Ce Este Energia Solară? Definiție, Cum Funcționează și Avantaje și Dezavantaje

Energia solară este radiația electromagnetică emisă de soare și capturată pentru a fi transformată în energie utilă. Plantele absorb energia solară pentru a transforma lumina soarelui în hrană prin procesul de fotosinteză, în timp ce oamenii captează lumina soarelui pentru a o transforma în electricitate utilă folosind procese precum efectul fotovoltaic.

Electricitatea produsă de energia solară poate fi utilizată în rețelele electrice sau stocată în baterii. Energia de la soare este abundentă și gratuită, iar costurile conversiei energiei solare în electricitate continuă să scadă pe măsură ce tehnologia solară devine mai avansată și mai eficientă. Energia solară este cea mai accesibilă și mai bogată sursă de energie de pe Pământ. De asemenea, are avantajul de a produce o amprentă de carbon mai redusă decât combustibilii fosili, ceea ce reduce impactul său general asupra mediului.

Definiția energiei solare

Soarele nostru este o stea făcută în mare parte din hidrogen și heliu. Produce energie în interiorul nucleului său printr-un proces numit fuziune nucleară, unde hidrogenul fuzionează pentru a crea un atom mai ușor de heliu. Energia care se pierde în acest proces iradiază în spațiu ca energie. O mică parte din această energie ajunge pe Pământ. În fiecare zi, energia solară care ajunge doar în S.U.A. este suficientă pentru a acoperi un an și jumătate din nevoile noastre de energie.

În prezent, S.U.A. are o capacitate de energie solară de aproximativ 97,2 gigawați. Doar aproximativ 3% din electricitatea generată în S.U.A. provine din energia solară. Restul provine în cea mai mare parte din combustibili fosili convenționali precum cărbunele și gazele naturale. Departamentul Energiei estimează că până în 2030, una din șapte locuințe din S.U.A. va avea panouri solare pe acoperiș datorită stimulentelor guvernamentale și reducerilor de costuri prin tehnologie mai eficientă.

Generarea de electricitate

Tehnologia solară poate prelua lumina soarelui și o poate transforma în energie utilizând panouri solare fotovoltaice (PV) sau prin concentrarea radiației solare folosind oglinzi speciale. Particulele individuale de lumină se numesc fotoni. Aceștia sunt pachete mici de radiație electromagnetică ce au cantități diferite de energie în funcție de cât de repede se mișcă. Fotonii sunt eliberați de soare în timpul procesului de fuziune nucleară atunci când hidrogenul este convertit în heliu. Dacă fotonii au suficientă energie, pot fi valorificați pentru a genera electricitate.

Panourile PV sunt fabricate din celule PV individuale. Aceste celule conțin materiale numite semiconductori, care permit electronilor să curgă prin ele. Cel mai comun tip de semiconductor utilizat în celulele PV este siliciul cristalin. Este relativ ieftin, abundent și durează mult timp. Dintre toate materialele semiconductoare, siliciul este, de asemenea, unul dintre cei mai eficienți conductori de electricitate.

Atunci când fotonii cu multă energie intră în contact cu semiconductorii, pot disloca electroni. Acești electroni produc un curent electric care poate fi utilizat pentru alimentare sau stocat într-o baterie.

Cea mai mare parte a energiei produse de panourile solare este trimisă în rețeaua electrică pentru a fi distribuită în locurile care au nevoie de electricitate. Chiar și panourile solare private de pe acoperiș trimit electricitatea în exces înapoi în rețeaua electrică. Stocarea în baterii tinde să fie costisitoare, iar vânzarea electricității în exces înapoi către companiile de electricitate este în prezent cea mai rentabilă modalitate de a produce electricitate solară.

Energie termică solară

Tehnologia energiei termice solare (STE) captează energia solară și o utilizează pentru căldură. Există trei categorii diferite de colectoare STE: de temperatură joasă, medie și înaltă.

Colectoarele de temperatură joasă utilizează fie aer, fie apă pentru a transfera energia termică colectată de soare către locația care trebuie încălzită. Acestea pot fi sub formă de colectoare solare vitrate care încălzesc aerul pentru a fi transferat printr-o clădire, pereți metalici sau rezervoare de apă montate pe acoperiș care sunt încălzite de lumina soarelui. Sunt cel mai frecvent utilizate pentru spații mici sau pentru încălzirea piscinelor.

