A fenntartható napenergia térhódítása
A napenergia környezetbarát energiaforrás. Tudja meg, mit tehet a napsugárzás a bolygó energiaellátásáért és megőrzéséért.
Mi a napenergia?
A napenergia a Napból származó energia. A Nap hőjét és fényét arra használják fel, hogy áramot vagy hőenergiát állítsanak elő a háztartások, vállalkozások és egyéb üzemeltetési igények kielégítéséhez. A napenergia-rendszer teljesítményét wattban mérik.
A napenergia – más néven napelem, napenergia-termelés vagy napsugárzás – a legbőségesebb megújuló energiaforrás. A megújuló energiaforrás olyan energiaforrás, amely újratermelődik. A fosszilis tüzelőanyagokkal (kőolaj, földgáz és szén) ellentétben ez az energiaforrás nem merül ki egy felhasználás után. Emellett a szél-, a víz- és a geotermikus energia is a megújuló energiaforrások közé tartozik.
Talán meglepő lesz, ha megtudja, hogy a napenergia-technológiák nem a modern kor felfedezései: Az emberek már az i. e. 7. század óta használják a napenergiát, amikor nagyítóval és a napsugarakkal gyújtottak tüzet és égettek hangyákat. Természetesen azóta jelentős fejlesztések és előrelépések történtek a napenergia-technológiák terén.
Íme egy rövid áttekintés és idővonal a napenergia fejlődéséről, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma szerint:
- 1767-ben Horace de Saussure svájci tudós megépítette a világ első napkollektorát.
- Edmond Becquerel francia fizikus 1839-ben fedezte fel a fotovoltaikus hatást – amikor a fény vagy sugárzó energia feszültséget vagy elektromos áramot hoz létre.
- Évtizedekkel később Augustin Mouchot francia matematikus szabadalmat jegyeztetett be napenergiával működő motorokra.
- 1883-ban Charles Fritts New York-i feltaláló a Smithsonian Magazine szerint a szelén vékony aranyréteggel való bevonásával olyan napelemet hozott létre, amely 1-2 százalékos energiaátalakítási arányt ért el (összehasonlításképpen: a legtöbb modern napelem 15 és 20 százalék közötti arányban működik). Edward Weston feltaláló öt évvel később két szabadalmat kapott a napelemekre.
- Albert Einstein az 1900-as évek elején publikált egy tanulmányt a fotoelektromos hatásról.
- 1954-ben a Bell Telephone Laboratories előállította a szilícium napelemet – az első olyan cellát, amely 4 százalékos (később 11 százalékos) hatásfokkal képes volt annyi energiát átalakítani, amennyi a mindennapi elektromos berendezések működtetéséhez szükséges. Hat évvel később a Hoffman Electronics 14 százalékos hatékonyságot ért el.
- Az 1970-es években Dr. Elliot Berman olcsóbb napelemet tervezett, aminek eredményeként az ár 20 USD-re csökkent wattonként.
- Paul MacCready épített egy napelemes repülőgépet (az elsőt a maga nemében) 16 000 napelemmel, és 1981-ben Franciaországból Angliába repült vele.
- 1998-ban Subhendu Guha tudós vezetésével feltalálták a rugalmas napelemes zsindelyeket, amelyek a napfényt villamos energiává alakítják a tetőkön.
- A 2000-es években és azon túl is nagy előrelépések történtek a napenergia-technológiák képessége és hatékonysága terén.
Az Energy.gov szerint ma „a napenergia a leggyorsabban növekvő és leginkább megfizethető új villamosenergia-forrás” az Egyesült Államokban, 3 millió telepítéssel az országban. És világszerte is egyre nagyobb teret hódít a napenergia, mind az otthoni, mind az ipari felhasználás terén.
A napenergia mindennapi, népszerű példája a fekete, téglalap alakú napelemek, amelyeket néhány ház tetején láthatunk. A vállalatok is felkarolták a napenergia-termelésnek ezt a formáját – még a Disney Worldben is található egy Mickey egér alakú, 48 000 napelemből álló napelemes létesítmény az Epcot vidámparkon kívül.
A napenergia-technológiák az évek során folyamatosan fejlődtek és javultak. Ez a cikk áttekintést nyújt a napenergiáról, annak működéséről, használatának előnyeiről és a napenergia jövőjéről.
