Rozwój zrównoważonej energii słonecznej
Energia słoneczna to przyjazne dla środowiska źródło energii. Dowiedz się, jak można skorzystać z promieni słonecznych do wytwarzania energii na planecie i jak mogą pomóc ją zachować.
Co to jest energia słoneczna?
Energia słoneczna to energia pochodząca ze słońca. Słońce i światło są wykorzystywane do produkowania energii elektrycznej lub termicznej dla różnych potrzeb domowych, biznesowych i innych potrzeb operacyjnych. Produkt końcowy systemu energii słonecznej jest mierzony w watach.
Energia słoneczna — znana też jako produkcja słoneczna lub promieniowanie słoneczne — jest najbardziej powszechnym, odnawialnym źródłem energii. Źródło energii odnawialnej to źródło energii, które można ponownie wygenerować. W przeciwieństwie do paliw kopalnych (ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla), to źródło energii nie wyczerpuje się po jednym użyciu. Ponadto energia wiatrowa, wodna i geotermalna to inne przykłady energii odnawialnej.
Może cię to zaskoczyć, gdy dowiesz się, że technologie energii słonecznej nie są współczesnym odkryciem: Ludzie korzystają z energii słonecznej już od VII wieku p.n.e., kiedy to korzystano ze szkieł powiększających i promieni słonecznych, aby wzniecać ogniska i przypalać mrówki. Oczywiście od tego czasu nastąpił duży rozwój i rozwój technologii energii słonecznej.
Oto krótkie omówienie i oś czasu dotyczące rozwoju energii słonecznej według Departament Energii Stanów Zjednoczonych:
- W 1767 r. szwajcarski naukowiec Horace de Saussure skonstruował pierwszy na świecie moduł magazynujący energię słoneczną.
- Edmond Becquerel, francuski fizyk, odkrył efekt fotowoltaiczny — gdy światło lub energia promieniowania wytwarza napięcie lub prąd elektryczny — w 1839 roku.
- Kilkadziesiąt lat później francuski matematyk Augustin Mouchot zarejestrował patenty na aparaty zasilane energią słoneczną.
- W 1883 r. amerykański wynalazca Charles Fritts stworzył ogniwo słoneczne, powlekając selen cienką warstwą złota, które osiągnęło współczynnik konwersji energii od 1 do 2 procent (dla porównania, większość nowoczesnych ogniw słonecznych działa na poziomie od 15 do 20 procent), według czasopisma Smithsonian Magazine. Pięć lat później wynalazca Edward Weston otrzymał dwa patenty na ogniwa słoneczne.
- Albert Einstein opublikował artykuł na temat efektu fotoelektrycznego na początku XX wieku.
- W 1954 roku firma Bell Telephone Laboratories wyprodukowała krzemowe ogniwo słoneczne - pierwsze ogniwo, które było w stanie przetworzyć wystarczającą ilość energii do zasilania codziennego sprzętu elektrycznego — z 4-procentową (a później 11-procentową) wydajnością. Sześć lat później firma Hoffman Electronics osiągnęła 14-procentową wydajność.
- W latach 70 dr Elliot Berman zaprojektował tańsze ogniwo słoneczne, co doprowadziło do obniżenia ceny do 20 USD za wat.
- Paul MacCready skonstruował samolot zasilany energią słoneczną (pierwszy w swoim rodzaju) za pomocą 16 000 ogniw słonecznych i w 1981 r. przyleciał nim z Francji do Anglii.
- W 1998 r. naukowiec Subhendu Guha doprowadził do wynalezienia elastycznych dachówek solarnych, które przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną dla dachów.
- Po roku 2000 nadal czynione są ogromne postępy w zakresie możliwości i wydajności technologii energii słonecznej.
Obecnie „energia słoneczna to najszybciej rozwijające się i najbardziej przystępne cenowo źródło nowej energii elektrycznej” w Stanach Zjednoczonych, według portalu Energy.gov, z 3 milionami instalacji w kraju. W skali globalnej popularność energii słonecznej również rośnie na potrzeby użytku domowego i przemysłowego.
Najlepszym, popularnym przykładem energii słonecznej są czarne, prostokątne panele słoneczne, które można zobaczyć na dachach niektórych domów. Korporacje również przyjęły tę formę wytwarzania energii słonecznej - nawet park Disney World ma obiekt solarny w kształcie Myszki Miki składający się z 48 000 paneli słonecznych poza parkiem rozrywki Epcot.
