Razvoj trajnostne sončne energije
Sončna energija je okolju prijazen vir energije. Spoznajte, kako lahko sončni žarki zagotovijo napajanje in ohranjanje planeta.
Kaj je sončna energija?
Sončna energija je energija, ki jo proizvaja sonce. Sončna toplota in svetloba sta izkoriščeni in uporabljeni za proizvodnjo električne ali toplotne energije za različne potrebe gospodinjstev, podjetij in drugih dejavnosti. Zmogljivost solarnega sistema je merjena v vatih.
Sončna energija – znana tudi kot solarna energija, proizvodnja sončne energije ali sončno sevanje – je najbolj razširjen, obnovljiv vir energije. Obnovljivi vir energije je vir energije, ki ga je mogoče obnoviti. V nasprotju s fosilnimi gorivi (nafta, zemeljski plin in premog) ta vir energije po enkratni uporabi ni izčrpan. Drugi primeri obnovljivih virov energije so vetrna, vodna in geotermalna energija.
Tehnologije sončne energije pa niso odkritje moderne dobe: Ljudje uporabljajo sonce že od 7. stoletja pred našim štetjem, ko so s pomočjo povečevalnih stekel in sončnih žarkov zakurili ogenj in zažigali mravlje. Seveda smo bili od takrat lahko priča velikemu razvoju in napredku na področju tehnologij sončne energije.
Tukaj je na voljo kratek pregled in časovnica razvoja sončne energije po podatkih ameriškega ministrstva za energijo:
- Leta 1767 je švicarski znanstvenik Horace de Saussure izdelal prvi sončni kolektor na svetu.
- Francoski fizik Edmond Becquerel je leta 1839 odkril fotonapetostni učinek – ko svetlobna ali sevalna energija proizvede napetost ali električni tok.
- Desetletja pozneje je francoski matematik Augustin Mouchot registriral patente za motorje na sončni pogon.
- Po podatkih revije Smithsonian Magazine je leta 1883 newyorški izumitelj Charles Fritts ustvaril selenovo sončno celico prekrito s tanko plastjo zlata, ki se je ponašala z 1 do 2-odstotnim izkoristkom energije (večina sodobnih sončnih celic deluje z 15–20-odstotnim izkoristkom). Izumitelj Edward Weston je pet let pozneje prejel dva patenta za sončne celice.
- Albert Einstein je v začetku 20. stoletja objavil članek o fotoelektričnem učinku.
- Leta 1954 so v Bellovih laboratorijih izdelali silicijevo sončno celico – prvo celico, ki je lahko pretvorila dovolj energije za delovanje vsakdanje električne opreme s 4-odstotnim (in pozneje 11-odstotnim) izkoristkom. Šest let pozneje so pri podjetju Hoffman Electronics dosegli 14-odstotni izkoristek.
- Dr. Elliot Berman je v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja zasnoval cenovno ugodnejšo sončno celico, zaradi česar se je cena znižala na 20 USD na vat.
- Paul MacCready je izdelal letalo na sončni pogon (prvo te vrste) s 16.000 sončnimi celicami in z njim leta 1981 poletel iz Francije v Anglijo.
- Leta 1998 je znanstvenik Subhendu Guha izumil fleksibilne strešne sončne skodle, ki pretvarjajo sončno svetlobo v električno energijo.
- V letu 2000 in pozneje je bil dosežen velik napredek na področju zmogljivosti in učinkovitosti tehnologij sončne energije.
Po podatkih spletne strani Energy.gov je danes »sončna energija najhitreje razvijajoči se in cenovno najugodnejši vir nove električne energije« v ZDA, s 3 milijoni nameščenimi tovrstnimi energijskimi rešitvami v državi. Na svetovni ravni pa je sončna energija v porastu tudi na področju uporabe v gospodinjstvih in panogah.
Običajni, priljubljeni primer sončne energije so črni pravokotni sončni paneli na strehah nekaterih hiš. Tudi podjetja so se odločila za ta način pridobivanja sončne energije – celo Disney World ima pred svojim zabaviščnim parkom Epcot solarno napravo v obliki Miki Miške, sestavljeno iz 48.000 solarnih plošč.