Hogyan gyűjtik és tárolják a napenergiát?
Fotovoltaikus (PV)
Egy olyan eszköz használatát foglalja magában (gondoljunk a napelemekre), amely elnyeli a napfényt, és elektromos energiává alakítja azt. Ezeket az eszközöket napelemeknek nevezik, és nagyobb egységeket alkotnak, amelyek energiát termelnek.
Koncentrált napenergia (CSP)
A nap energiáját összegyűjtve hőt termel, amelyet aztán villamos energia előállítására használnak fel. Ez a technológia tükröket használ a fényenergia fókuszálására vagy „koncentrálására”.
Napkollektoros fűtés és hűtés (SHC)
A nap energiáját gyűjti össze és használja fel az otthonok és vállalkozások fűtési és hűtési szolgáltatásainak biztosítására. Ez a technológia napkollektort, szigetelt csőhálózatot és melegvíztárolót használ.
Napenergia-tároló összetevők
-
Akkumulátorok
Az energiatároló rendszerek magja. Az akkumulátorok két gyakori típusa a lítium-nikkel-mangán-kobalt és a lítium-vas-foszfát.
-
Kritikus terhelési alpanelek
Lehetővé teszi annak eldöntését, hogy áramkimaradás esetén mely alapvető eszközök legyenek áramforrásra kapcsolva.
-
Napelemek
Az akkumulátorok feltöltésére szolgál. A vékonyfilmes, PERC, polikristályos és monokristályos napelemek különböző típusai.
Miből állnak a napelemek? A napelemek alapvetően szilíciumot – a fotovoltaikus cellákban leggyakrabban használt félvezető anyagot –, üvegburkolatot, fémkeretet és egyéb, a panelt összetartó és a funkcionalitást támogató hardvert tartalmaznak.
-
Inverterek
A váltakozó áram egyenárammá alakítására szolgálnak (a napelemek és az akkumulátorok az egyenáramot váltakozó árammá alakítják).
Napenergia-tárolás
A Green Building Elements szerint a napenergia tárolásának három módja van:
Akkumulátoros tárolás
A napenergia tárolására leggyakrabban lítium-ion akkumulátorokat használnak.
Mechanikai energiatároló
A sűrített levegő (amelyet egy tartályhoz hasonló edénybe nyomnak, és szükség szerint adagolnak), a szivattyús vízenergia (a vizet turbinagenerátorokon keresztül nyomják át, hogy szükség esetén energiát termeljenek) és a lendkerék (felesleges energia, amelyet szükség esetén energia előállítására használnak fel) az ilyen típusú tárolórendszerek három változata.
Hőtároló
Olvasztott sót és vizet használ egy szigetelt tartályban az energia tárolására.
Létezik „virtuális tárolás” is, egy olyan folyamat, amelynek során egy épületet még azelőtt fűtünk vagy hűtünk, hogy várhatóan megugrana az elektromos energiaigény. Az épület ezután tárolja ezt az energiát arra az időre, amikor szükség lesz rá.
A kifejezések és meghatározások teljes listáját az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Napenergia szószedetében találja.
A napenergia előnyei
Tehát, mik a napenergia előnyei? Ebből elég sok van, beleértve a környezetvédelmet, a munkalehetőségeket és az adókedvezményeket. Íme néhány elsődleges előny áttekintése:
-
Jobb a környezetnek, mint a hagyományos energiaforrások
Valószínűleg a bolygó az első dolog, ami eszünkbe jut, amikor a napenergia előnyeiről gondolkodunk. Az olyan megújuló energiák, mint a napenergia, segítenek csökkenteni a világ fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségét, csökkentik a szénlábnyomunkat, és mérgező szennyezés nélkül biztosítanak áramot.
-
A napenergia fenntartásának költségei javultak
Míg a kezdeti telepítés egyes háztartások számára költséges lehet, a karbantartási költségek az évek során csökkentek. Konkrétan az elmúlt évtizedben a napenergia telepítésének költsége 60 százalékkal csökkent. (A költségek azonban függhetnek olyan tényezőktől, mint a régió és az ellátási lánc korlátai.)