Technologie solarne przez lata wciąż były rozwijane i ulepszane. Ten artykuł zawiera omówienie energii słonecznej, jej działania, zalet korzystania z niej oraz jej przyszłości.
Jak jest zbierana i przechowywana energia słoneczna?
Fotowoltaika (PV)
Obejmuje używanie urządzenia (głownie paneli słonecznych) do wchłaniania światła słonecznego i przekształcania go w energię elektryczną. Te urządzenia są nazywane ogniwami słonecznymi i są połączone na potrzeby utworzenia większych jednostek generujących energię.
Skoncentrowana energia słoneczna (CSP)
Zbiera energię ze słońca w celu utworzenia ciepła, które jest następnie używane do generowania energii elektrycznej. Ta technologia używa duplikatów do skupiania lub „koncentracji” energii światła.
Słoneczne ogrzewanie i chłodzenie (SHC)
Zbiera energię ze słońca i używa jej do świadczenia usług grzewczych i chłodniczych dla domów i firm. Technologia ta wykorzystuje kolektor słoneczny, izolowane rury i zbiornik ciepłej wody.
Składniki magazynu energii słonecznej
-
Baterie
Podstawa systemów magazynowania energii. Dwa popularne typy akumulatorów to litowo-niklowo-manganowo-kobaltowe i litowo-żelazowo-fosforanowe.
-
Podpanele obciążenia krytycznego
Pozwala zdecydować, które istotne urządzenia mają być zasilane w przypadku awarii zasilania.
-
Panele słoneczne
Służy do doładowywania baterii. Cienkie folie, PERC, polikrystaliczne i monokrystaliczne to różne typy paneli słonecznych.
Z czego wyprodukowane są panele słoneczne? Panele słoneczne składają się zazwyczaj z krzemu - najpopularniejszego materiału półprzewodnikowego stosowanego w ogniwach fotowoltaicznych - szklanej obudowy, metalowej ramy i innego sprzętu, który utrzymuje panel razem i wspiera jego funkcjonalność.
-
Falowniki
Służy do przekształcania prądu zmiennego w prąd stały (panele słoneczne i baterie przekształcają prąd stały w prąd zmienny).
Magazyn energii słonecznej
Następnie, według witryny Green Building Elements, istnieją trzy sposoby przechowywania energii słonecznej:
Magazyn baterii
Najczęściej to baterie litowo-jonowe są używane do przechowywania energii słonecznej.
Magazyn energii mechanicznej
Sprężone powietrze (wtłaczane do zbiornika i dozowane w razie potrzeby), elektrownia szczytowo-pompowa (woda przepychana przez turbiny w celu wytworzenia energii w razie zapotrzebowania) i koło zamachowe (nadmiar energii zużywany do zapewnienia zasilania w razie potrzeby) to trzy odmiany tego typu systemów magazynowania.
Magazyn termiczny
Używa stopioną sól i wodę w izolowanym zbiorniku do przechowywania energii.
Istnieje również „magazyn wirtualny”, proces, podczas którego można podgrzać lub ochłodzić budynek, zanim wystąpi oczekiwany wzrost zapotrzebowania na instalację elektryczną. Następnie budynek przechowuje tę energię w razie potrzeby.
Aby uzyskać pełną listę terminów i definicji, zobacz słownik energii słonecznej przygotowany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych.
Zalety energii słonecznej
Jakie są więc zalety energii słonecznej? Istnieje wiele z nich, w tym dbanie o środowisko, szanse pracy i ulgi podatkowe. Oto omówienie niektórych podstawowych korzyści:
-
Jest to lepsze rozwiązanie dla środowiska niż tradycyjne źródła zasilania
Planeta jest prawdopodobnie pierwszą rzeczą, o której warto pamiętać, rozważając korzyści płynące z energii słonecznej. Energie odnawialne, takie jak energia słoneczna, pomagają ograniczać zależność świata od paliw kopalnych,zmniejszać ślad węglowy i dostarczać energię elektryczną bez powodowania zanieczyszczenia.
-
Koszty utrzymania energii słonecznej uległy poprawie
Podczas gdy początkowa konfiguracja może być kosztowna dla niektórych gospodarstw domowych, koszty utrzymania spadły z biegiem lat. W szczególności w ciągu ostatniej dekady koszt instalacji słonecznej spadł o 60%. (Koszty mogą jednak zależeć od czynników, takich jak region i ograniczenia łańcucha dostaw).