Sončne tehnologije se z leti nenehno razvijajo in izboljšujejo. V tem članku je na voljo pregled sončne energije, predstavitev njenega delovanja, opis prednosti njene uporabe ter napoved njene prihodnosti.
Kako zbiramo in shranjujemo sončno energijo?
Fotovoltaika (PV)
Vključuje uporabo naprave (npr. sončne celice), ki absorbira sončno svetlobo in jo pretvori v električno energijo. Te naprave se imenujejo sončne celice in so povezane v večje enote, ki proizvajajo električno energijo.
Koncentrirana sončna energija (CSP)
Z zbiranjem sončne energije je ustvarjena toplota, ki je nato uporabljena za proizvodnjo električne energije. Ta tehnologija uporablja zrcala za koncentriranje svetlobne energije.
Sončno ogrevanje in hlajenje (SHC)
Sončna energija je zbrana ter uporabljena za ogrevanje in hlajenje domov in podjetij. Ta tehnologija uporablja sončni kolektor, izolirane cevovode in rezervoar za toplo vodo.
Komponente za shranjevanje sončne energije
-
Baterije
Jedro sistemov za shranjevanje energije. Dve običajni vrsti baterij sta litij-nikelj-mangan-kobaltova baterija in litij-železo-fosfatna baterija.
-
Podplošče kritične obremenitve
Omogočajo določanje osnovnih naprave, ki so napajane v primeru izpada električne energije.
-
Sončne plošče
Uporabljajo se za polnjenje baterij. Na voljo so tankoplastne, PERC, polikristalne in monokristalne solarne plošče.
Iz česa so narejene sončne plošče? Sončne plošče običajno vsebujejo silicij – najpogostejši polprevodniški material, uporabljen v fotovoltaičnih celicah – stekleno ohišje, kovinski okvir in drugo strojno opremo, ki drži ploščo skupaj in podpira njeno delovanje.
-
Pretvorniki
Uporabljajo se za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni tok (sončne celice in baterije pretvarjajo enosmerni tok v izmenični tok).
Shranjevanje sončne energije
Po podatkih podjetja Green Building Elements obstajajo trije načini shranjevanja sončne energije:
Shranjevanje baterij
Za shranjevanje sončne energije so najpogosteje uporabljene litij-ionske baterije.
Mehansko shranjevanje energije
Stisnjen zrak (stisnjen v posodi, kot je rezervoar, in razpršen po potrebi), črpalna hidroelektrarna (voda, potisnjena skozi turbinske generatorje za proizvodnjo energije, ko je to potrebno) in vztrajnik (presežek energija, uporabljen za zagotavljanje energije, ko je to potrebno) so tri različice vrste tega sistema za shranjevanje.
Shranjevanje toplote
Za shranjevanje energije se uporabljata staljena sol in voda v izoliranem rezervoarju.
Obstaja tudi postopek »virtualnega shranjevanja«, s katerim ogrevate ali ohlajate stavbo, preden pride do pričakovanega povečanja porabe električne energije. Stavba nato shrani to energijo za čas, ko jo bo potrebovala.
Za popoln seznam izrazov in definicij si oglejte slovarček o sončni energiji na spletnem mestu ameriškega ministrstva za energijo.
Prednosti sončne energije
Katere so torej prednosti sončne energije? Prednosti je veliko, vključno z okoljsko blaginjo, delovnimi priložnostmi in davčnimi olajšavami. Tukaj je na voljo pregled nekaterih glavnih prednosti:
-
Je okolju prijaznejša od tradicionalnih virov energije
Ko razmišljamo o prednostih sončne energije, najprej pomislimo na planet. Obnovljivi viri energije, kot je sončna energija, omogočajo zmanjševanje svetovne odvisnosti od fosilnih goriv, zmanjševanje našega ogljičnega odtisa ter zagotavljanje električne energije brez strupenega onesnaževanja.
-
Stroški vzdrževanja sončne energije so se znižali
Čeprav je lahko začetna namestitev za nekatera gospodinjstva draga, so se stroški vzdrževanja z leti znižali. V zadnjem desetletju so se stroški namestitve sončnih elektrarn znižali za 60 odstotkov. (Vendar so lahko stroški odvisni od dejavnikov, kot so regija in omejitve dobavne verige.)
