fuller și Daryl Chapin au creat celula solară de siliciu în 1954. Aceste celule solare timpurii au costat 286 USD/watt și au atins eficiențe de 4,5-6%.
Sisteme fotovoltaice convenționale
Matricea unui sistem de energie fotovoltaică sau a unui sistem fotovoltaic produce o putere de curent continuu care fluctuează cu intensitatea luminii solare. Pentru utilizare practică aceasta necesită de obicei conversia la anumite tensiuni dorite sau la curent alternativ, prin utilizarea invertoarelor. Mai multe celule solare sunt conectate în interiorul modulelor. Modulele sunt cablate împreună pentru a forma rețele, apoi sunt legate de un invertor, care produc puterea la tensiunea dorită, iar pentru curent alternativ frecvența/faza dorită.
Multe sisteme fotovoltaice rezidențiale sunt conectate la rețea, oriunde este disponibilă, în special în țările dezvoltate cu piețe mari. În aceste sisteme fotovoltaice conectate la rețea, utilizarea stocării energiei este opțională. În anumite aplicații, cum ar fi sateliții, farurile sau în țările în curs de dezvoltare, bateriile sau generatoarele suplimentare de energie sunt adesea adăugate ca rezervă. Astfel de sisteme de alimentare autonomă permit operațiuni pe timp de noapte și în alte momente de lumină solară limitată.
Energie solară concentrată
(Un colector parabolic concentrează lumina Soarelui pe un tub în punctul său focal. )
Energia solară concentrată, denumită și „energie termică solară concentrată”, folosește lentile sau oglinzi și sisteme de urmărire pentru a concentra lumina soarelui, apoi utilizează căldura rezultată pentru a genera electricitate din turbine convenționale cu abur.
Există o gamă largă de tehnologii de concentrare: printre cele mai cunoscute se numără jgheabul parabolic, reflectorul compact Fresnel linear, vasul Stirling și turnul de energie solară. Diverse tehnici sunt folosite pentru a urmări soarele și a focaliza lumina. În toate aceste sisteme, un fluid de lucru este încălzit de lumina soarelui concentrată și este apoi utilizat pentru producerea de energie sau pentru stocarea energiei. Încălzirea termică permite o generare de energie electrică de până la 24 de ore.
Un jgheab parabolic constă dintr-un reflector parabolic liniar care concentrează lumina pe un receptor poziționat de-a lungul liniei focale a reflectorului. Receptorul este un tub poziționat de-a lungul punctelor focale ale oglinzii parabolice lineare și este umplut cu un fluid de lucru. Reflectorul este conceput să urmărească soarele în timpul orelor de zi prin urmărirea de-a lungul unei singure axe. Sistemele de bazine parabolice oferă cel mai bun factor de utilizare a oricărei tehnologii solare. Centralele SEGS din California și Nevada Solar One din Acciona, lângă Boulder City, Nevada, sunt reprezentanți ai acestei tehnologii.
Reflectoarele compacte Fresnel lineare sunt centrale care utilizează mai multe benzi de oglinzi subțiri în loc de oglinzi parabolice pentru a concentra lumina soarelui pe două tuburi cu fluid de lucru. Acest lucru are avantajul că pot fi utilizate oglinzi plate care sunt mult mai ieftine decât oglinzile parabolice și că mai multe reflectoare pot fi plasate în același spațiu, permițând utilizarea a mai multă lumină solară disponibilă. Concentrările reflectorilor liniari Fresnel pot fi utilizate fie în instalații mari, fie mai compacte.
Antena solară Stirling combină un vas parabolic de concentrare cu un motor Stirling care în mod normal acționează un generator electric. Avantajele sistemului Stirling asupra celulelor fotovoltaice sunt o eficiență mai mare în a transforma lumina soarelui în energie electrică și o durată mai lungă de viață. Sistemele de farfurie parabolică oferă cea mai mare eficiență între tehnologiile de concentrare. Centrala de 50 kW Big Canberra din Canberra, Australia, este un exemplu al acestei tehnologii.
Un turn de energie solară utilizează o serie de reflectoare de urmărire (heliostate) pentru a concentra lumina asupra unui receptor central deasupra unui turn. Turnurile electrice pot realiza o eficiență mai mare (conversia termică în energie electrică) decât schemele de concentrare cu urmărire liniară și o capacitate mai bună de stocare a energiei decât tehnologiile antenei. Centralele electrice PS10 și centralele solare PS20 sunt exemple ale acestei tehnologii.
Sisteme hibride
Un sistem hibrid combină cele două sisteme sau alte forme de generare, cum ar fi diesel, vântul și biogazul. Forma combinată de generare poate permite sistemului să moduleze puterea electrică în funcție de cerere sau cel puțin să reducă natura fluctuantă a energiei solare și consumul de combustibil neregenerabil. Sistemele hibride sunt cele mai des întâlnite pe insule.
Tehnologii emergente
Celule fotovoltaice concentrate
(Module de celule fotovoltaice concentrate pe tracker solar cu dublă axă în Golmud, China. )
Sistemele fotovoltaice concentrate folosesc lumina solară concentrată pe suprafețe fotovoltaice în scopul producerii de energie electrică. Spre deosebire de sistemele fotovoltaice convenționale, folosesc lentile și oglinzi curbate pentru a focaliza lumina soarelui asupra celulelor solare mici, dar foarte eficiente, cu mai multe joncțiuni. Pot fi folosiți concentratori solari de toate varietățile, iar acestea sunt adesea montate pe un tracker solar, pentru a păstra punctul focal asupra celulei pe măsură ce soarele se mișcă pe cer. Concentratoarele solare luminescente (atunci când sunt combinate cu o celulă fotovoltaică) pot fi de asemenea considerate ca un sistem de celule fotovoltaice concentrate. Celulele fotovoltaice concentrate sunt utile deoarece pot îmbunătăți eficiența panourilor solare fotovoltaice în mod drastic.
În plus, majoritatea panourilor solare de pe navele spațiale sunt de asemenea fabricate din celule fotovoltaice de înaltă eficiență cu randament ridicat pentru a obține energie electrică din lumina soarelui atunci când operează în sistemul solar interior.
Celule fotovoltaice plutitoare
Celule fotovoltaice plutitoare reprezintă o formă în curs de dezvoltare a sistemelor fotovoltaice care plutesc pe suprafața canalelor de irigare, a rezervoarelor de apă, a lacurilor de carieră și a iazurilor de decantare. Există mai multe sisteme în Franța, India, Japonia, Coreea, Regatul Unit și Statele Unite. Aceste sisteme reduc necesitatea unei suprafețe de teren valoroase, economisind apă potabilă care altfel ar fi pierdut prin evaporare, și au o eficiență mai mare a conversiei energiei solare, deoarece panourile sunt păstrate la o temperatură mai scăzută decât ar fi pe uscat.
Lasă un răspuns