Sončna energija

Sončna energija

Sončna energija

Sončna energija

Sončna energija je izraz, ki opisuje različne načine pridobivanja energije iz sončne svetlobe. Predstavlja enega izmed mnogih obnovljivih virov energije, ki dolgoročno obeta velik potencial za proizvodnjo elektrike. Človeštvo sončno energijo izrablja že stoletja, bolj intenzivno pa zadnje desetletje, ko se je začelo zavedanje o omejenosti drugih virov energije in vplivov na okolje. Za razliko od klasičnega pridobivanja elektrike je sončna energija čista, obnovljiva in nima škodljivega vpliva na okolje. Več o sončni energiji in ostalih obnovljivih virih energije ter njihovi uporabi v praksi si lahko preberete tukaj.

Sonce oddaja energijo zaradi stalne jedrske fuzije, pri kateri se vodik spreminja v helij. Vodik tvori približno 60 %, helij približno 35 %, vsi drugi elementi pa približno 5 % celotne mase sonca. Jedrska fuzija se dogaja v notranjosti sonca pri temperaturah (15–20).106 K in tlakih 1011 barov. Pri tem se na račun energije stalno zmanjšuje masa za približno 5.109 kg/s. Sončno sevanje je elektromagnetno sevanje črnega telesa pri temperaturi 5760 K z valovnimi dolžinami od okrog 0,25 µm (ultravijolično sevanje) do okrog 3 µm (infrardeče sevanje). Gostota sončnega sevanja je najmočnejša pri valovni dolžini okrog 0,5 µm, ki leži v vidnem spektru sevanja (svetloba) in pripada zeleni barvi. Sevanje na zemljo sestavljajo direktno (neposredno od sonca) in difuzno sevanje (posredno »odbito« od različnih delcev), pri čemer se razmerje med njima spreminja glede na položaj točke na zemlji, letni čas in glede na vremenske razmere. Sončno sevanje je trajen vir energije, ki ga narava izkorišča od samih začetkov. Letna količina sončne energije, ki pade na Zemljo, presega osem tisočkrat letne svetovne potrebe po primarni energiji. Pretvorba energije se zgodi ob vpadu sončnega sevanja na sprejemnik. Rastline s fotosintezo pretvarjajo sončno energijo v kemično (biomasa), solarni kolektorji v toploto, sončne celice pa pretvarjajo sončno energijo neposredno v električno energijo.

Za razumevanje pretvorbe sončne energije opisujemo sevanje s pretokom fotonov kot nedeljivih kvantnih delcev brez mase, a z gibalno količino in točno določeno energijo. Sončno sevanje je sestavljeno iz množice fotonov različnih energij. Porazdelitev fotonov glede na njihovo energijo (oziroma valovno dolžino) imenujemo sončni spekter, ki daje spektralno gostoto sevanja. Človeško oko zaznava le del sončnega spektra kot vidno sevanje oziroma kot tako imenovano svetlobo.

Za praktično izrabo sončne energije je pomembno poznavanje količine in tipa vpadnega sevanja na zemeljsko površino. Gostota moči sončnega sevanja se stalno spreminja glede na čas dneva, vremenske razmere in letni čas. Gostoto moči sevanja merimo v vatih na kvadratni meter [W/m2]. Energijo sevanja, to je integrirano moč prek določene časovne periode, imenujemo obsevanje in jo podajamo v vatnih urah na kvadratni meter [Wh/m2]. Gostota moči sončnega sevanja nad zemeljsko atmosfero je med 1.325 in 1.420 W/m2. Povprečje tega zunajzemeljskega sončnega sevanja znaša 1.367 W/m2 .

Letna količina sončne energije, ki pade na Zemljo, presega osem tisočkrat letne svetovne potrebe po primarni energiji. Del te energije se v okviru naravnega cikla s fotosintezo pretvori v biomaso. Človeštvo pa izkorišča ta vir za proizvodnjo toplote in elektrike. Proizvodnja elektrike
Fotovoltaika je proces pretvorbe sončne energije neposredno v električno energijo. Proces pretvorbe je čist, zanesljiv in potrebuje le svetlobo, kot edini vir energije. Za pretvorbo sončne energije v električno energijo se uporabljajo fotonapetostni moduli. Proizvodnja elektrike iz fotovoltaičnih sistemov je okolju prijazna, saj ne povzroča emisij, hrupa in vizualno ni moteča.