-
A napelemes rendszereknek vannak adóügyi előnyei
A napelemekre való áttérés anyagilag is jó választás lehet (jóllehet későbbi megtérüléssel). Az Amerikai Egyesült Államok kormánya például szövetségi napelemadó-jóváírást nyújt, amely felhasználható a napelemes rendszerek telepítési költségeire. Az állami és más helyi kormányzatok is kínálhatnak programokat, melyekkel csökkenthetők a költségek.
-
A naperőmű-technológiák fejlődésen mentek keresztül
A berendezések és a tárolási technológiák az évek során jelentősen fejlődtek. Napjainkban a napelemek hosszabb ideig és több energiát termelnek (körülbelül 20%-os hatékonysággal), és akár 30 év is lehet az élettartamuk.
A napenergia otthoni vagy üzleti célú felhasználásának számos pozitívuma van. Ez az energiaforrás azonban nem mentes a korlátoktól. Íme a napenergia használatának néhány hátránya:
- A környezetszennyezés még mindig aggodalomra ad okot. Bár a napenergia környezetbarátabb megoldás, mint a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, a PV-cellák gyártási folyamatában használt vegyi anyagok és anyagok egy része veszélyes hulladékot termel.
- A beállítása költséges lehet. Bár a napenergia hosszú távon pénzt takaríthat meg, a kezdeti telepítés és a berendezések drágák lehetnek.
- Vannak szolgáltatási korlátozások. Mivel az energiát akkor termeli, amikor a nap süt, bizonyos napszakok és időjárási körülmények (például felhős égbolt) nem optimálisak a napenergia számára.
- Egyéb környezeti hatások. A vízhasználat, a földhasználat és a potenciális élőhelyvesztés olyan szempontok, amelyeket a napenergia-rendszerek méretezésénél figyelembe kell venni.
Az utolsó pontból kiindulva a napenergia környezetbarát lehetőségeket kínál az ipar és a vállalkozások számára. Az újonnan megjelenő eszközök és alkalmazások például segíthetnek a szervezeteknek a tározószimulációk vizualizálásában, hogy növeljék a fúrások találati arányát, valamint az elektromos hálózatok korszerűsítésében az elosztott energiaforrások számára, hogy csökkentsék a költségeket és bővítsék a lehetőségeket. A kvantuminformatika terén is nagy előrelépések történtek az energiatermelés optimalizálása érdekében.
A napenergia bevezetése
Mielőtt bevezetné a napenergiát, végezzen a kutatást. Ki kell számolnia a területére vonatkozó költségeket, meg kell néznie az elérhető kedvezményeket és adókedvezményeket, fel kell fedeznie a különböző rendszereket, és meg kell néznie a rendszer telepítésével foglalkozó cégek értékeléseit. Gyakorlatilag maga is telepíthet napelemeket, de érdemes megfontolni, hogy ez-e a legjobb megoldás az Ön számára.
Ha Ön üzlettulajdonos, a napenergiára való áttérés során több szempontot is figyelembe kell vennie, többek között azt, hogy a munkahelyén mi használ áramot (a hűtési és fűtési rendszer, gépek, berendezések stb.). Bár a háztartásokhoz hasonlóan végül költségmegtakarítást fog tapasztalni, a napenergiára való átállás valószínűleg idő- és pénzbefektetést jelent. Vannak azonban olyan IoT energetikai megoldások , amelyek segítenek csökkenteni az üzemeltetési költségeket, miközben optimalizálják a kínálatot és a keresletet, és nyomon követik a hálózati eszközök karbantartását.
Az otthoni telepítés esetében a legtöbb ember valószínűleg a magas árat tekintené a napenergia bevezetése legnagyobb akadályának. A Fogyasztóvédelem szerint például egy napelemes rendszer költsége egy átlagos méretű házban az Egyesült Államokban – a napelemes adójóváírások után – 11 144 USD és 14 696 USD között mozog, és körülbelül 200 és 250 USD között van panelenként egy kis barkácsprojekt esetében. Egyes útmutatók tovább tágítják ezt a tartományt, és az USA-ban 10 000 és 25 000 USD közötti összegeket említenek. Az „előre nem látott költségeket” is figyelembe kell venni, mint például az engedélyezési és telepítési munkadíjakat. Választhatja a napelemek lízingelését – ami azt jelenti, hogy nem kell fizetnie a telepítési, karbantartási vagy javítási költségekért –, de ennek vannak előnyei és hátrányai is.