-
Sistemi za pridobivanje sončne energije se ponašajo z davčnimi ugodnostmi
Prehod na sončno energijo lahko vključuje tudi nekatere cenovne ugodnosti (več v nadaljevanju). Vlada ZDA na primer ponuja zvezno davčno olajšavo za sončne sisteme , ki jo lahko uporabite za pokritje stroškov namestitve sončnega fotovoltaičnega sistema. Državne in druge lokalne oblasti lahko ponujajo tudi programe, ki zagotavljajo kompenzacijo višjih cen.
-
Tehnologije sončne energije so se razvile
Oprema in tehnologije shranjevanja so se z leti močno izboljšale. Danes sončne plošče proizvajajo več energije dlje časa (s približno 20-odstotnim izkoristkom), njihova življenjska doba pa je 30 let.
Uporaba sončne energije za vaš dom ali podjetje ima številne prednosti. Vendar pa ta vir energije ni brez omejitev. Tukaj je navedenih nekaj slabosti uporabe sončne energije:
- Onesnaževanje je še vedno zaskrbljujoče. Čeprav je sončna energija okolju prijaznejša rešitev kot izgorevanje fosilnih goriv, pa nekatere kemikalije in materiali, ki so uporabljeni v postopku proizvodnje fotovoltaičnih celic , proizvajajo nevarne odpadke.
- Investicija v namestitev je lahko draga. Čeprav s sončno energijo prihranite denar, sta lahko začetna namestitev in oprema dragi.
- Obstajajo omejitve storitve. Ker se energija proizvaja iz sončne svetlobe, določeni deli dneva in vremenske razmere (npr. oblačno vreme) niso optimalni za pridobivanje sončne energije.
- Drugi okoljski vplivi. Pri razširjanju sistemov sončne energije je treba upoštevati različne dejavnike, kot so poraba vode, izguba zemljišč in morebitna izguba življenjskega prostora.
V povezavi z zadnjo točko sončna energija predstavlja okolju prijazne priložnosti za panoge in podjetja. Z razvijajočimi se orodji in aplikacijami lahko na primer organizacije lažje upodobijo simulacije rezervoarjev za povečanje uspešnosti vrtanja ter nadgradijo električna omrežja za distribuirane vire energije, s čimer znižajo stroške in povečajo možnosti. Velik napredek je bil dosežen tudi pri uporabi kvantnega računalništva za namene optimizacije proizvodnje energije.
Kako uvesti sončno energijo
Preden začnete uporabljati sončno energijo, izvedite raziskavo. Izračunajte stroške za svoje območje, preverite razpoložljive popuste in davčne olajšave, raziščite različne sisteme in si oglejte ocene podjetij za namestitev sistema. Sončne celice lahko sicer namestite tudi sami, vendar morate razmisliti, ali je to za vas najboljša rešitev.
Če ste lastnik podjetja, morate pri prehodu na sončno energijo upoštevati več dejavnikov, vključno s tem, katere naprave na vašem delovnem mestu uporablja električno energijo (hladilni in ogrevalni sistem, stroji, oprema itd.). Čeprav boste tako kot gospodinjstva sčasoma prihranili stroške, pa boste za prehod na sončno energijo verjetno morali investirati čas in denar. Vendar so na voljo energetske rešitve interneta stvari za znižanje operativnih stroškov, optimizacijo ponudbe in povpraševanja ter spremljanje vzdrževanja omrežnih sredstev.
Pri namestitvi za domačo uporabo je večina ljudi verjetno mnenja, da je visoka cena največja ovira za začetek uporabe sončne energije. Po podatkih oddelka za potrošniške zadeve stroški za sistem sončnih plošč v povprečno veliki hiši v ZDA – vključno z morebitnimi davčnimi olajšavami za sončne plošče – na primer znašajo od 11.144 USD do 14.696 USD in približno od 200 USD do 250 USD na ploščo za majhen projekt »naredi sam«. Ponekod so stroški še višji in znašajo od 10.000 do 25.000 USD v ZDA. Upoštevati pa je treba tudi »mehke stroške«, kot so stroški izdaje dovoljenj in stroški dela pri namestitvi. Odločite se lahko tudi za najem sončnih plošč, pri čemer vam ni treba plačati stroškov namestitve, vzdrževanja ali popravil, vendar morate pri tem upoštevati prednosti in slabosti.