-
Systemy energii słonecznej wiążą się z preferencjami podatkowymi
Przejście na energię słoneczną może być korzystne dla portfela (chociaż dopiero w dłuższej perspektywie). Przykładowo rząd Stanów Zjednoczonych proponuje federalną ulgę podatkową dla instalacji solarnych , którą można zastosować do kosztów instalacji solarnych systemów PV. Administracja stanowa i lokalna mogą też oferować inne programy, które pomagają zrekompensować wyższą cenę.
-
Technologie zasilania solarnego zmieniły się
W ciągu ostatnich lat sprzęt i technologie przechowywania zostały znacznie udoskonalone. Obecnie panele słoneczne wytwarzają więcej energii przez dłuższy czas (z wydajnością około 20%) i wytrzymują nawet 30 lat.
Istnieje wiele szerokich korzyści związanych z używaniem energii słonecznej w domu lub firmie. Jednak to źródło energii nie jest bez ograniczeń. Oto kilka wad używania energii słonecznej:
- Zanieczyszczenie powietrza nadal pozostaje problemem. Chociaż energia słoneczna jest bardziej przyjaznym dla środowiska rozwiązaniem niż spalanie paliwa trwałego, niektóre środki chemiczne i materiały używane w procesie produkcji komórek PV generują niebezpieczne odpady.
- Montaż może być kosztowny. Chociaż energia słoneczna może zaoszczędzić pieniądze, początkowa instalacja i sprzęt mogą być kosztowne.
- Istnieją ograniczenia usługi. Ponieważ energia jest generowana, gdy słońce jest na zewnątrz, niektóre pory dnia i warunki pogodowe (takie jak zachmurzone niebo) nie są optymalne dla energii słonecznej.
- Inne skutki dla środowiska. Użycie wody, użytkowanie ziemi i potencjalna utrata ekosystemu to zagadnienia, które należy wziąć pod uwagę podczas skalowania systemów zasilania słonecznego.
Odnosząc się do ostatniego punktu, energia słoneczna oferuje przyjazne dla środowiska możliwości dla przemysłu i biznesu. Na przykład nowe narzędzia i aplikacje mogą pomóc organizacjom wizualizować symulacje złóż dla zwiększenia współczynników trafionych wierceń i zmodernizować sieci elektryczne dla rozproszonych zasobów energetycznych na potrzeby zmniejszenia kosztów i zwiększenia możliwości. Wystąpiły również duże postępy w zakresie używania obliczeń kwantowych na potrzeby optymalizacji generowania energii.
Jak zaimplementować energię słoneczną
Przed wdrożeniem energii słonecznej wykonaj badania. Warto obliczyć koszty dla swojego obszaru, wyewidencjonować dostępne rabaty i środki podatkowe, zapoznać się z różnymi systemami i przejrzeć recenzje firm instalujących systemy. Z technicznego punktu widzenia możesz samodzielnie zainstalować panele słoneczne, ale warto rozważyć, czy jest to najlepsza opcja dla Ciebie.
Jeśli jesteś właścicielem firmy, podczas przechodzenia na energię słoneczną należy wziąć pod uwagę kilka kwestii, w tym to, co zużywa energię elektryczną w Twoim miejscu pracy (system chłodzenia i ogrzewania, maszyny, sprzęt itp.). Chociaż, podobnie jak w przypadku gospodarstw domowych, w końcu uzyskasz oszczędności, przejście na energię słoneczną będzie prawdopodobnie początkową inwestycją czasu i pieniędzy. Dostępne są jednak rozwiązania energetyczne IoT , które ułatwiają obniżenie kosztów operacyjnych przy jednoczesnej optymalizacji dostaw i popytu oraz monitorowaniu konserwacji zasobów sieci.
W przypadku instalacji domowej większość osób prawdopodobnie uzna wysoką cenę za największą przeszkodę w rozpoczęciu korzystania z energii słonecznej. Na przykład koszt systemu paneli słonecznych w domu o średniej wielkości w Stanach Zjednoczonych — po jakichkolwiek ulgach podatkowych — wynosi od 11 144 USD do 14 696 USD, a około 200 USD do 250 USD na panel w przypadku małego projektu DIY, zgodnie z danymi z witryny Consumer Affairs. Niektóre przewodniki rozszerzają zakres, wyświetlając koszty w przedziale od 10 000 USD do 25 000 USD w Stanach Zjednoczonych. Istnieją również „koszty nietrwałe”, które należy wziąć pod uwagę, takie jak koszty pracy związane z zezwoleniem i instalacją. Możesz wybrać dzierżawę paneli słonecznych , co oznacza, że nie musisz płacić za instalację, konserwację ani naprawę, ale należy wziąć pod uwagę zalety i wady.