Az előzetes ár a legtöbb háztartás számára nehézkes lehet, és némi várakozással kell számolni, amíg a napelemek megtérülnek (átlagosan hét-tizenkét év alatt térül meg a befektetés). De a megtakarítás is jelentős lehet: A HomeGuide szerint a napenergia évente 600 és 2000 dollár közötti összeget takaríthat meg az amerikai lakosoknak az áramköltségeken. Ezenkívül egyes telepítések a felsorolt számoknál kevesebbe kerülnek. Az Ön otthonának mérete (a nagyobb ingatlan általában magasabb árat jelent), az energiafogyasztásának mértéke és a rendszerhez választott technológiák típusa három olyan elsődleges tényező, amely befolyásolja a költségeket. Az olyan webhelyek, mint a Solar Estimate , lehetővé teszik, hogy megadja az irányítószámát, vagy kiválassza a virtuális térképen a tartózkodási helyét, hogy segítsen meghatározni a napelemek telepítésének költségeit otthonában.
Dönthet úgy is, hogy a napenergiát különböző módon, kicsiben és nagyban is beépíti mindennapi életébe. Nem kell sok pénzt költenie ahhoz sem, hogy belevágjon a napenergia használatába. Vásárolhat például napenergiával működő tokot az okostelefonjához, napenergiával tölthető zseblámpát az autós vészhelyzeti készletébe, vagy napenergiával működő tűzhelyet a következő kempingezéshez – egyes esetekben akár 100 USD alatt. A napelemeken kívül más lehetőségek is vannak a ház napenergiával való ellátására. A háztulajdonosok napenergiával működő készülékeket használhatnak medencéjük felmelegítésére, és napelemes lámpákat helyezhetnek el, hogy éjszaka megvilágítsák a hátsó udvart vagy a teraszukat. A napenergiát a munkahelyi életben is használhatja. Szeretne távolról, a telephelyen kívül dolgozni? Vigyen magával egy hordozható napelemes töltőt, hogy laptopját feltölthesse, miközben kint dolgozik egy kávézóban.
A napenergia jövője
A napenergia jövője fényes (a szóvicc szándékos), mert:
- Jó a bolygónak. A napenergia fenntartható és környezetbarát.
- A világ a tiszta energia felé tart. 2035 után az áramellátás 50 százaléka megújuló lesz.
- Egyre megfizethetőbb és hatékonyabb. A napelemes rendszerek ára várhatóan tovább csökken, miközben a szolgáltatás egyre jobb lesz.
- Segít új vállalkozások és munkahelyek létrehozásában. Mind az ipar, mind a munkahelyek növekedése várhatóan virágozni fog ezen a téren.
Ez utóbbit illetően elmondható, hogy a megújuló energiaforrások területén a karrierek fellendülőben vannak. A Környezetvédelmi és Energetikai Tanulmányok Intézete szerint ez az ágazat több mint 3 millió embert foglalkoztat az Egyesült Államokban és 11 millió embert világszerte. A napenergia területén a munkahelyek száma az Egyesült Államokban változó A Solar Energy Industries Association (SEIA) szerint például Észak-Dakotában 211 napelemes munkahelyet tartanak nyilván, míg Texasban több mint 10 000-et. Mindazonáltal a napenergia területén mérnökök, kutatók, naperőmű-üzemeltetők, berendezések telepítői és számos más szakember dolgozik országszerte.
A vállalatok is előre tekintenek a napenergia és más megújuló energiaforrások felé. A nagy technológiai vállalatok társadalmi felelősségvállalási kezdeményezéseket és környezetvédelmi célokat jelentettek be szervezeteik számára. Például A Microsoft ígéretet tett arra, hogy 2030-ra vizet termelő és negatív szén-dioxid-kibocsátású lesz. A fogyasztók egyre nagyobb figyelmet fordítanak a vállalati szociális felelősségvállalásra is, ezért a közeljövőben várhatóan több szervezet fog kidolgozni a fenntarthatóság iránti elkötelezettségükre vonatkozó irányelveket.