Za večino gospodinjstev je lahko začetna cena visoka, poleg tega pa je treba tudi počakati na povrnitev stroškov sončnih celic (v povprečju se naložba povrne v sedmih do dvanajstih letih). Vendar so lahko tudi prihranki veliki: Po podatkih portala HomeGuide lahko prebivalci ZDA prihranijo od 600 do 2.000 USD na leto pri stroških električne energije. Poleg tega so stroški nekaterih namestitev nižji od navedenih zneskov. Trije glavni dejavniki, ki vplivajo na stroške, so velikost vašega doma (večja nepremičnina običajno pomeni višjo ceno), raven porabe energije in vrste tehnologij, ki jih izberete za svoj sistem. Na spletnih mestih, kot je Solar Estimate , lahko vnesete poštno številko ali izberete lokacijo na virtualnem zemljevidu, da določite stroške namestitve sončnih plošč na vašem domu.
Sončno energijo lahko uvedete tudi v svoje vsakdanje življenje na različne načine. Za začetek uporabe sončne energije vam tudi ni treba porabiti veliko denarja. Tako lahko na primer za manj kot 100 USD kupite ohišje za pametni telefon na sončno energijo, baterijske svetilke za polnjenje na sončno energijo za komplet za nujne primere v avtomobilu ali kuhalnik na sončno energijo za kampiranje. Poleg sončnih plošč so na voljo tudi druge možnosti za napajanje hiše s sončno energijo. Lastniki stanovanj lahko z napravami na sončno energijo ogrevajo svoj bazen in postavijo sončne luči za razsvetlitev dvorišča ali terase ponoči. Sončno energijo lahko uporabljate tudi v službi. Želite delati na daljavo ali zunaj delovnega mesta? Vzemite s seboj prenosni polnilnik na sončne celice za napajanje vašega prenosnika, medtem ko delate v kavarni.
Prihodnost sončne energije
Prihodnost sončne energije je svetla, zaradi teh dejavnikov:
- To je dobra rešitev za planet. Sončna energija je trajnostna in okolju prijazna.
- Čista energija je naša prihodnost. Po letu 2035 bo 50 odstotkov energije proizvedene iz obnovljivih virov.
- Sončna energija postaja cenovno ugodnejša in učinkovitejša. Predvideno je, da se bodo cene sončnih sistemov še naprej zniževale, storitve pa izboljševale.
- Omogoča ustvarjanje novih podjetij in delovnih mest. Na tem področju sta pričakovana rast industrije in povečanje števila delovnih mest.
V zvezi s tem je treba poudariti, da so poklici na področju obnovljivih virov energije v razcvetu. Po podatkih Inštituta za okoljske in energetske študije je v tem sektorju zaposlenih več kot 3 milijone ljudi v ZDA in 11 milijonov ljudi po svetu. Število delovnih mest na področju sončne energije se v državah ZDA razlikuje. Po podatkih združenja SEIA (Solar Energy Industries Association) je v Severni Dakoti na primer 211 delovnih mest na področju sončne energije, v Teksasu pa več kot 10.000. Ne glede na to, področje sončne energije vključuje inženirje, raziskovalce, upravljavce sončnih elektrarn, monterje opreme in številne druge strokovnjake po vsej državi.
Podjetja prav tako iščejo nove rešitve za izkoriščanje sončne energije in drugih obnovljivih virov. Velika tehnološka podjetja so napovedala pobude za družbeno odgovornost in okoljske cilje organizacij Na primer, Microsoft se je zavezal, da bo do leta 2030 vodno pozitiven in ogljično negativen. Potrošnikom je vedno bolj pomembna tudi družbena odgovornost podjetij, zato pričakujte, da bo v bližnji prihodnosti vse več organizacij uvedlo pravilnike o svoji zavezanosti k trajnosti.