Cena początkowa może być bardzo wysoka dla większości gospodarstw domowych i trzeba poczekać, aż osiągniesz okres zwrotu z paneli słonecznych (zobaczysz zwrot z inwestycji średnio od 7 do 12 lat). Jednak oszczędności również mogą być znaczące: Zgodnie z danymi pochodzącymi z witryny HomeGuide energia słoneczna może zaoszczędzić mieszkańcom Stanów Zjednoczonych od 600 USD do 2000 USD rocznie na kosztach energii elektrycznej. Ponadto niektóre instalacje są tańsze niż wymienione na liście. Wielkość domu (większa nieruchomość zwykle oznacza wyższą cenę), poziom zużycia energii i rodzaje technologii wybranych dla systemu to trzy główne czynniki, które będą miały wpływ na koszty. Witryny internetowe, takie jak Solar Estimate , umożliwiają wprowadzanie kodu pocztowego lub wybieranie lokalizacji na mapie wirtualnej na potrzeby określenia kosztów instalacji paneli słonecznych w domu.
Możesz także zdecydować się na włączenie energii słonecznej do swojego codziennego życia na różne sposoby, zarówno na dużą, jak i mniejszą skalę. Nie musisz wydawać dużo pieniędzy, aby rozpocząć korzystanie z energii słonecznej. Na przykład możesz kupić etui zasilane energią słoneczną dla smartfonu, latarki do ładowania energii słonecznej dla zestawu awaryjnego dla samochodu lub kuchenkę na energię słoneczną na następną podróż — w niektórych przypadkach za mniej niż 100 USD. Poza panelami słonecznymi są też dostępne inne opcje zasilania domu słońcem. Mieszkańcy mogą używać urządzeń zasilanych energią słoneczną, aby ogrzać swój basen i zamontować światła słoneczne, aby rozświetlić swoje wiaty lub patio w nocy. Można również używać energii słonecznej w pracy. Chcesz pracować zdalnie, poza siedzibą firmy? Zabierz ze sobą przenośną ładowarkę z panelem słonecznym, aby zasilać laptopa podczas pracy na zewnątrz w kawiarni.
Przyszłość energii słonecznej
Przyszłość energii słonecznej jest jasna (planowana gra słów), ponieważ:
- Jest to dobre rozwiązanie dla planety. Energia słoneczna jest zrównoważona iprzyjazna dla środowiska.
- Czysta energia to miejsce, do którego zmierza świat. Po roku 2035 50% energii elektrycznej będzie odnawialne.
- Staje się ona coraz bardziej przystępna cenowo i wydajniejsza. Oczekuje się, że cena systemów zasilania słonecznego będzie nadal spadać, podczas gdy usługa będzie się poprawiać.
- Ułatwia zakładanie nowych firm i tworzenie nowych miejsc pracy. Oczekuje się, że zarówno rozwój branży, jak i zatrudnienia będzie się rozwijać w tym obszarze.
Do tego momentu kariery w dziedzinie energii odnawialnej są dynamicznie rozwijane. Ten sektor zatrudnia ponad 3 miliony osób w Stanach Zjednoczonych i 11 milionów ludzi na całym świecie, według Instytutu Studiów nad Środowiskiem i Energią. Liczba miejsc pracy w branży energii słonecznej różni się w obrębie Stanów Zjednoczonych. Na przykład w Dakota Północna znajduje się 211 wakatów w branży energii słonecznej w porównaniu z ponad 10 000 w Teksasie, zgodnie z raportem Solar Energy Industries Association (PNGA). Niemniej jednak, sektor energii słonecznej składa się z inżynierów, badaczy, operatorów elektrowni słonecznych, instalatorów sprzętu i wielu innych specjalistów pracujących w całym kraju.
Firmy również spoglądają w przyszłość na energię słoneczną i inne źródła energii. Duże firmy technologiczne ogłosiły inicjatywy odpowiedzialności społecznej i cele środowiskowe dla swoich organizacji. Na przykład firma Microsoft dokonała deklaracji, że do roku 2030 będzie miała dodatni bilans wodny i ujemny bilans emisji dwutlenku węgla. Klienci coraz bardziej martwią się o odpowiedzialność społeczną firmy, dlatego oczekują, że w najbliższej przyszłości więcej organizacji opracuje zasady dotyczące ich zaangażowania w zrównoważony rozwój.