A fenntarthatóság kialakításának felgyorsítása
Bárhol is jár a nulla kibocsátás felé vezető úton, a Microsoft Cloud for Sustainability lehetővé teszi, hogy a környezeti, közösségi és cégirányítási (ESG) képességekkel erősítse az előrehaladást, és alakítsa át vállalkozását.
Gyakori kérdések
- A napenergia a napból származó energia, amely villamos energiává alakítható. Ez egy megújuló energiaforrás, ami azt jelenti, hogy újratermelődik, és nem merül ki egyszeri felhasználás után. A napenergiát sokféleképpen lehet felhasználni: épületek energiaellátására, vízmelegítésre, a használni kívánt elektronikai eszközök és készülékek feltöltésére és még sok másra. A napelemet napenergia vagy napsugárzás néven is ismerik. További információ >
- A napenergia otthoni és kereskedelmi célokra egyaránt felhasználható. Lakossági szinten például elektromos áramot, meleg vizet, fűtést és hűtést biztosíthat az otthonoknak. Egyes vállalkozások a napenergiát irodáik, gyáraik vagy gazdaságaik működtetésére használják. Emellett a kormányzatok is működtethetnek napenergiával közműveket és létesítményeket – például közvilágítást, parkolókat, közlekedési eszközöket és iskolákat.
-
A napenergia használata számos előnnyel jár. Amellett, hogy a napenergia bőséges és megújuló energiaforrás, csökkenti a kollektív szénlábnyomunkat, mivel a napenergia előállítása önmagában nulla kibocsátást eredményez. A napenergia költséghatékony is lehet. A technológiai fejlődés például egyre megfizethetőbbé teszi a napenergia-rendszereket, és idővel ezek a rendszerek drasztikusan csökkenthetik a közüzemi számlákat. Ráadásul a napenergia méretezhető – egyetlen lakóhely vagy egy egész közösség energiaellátására is használható. Végül pedig a napenergia-rendszerek gyakorlatilag bármilyen helyre telepíthetők, még távoli területeken is, ami azt jelenti, hogy olyan helyeken is biztosítható áram, ahol nincs hozzáférés az elektromos áramhoz.
- Először is, a napenergia hasznosítására három elsődleges technológia létezik: a fotovoltaikus (PV), a koncentrált napenergia (CSP), valamint a napkollektoros fűtés és hűtés (SHC). Ha már hasznosították, néhány alapvető alkatrészre van szükség a tárolásához: akkumulátorok, napelemek, kritikus terhelésű alpanelek és inverterek. A napenergia tárolásának három módja van: akkumulátor, mechanikai energiatároló és hőtároló. Az Ön igényeitől és attól függően, hogy mire használja a napenergiát (mondjuk, egy 1200 négyzetméteres külvárosi ház energiaellátására, szemben egy nagy, a hálózatról leválasztott ingatlannal), a folyamat eltérő lehet.
- A telepítés kezdeti költségei – az Egyesült Államokban egy lakóház esetében 10 000 és 25 000 USD közötti összegbe kerülhet – sok fogyasztó számára drágák lehetnek. Egyes országokban azonban vannak olyan kormányzati programok, amelyek segíthetnek a napenergia-felhasználás kezdeti költségeinek kiegyenlítésében. Ez magában foglalhatja a költséghatékony rendszer kiépítésével kapcsolatos forrásokat vagy a rendelkezésre álló adójóváírások biztosításának módját. Ez eltart egy ideig (körülbelül egy évtizedig), de a napelemes rendszer költségei megtérülnek, és a megtakarítás tükröződik a villanyszámlán. Az olyan tényezőktől függően, mint a napelemes rendszer költsége és az ingatlan mérete, a villamosenergia-költségek megtakarítása évente néhány száz dollártól akár néhány ezer dollárig terjedhet.
- A napenergia a ma elérhető egyik leginkább fenntartható energiaforma. Nemcsak bőséges és megújuló – a Nap minden nap annyi energiát biztosít, ami egy egész évre elegendő a jelenlegi globális energiaszükségletünk kielégítéséhez –, hanem gazdaságosan és nagy mennyiségben is előállítható. A napenergia-termelés nem termel üvegházhatású gázokat, a napelemek telepítése után minimális karbantartási költséget igényel, és a víz- vagy levegőszennyezés kockázata nélkül biztosít áramot.
A Microsoft követése