Izboljšajte svoj trajnostni pristop
Ne glede na to, kje ste na poti do neto ničelnih emisij, lahko z rešitvijo Microsoft Cloud for Sustainability povečate napredek in preoblikujete poslovanje z okoljskimi, družbenimi in upravljavskimi zmogljivostmi (ESG).
Pogosta vprašanja
- Solarna energija je sončna energija, ki jo lahko pretvorimo v električno energijo. Gre za obnovljivi vir energije, kar pomeni, da ga lahko obnovimo in ga ne izčrpamo po enkratni uporabi. Sončno energijo lahko uporabljamo za napajanje stavb, ogrevanje vode, polnjenje uporabne elektronike in naprav ter druge namene. Sončna energija je znana tudi kot solarna energija ali sončno sevanje. Več informacij >
- Sončno energijo lahko uporabljamo za dom in v komercialne namene. Ko govorimo o domači uporabi, sončna energija na primer zagotavlja elektriko, toplo vodo ter ogrevanje in hlajenje doma. Nekatera podjetja uporabljajo sončno energijo za upravljanje svojih pisarn, tovarn ali kmetij. Poleg tega lahko vladne ustanove s sončno energijo oskrbujejo javne službe in objekte, kot so javna razsvetljava, parkirišča, prevozna sredstva in šole.
-
Uporaba sončne energije ima več prednosti. Poleg tega, da je sončne energije v izobilju in da je obnovljiva, zmanjšuje naš skupni ogljični odtis, saj sama proizvodnja sončne energije ne proizvaja nobenih emisij. Sončna energija je lahko tudi cenovno ugodna. S tehnološkim napredkom so na primer sistemi sončne energije vedno bolj dostopni, s čimer lahko sčasoma močno znižate stroške komunalnih storitev. Poleg tega je sončna energija prilagodljiva – z njo lahko napajate posamezno stanovanje ali pa celotno skupnost. Sisteme sončne energije lahko namestite praktično na kateri koli lokaciji, tudi na oddaljenih območjih, s čimer lahko zagotovite električno energijo v krajih, ki nimajo dostopa do elektrike.
- Za izkoriščanje sončne energije so na voljo tri osnovne tehnologije: fotovoltaika (PV), koncentrirana sončna energija (CSP) ter sončno ogrevanje in hlajenje (SHC). Ko izkoristite sončno energijo, potrebujete nekaj osnovnih komponent za njeno shranjevanje: baterije, sončne plošče, podplošče kritične obremenitve in pretvornike. Na voljo so trije načini shranjevanja sončne energije: baterija, mehanska energija in toplotno shranjevanje. Postopek se lahko razlikuje glede na vaše potrebe in namen uporabe sončne energije (na primer za napajanje 1.200 kvadratnih metrov velikega predmestnega doma ali velikega posestva brez omrežja).
- Začetni stroški namestitve – v ZDA lahko znašajo od 10.000 do 25.000 USD za stanovanjsko hišo – so lahko za mnoge potrošnike visoki. V nekaterih državah so na voljo vladni programi, ki krijejo stroške za začetek uporabe sončne energije. To lahko vključuje sredstva za izgradnjo stroškovno učinkovitega sistema ali pridobitev razpoložljive davčne olajšave. Čeprav stroški investicije v sistem sončnih plošč ne bodo povrnjeni takoj (povrnjeni bodo v približno desetih letih), pa bodo prihranki razvidni na vašem računu za elektriko. Prihranite lahko od nekaj sto dolarjev do več tisoč dolarjev na leto, odvisno od dejavnikov, kot so stroški sončnega sistema in velikost nepremičnine.
- Sončna energija je ena najbolj trajnostnih oblik energije, ki so danes na voljo. Ne samo, da je energije v izobilju in da je obnovljiva – sonce vsak dan proizvede dovolj energije za zadovoljitev trenutnih letnih svetovnih potreb po energiji – temveč jo lahko proizvajamo gospodarno in prilagodljivo. Sončna energija ne proizvaja emisij toplogrednih plinov, po namestitvi sončnih plošč zahteva minimalne stroške vzdrževanja ter zagotavlja energijo brez tveganja onesnaženja vode ali zraka.
Spremljajte Microsoft