Colectoarele de temperatură medie funcționează prin deplasarea unui agent chimic care nu îngheață printr-o serie de conducte care colectează lumina soarelui pentru a încălzi apa și aerul în clădirile rezidențiale și comerciale.

Colectoarele de temperatură înaltă utilizează o serie de oglinzi parabolice pentru a converti eficient energia solară în căldură de temperatură înaltă, care poate apoi genera electricitate. Oglinzile captează lumina soarelui și o concentrează în ceea ce se numește receptor. Acest sistem încălzește apoi fluidele conținute și le circulă pentru a produce abur. Asemenea generării convenționale de electricitate, aburul acționează apoi o turbină, care creează putere pentru un generator pentru a produce electricitatea dorită.

Oglinzile care colectează lumina soarelui trebuie să fie capabile să urmărească traiectoria soarelui pe parcursul zilei pentru a maximiza eficiența. Aceste sisteme mari sunt utilizate în mare parte de către companiile de utilități pentru a crea electricitate care să fie trimisă prin rețeaua electrică.

Energia solară astăzi

Tehnologia solară a făcut progrese incredibile în ultimele decenii și este de așteptat să crească și mai rapid în anii următori. În aproape toate părțile lumii, energia solară este cea mai ieftină energie de produs. Și costurile continuă să scadă pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește. Proiecțiile de cost pentru un kilowatt-oră de electricitate produsă de energia solară sunt estimate să fie de jumătate de cent până în anul 2050. Aceasta se compară cu rata comercială actuală la scară de utilități de aproximativ 6 cenți pe kWh.

În 2016, Departamentul Energiei al S.U.A. și-a publicat obiectivele pentru SunShot 2030, care includ reducerea costurilor producției de energie solară și creșterea drastică a cantității de electricitate generată din surse solare. Extinderea accesului la energia solară și reducerea timpului necesar pentru crearea infrastructurii solare se numără printre modalitățile prin care Departamentul Energiei intenționează să atingă aceste obiective.

Avantaje și dezavantaje

Energia solară devine din ce în ce mai accesibilă, și ar putea chiar deveni mai ieftină decât energia convențională produsă de combustibilii fosili pe măsură ce tehnologia devine mai eficientă. Stimulentele guvernamentale atât pentru proprietarii de locuințe, cât și pentru afaceri o fac o tehnologie atractivă pentru investiții.

Deși există numeroase avantaje ale energiei solare, dezavantajele continuă să o împiedice să fie accesibilă tuturor. Din păcate, nu toți consumatorii de electricitate își pot instala propriul sistem fotovoltaic. Unii oameni nu dețin locul în care locuiesc, sau casele lor nu primesc suficientă lumină solară pentru ca panourile solare să fie eficiente. Și deși prețul panourilor solare a scăzut dramatic în ultimul deceniu, costurile inițiale ale instalării panourilor solare pe acoperiș sunt încă prohibitive pentru mulți.

La scară comercială, producția de energie solară continuă să fie o modalitate pentru companii de a produce electricitate fără a contribui la creșterea nivelului de gaze cu efect de seră din atmosferă. Panourile solare pot fi amplasate în același loc cu culturile comerciale pentru a reduce suprafața de teren arabil pe care o fac inutilizabilă pentru agricultură.

Generarea de electricitate solară în sine nu emite poluanți; cu toate acestea, producția panourilor solare, cu excepția cazului în care este realizată cu energie solară, continuă să producă emisii. Panourile solare, de asemenea, nu sunt reciclabile în majoritatea părților lumii. La sfârșitul duratei lor utile, majoritatea panourilor solare sunt eliminate în depozitele de deșeuri. Acest proces are potențialul de a elibera substanțe chimice toxice în mediu.

Unele unități din Europa deschid calea în reciclarea panourilor solare și găsesc modalități de a reutiliza multe dintre materialele originale pentru panouri solare noi. Acest lucru reduce, de asemenea, impactul asupra mediului, scăzând numărul de materiale semiconductoare noi care trebuie extrase și prelucrate. Pe măsură ce energia solară crește în popularitate și accesibilitate, cererea pentru reciclarea panourilor solare va crește cel mai probabil.