Przyspiesz swoją podróż dotyczącą zrównoważonego rozwoju
Gdziekolwiek jesteś na swojej drodze do zerowej emisji netto, usługa Microsoft Cloud for Sustainability umożliwia Ci zwiększenie postępów i przekształcenie firmy przy użyciu możliwości środowiskowych, społecznościowych i zarządczych (ESG).
Często zadawane pytania
- Energia słoneczna to energia ze słońca, którą można zamienić na energię elektryczną. Jest to odnawialne źródło energii, co oznacza, że można je uzupełniać i nie wyczerpywać po jednorazowym użyciu. Energia słoneczna ma różne zastosowania i może być używana do zasilania budynków, wody cieplnej, ładowania odpowiedniej elektroniki i urządzeń i nie tylko. Energia słoneczna jest również nazywana energią solarną lub promieniowaniem słonecznym. Dowiedz się więcej >
- Energia słoneczna może być używana zarówno w kraju, jak i komercyjnie. Na przykład odnośnie do kwestii mieszkalnych może zapewnić domom energię elektryczną, ciepłą wodę oraz ogrzewanie i chłodzenie. Niektóre firmy korzystają z energii słonecznej do obsługi swoich biur, fabryk lub farm. Ponadto instytucje rządowe mogą korzystać z mediów publicznych i obiektów, takich jak uliczne, parkingi, transport i szkoły — dzięki energii słonecznej.
-
Korzystanie z energii słonecznej ma kilka zalet. Oprócz tego, że energia słoneczna jest nieograniczona ilościowa i odnawialna, zmniejsza nasz wspólny ślad węglowy, ponieważ sama produkcja energii słonecznej nie powoduje żadnych emisji. Energia słoneczna może być również ekonomiczna. Na przykład postęp technologiczny sprawia, że systemy energii słonecznej stają się coraz bardziej przystępne cenowo, a z czasem systemy te mogą drastycznie obniżyć rachunki za media. Co więcej, energia słoneczna jest skalowalna — może służyć do zasilania jednego mieszkania lub całego bloku mieszkalnego. Na koniec warto dodać, że systemy energii słonecznej można instalować w praktycznie dowolnej lokalizacji, nawet na odległych obszarach, co oznacza, że energię można dostarczać w miejscach, w których nie ma dostępu do energii elektrycznej.
- Po pierwsze, istnieją trzy podstawowe technologie używanie na potrzeby pozyskiwania energii słonecznej: fotowoltaika (PV), koncentracja energii słonecznej (CSP) oraz ogrzewanie i chłodzenie słoneczne (SHC). Po jej pozyskaniu potrzebne jest kilka podstawowych składników do przechowywania: baterie, panele słoneczne, podpanele obciążenia krytycznego i falowniki. Następnie istnieją trzy sposoby przechowywania energii słonecznej: bateria, energia mechaniczna i magazyn termiczny. W zależności od potrzeb i celu wykorzystania energii słonecznej (powiedzmy, do zasilania podmiejskiego domu o powierzchni 1200 stóp kwadratowych w porównaniu z dużą nieruchomością poza siecią), proces może się różnić.
- Początkowe koszty montażu — w Stanach Zjednoczonych może to kosztować od 10 000 do 25 000 USD w przypadku domu mieszkalnego — mogą być wysokie dla wielu konsumentów. Jednak niektóre kraje mają programy oferowane przez instytucje rządowe, które mogą pomóc Ci zrównoważyć koszty rozpoczęcia przygody z energią słoneczną. Może to obejmować zasoby dotyczące tworzenia ekonomicznego systemu lub sposobu zabezpieczania dostępnych ulg podatkowych. Zajmie to trochę czasu (około dekady), ale koszty systemu paneli słonecznych powinny się zwrócić, a oszczędności powinny znaleźć odzwierciedlenie w rachunkach za energię elektryczną. W zależności od czynników, takich jak koszt systemu energii słonecznej i wielkość nieruchomości, oszczędności kosztów energii elektrycznej mogą wynosić od kilkuset dolarów do kilku tysięcy dolarów rocznie.
- Energia słoneczna to jedna z najbardziej ekologicznych form energii dostępnej obecnie. Nie tylko jest jej pod dostatkiem i jest odnawialna — słońce każdego dnia dostarcza wystarczającą ilość energii, aby zaspokoić nasze obecne globalne zapotrzebowanie na energię przez cały rok — ale może być również wytwarzana ekonomicznie i na dużą skalę. Energia słoneczna nie przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych, wymaga minimalnych kosztów konserwacji po zainstalowaniu paneli słonecznych i zapewnia energię bez ryzyka związanego z wodą lub powietrza.
Obserwuj firmę Microsoft