Colectoarele solare sunt dispozitive care captează radiația solară și o folosesc pentru a genera căldură, fie pentru a găti alimente, a încălzi apă sau a genera electricitate. Colectoarele solare nu sunt noi – au fost folosite încă din secolul al XVIII-lea ca și cuptoare solare și începând cu secolul al XIX-lea pentru a genera abur și electricitate.
Tipuri de colectoare solare
Un colector solar poate costa miliarde de dolari pentru a aduce electricitate în orașe întregi sau mai puțin de 100 de dolari pentru a-l lua cu tine într-o excursie de camping. Dar fizica din spatele tehnologiei este mai mult sau mai puțin aceeași.
Cuptoare solare
Înainte de apariția celulelor fotovoltaice (FV) pentru a converti energia luminoasă a Soarelui (fotoni) direct în electricitate (volți), colectoarele solare absorbeau căldura pentru a găti alimente. În 1767, naturalistul și fizicianul din Geneva, Horace de Saussure, a creat un cuptor solar care a ridicat temperaturile până la 230 de grade F (110 grade C). Cuptoarele solare sunt încă folosite în întreaga lume astăzi ca o modalitate practică de a găti alimente fără electricitate sau combustie.
Lemnul și alți biocombustibili, cum ar fi turba, sunt încă sursele primare de combustibil pentru gătit pentru aproape jumătate din populația lumii. Înlocuirea lemnului cu cuptoare solare poate ajuta la prevenirea defrișărilor: un singur aragaz solar previne recoltarea unei tone de lemn pe an, conform Solar Cookers International. Gătitul cu căldura soarelui reduce, de asemenea, emisiile de carbon provenite din arderea lemnului și reduce poluarea aerului din interior.
Încălzitoare de apă
Încălzitoarele solare de apă sunt adesea panouri negre mici montate pe un acoperiș. Panourile ar putea fi confundate cu panourile solare FV, dar locuințele au nevoie de obicei de doar unul sau două panouri pentru a alimenta un încălzitor de apă.
Colectoarele solare pot fi, de asemenea, configurate ca o serie de tuburi colectoare negre, care acționează în general în același mod: atât panourile, cât și tuburile au materiale absorbante de căldură care conduc căldura către o sursă de apă. Adesea, ca și în fotografia de aici, încălzitorul de apă este atașat la panourile de pe acoperiș pentru a reduce pierderile de căldură și a maximiza presiunea apei. Încălzitoarele solare de apă pot fi folosite și pentru a încălzi piscinele.
Din punct de vedere comercial, încălzitoarele solare de apă există de când Clarence Kemp a introdus Climax în 1891. Acestea au devenit curând populare, în special în climatele însorite precum California și Florida, dar industria a fost afectată de companiile de utilități care au oferit stimulente clienților pentru a trece la încălzitoare de apă pe gaz și electrice.
Reintroducerea încălzitoarelor solare de apă poate combate schimbările climatice. În funcție de zona climatică, încălzitoarele solare de apă au fost estimate a putea satisface peste 80% din cererea anuală de apă caldă a unei regiuni și a reduce emisiile de gaze cu efect de seră provenite din încălzirea apei cu peste 90%.
Generarea de electricitate rezidențială
Colectoarele la scară mică disponibile la nivel rezidențial includ colectoare solare parabolice care au forma unei antene parabolice mari, dar conțin oglinzi, nu antene. Acestea generează electricitate prin direcționarea luminii solare către un motor Stirling. Spre deosebire de un motor cu ardere internă sau de o centrală termoelectrică, cum ar fi o centrală nucleară sau pe combustibili fosili, un motor Stirling nu emite gaze cu efect de seră și nu eliberează abur, pierzând astfel puțină apă în producerea electricității. Și cu puține piese în mișcare și fără emisii, acestea sunt sigure de utilizat într-o curte sau pe un acoperiș.
Pe lângă beneficiul direct al reducerii emisiilor, resursele energetice distribuite, cum ar fi colectoarele solare locale, pot ajuta la reducerea costurilor totale ale sistemului de generare și distribuție a electricității. Deoarece colectoarele solare sunt aproape de sursa cererii de electricitate, costul de transmisie al aducerii electricității către clienți este minim sau nul. Proprietarii de locuințe se pot bucura de independență energetică, să-și stocheze propria electricitate pentru a-și menține luminile aprinse chiar și în timpul penelor de curent și a reduce necesitatea ca firmele de utilități să construiască noi linii de transmisie pentru a aduce energie de la centrale electrice îndepărtate.
Ce sunt resursele energetice distribuite?
Resursele energetice distribuite (DER) sunt descentralizate, de obicei la scară mai mică, controlate local și mai aproape de clienți comparativ cu centralele electrice convenționale. DER-urile includ energia solară rezidențială și comunitară, generarea hidroelectrică mică, biomasa și energia geotermală.
Colectoare solare la scară utilitară
La cea mai mare scară, colectoarele solare sunt folosite în centralele de energie solară concentrată (CSP) pentru a produce sute de megawați de electricitate. Acestea utilizează o matrice mare de oglinzi pentru a direcționa lumina solară către un turn central care conține colectoare solare, generând astfel cantități masive de căldură. Căldura produce abur care pune în mișcare o turbină și creează electricitate. Într-un circuit închis, aproape toată apa folosită pentru a produce aburul este răcită, recuperată și refolosită.
Proiecte la scară largă, cum ar fi complexul Ivanpah Solar Electric Generating System din deșertul Mojave, au avut succes mixt, iar dezvoltarea de noi proiecte în Statele Unite s-a oprit. În timpul penelor de curent programate din California în 2020, complexul Ivanpah nu a putut funcționa la capacitate maximă. Și deși centralele CSP promit să furnizeze electricitate curată, regenerabilă atunci când funcționează la capacitate maximă, Ivanpah necesită încă arderea gazelor naturale pentru a porni în fiecare dimineață. La nivel mondial, proiectele CSP au fost rare și izolate.
O resursă neexploatată
Soarele este originea a aproape toată viața pe Pământ, dar proporțional rămâne cea mai puțin dezvoltată resursă naturală pe care o putem folosi pentru a alimenta civilizația modernă. Comparativ cu panourile solare fotovoltaice, colectoarele solare sunt modalități relativ ieftine și de tehnologie simplă de a valorifica această energie. Oricine a aprins vreodată ceva folosind doar lumina soarelui și o lupă știe de puterea pe care o deține această resursă neexploatată.