Image

Priprava tople vode
Segrevanje vode v temni posodi s pomočjo sonca je znano in v uporabi že stoletja. Na podoben način poteka ogrevanje vode s pomočjo sprejemnikov sončne energije (SSE), ki so prevlečeni s črno barvo, da lahko absorbirajo več energije sonca. Sprejemniki sončne energije zbirajo sončno energijo, s katero se segreva voda v ceveh. Obtočna črpalka skrbi za pretok ogrete vode skozi sistem do menjalnika toplote, kjer odda toploto v hranilniku toplote.

Image


Ogrevanje prostorov
Naprava za ogrevanje prostorov s pomočjo sončne energije je v osnovi enaka tisti za pripravo tople vode, razlikuje se predvsem v velikosti sistema. Ker je v ogrevalni sezoni količina elektrike bistveno manjša, mora biti zato površina sončnih sprejemnikov večja. Sistem za ogrevanje prostorov vključuje tudi hranilnik toplote, ki mora biti ločen od hranilnika za toplo sanitarno vodo. Takšen sistem mora biti podprt s klasičnim sistemom ogrevanja, ki zagotavlja ogrevanje tudi v primeru, ko ni dovolj sončne energije.

Primernost lokacije
Orientacija in naklon fotonapetostnih modulov sta najbolj pomembna pri postavitvi sončne elektrarne. Za Slovenijo velja najprimernejša usmeritev proti jugu, z naklonom 30°. Proizvodnjo elektrike iz sonca lahko z sledenjem fotonapetostnih modulov lahko povečamo za približno 20 do 35 %. Pri sami postavitvi modulov je potrebno paziti na medsebojno senčenje in senčenje večjih objektov, ki negativno vplivajo na proizvodnjo. Poleg orientacije in naklona fotonapetostnih modulov je pomembna tudi lokacija. V Sloveniji imamo višje sončno obsevanje predvsem na Primorskem in na področjih z višjo nadmorsko višino.

Značke:
Povezave
Dokumenti
Povezani članki

Theme picker

Recikliranje fotovoltaičnih modulov

Ob povečanju števila sončnih elektrarn se upravičeno pojavlja vprašanje, kam s sončno elektrarno ob koncu njene življenjske dobe oziroma kako je poskrbljeno za njeno reciklažo. Po več kot tridesetih letih proizvodnje čiste elektrike gredo fotonapetostni (PV) moduli kot bistveni in najpogosteje uporabljeni sestavni deli sončnih elektrarn v postopek reciklaže. Recikliranje PV modulov poleg zmanjševanja onesnaževanja okolja zaradi manjše količine odpadnih materialov prispeva tudi k zmanjšanju porabe elektrike, ki je potrebna v procesu pridobivanja teh surovin. S tem se izpolnjuje zaveza fotovoltaične industrije, da poskrbi za celoten (»zaprt«) življenjski cikel fotonapetostnih modulov.

Način recikliranja je odvisen od tipa modulov. Klasični fotonapetostni moduli so sestavljeni iz silicijevih sončnih celic, aluminijastega okvirja, stekla, delov plastike in bakrenih kontaktov. Del razgradnje poteka mehansko, drugi del pa termično, pri čemer ločijo celice, steklo in bakrene kontakte. Fotonapetostni moduli se lahko reciklirajo in uporabijo pri proizvodnji novih modulov ali drugih novih izdelkov. Proces reciklaže za monokristalne in polikristalne module, kot tudi za tanko-filmske module, je izpopolnjen do te mere, da je primeren za široko industrijsko rabo. Z recikliranjem pridobimo dragocene materiale kot so steklo, aluminij in polprevodniški materiali. Šele ko se reciklirane komponente znova uporabijo, je življenjski krog fotonapetostnih modulov sklenjen. S tem fotovoltaična industrija zagotavlja trajen in trajnostni razvoj panoge ter utrjuje vlogo sončnih elektrarn kot vira čiste elektrike.

Postopek reciklaže:

Pri nepoškodovanih PV modulih se razgradnja začne z odstranjevanjem aluminijastega okvirja in nadaljuje s termičnim procesom. V peči, ogreti na 600 °C, se zažgejo vse folije, medtem ko sončne celice, steklo in vezni trakovi, ki v modulu povezujejo sončne celice, ostanejo nepoškodovani. Vse to po končanem termičnem procesu ločijo. Steklo očistijo in vnovič uporabijo, sončne celice, ki so iz kristalnega silicija, pa kemično obdelajo s fluorovodikovo kislino. Odstranijo antirefleksne plasti, tako da ostanejo samo rezine kristalnega silicija, iz katerih se naredijo nove sončne celice. Te se spet uporabijo pri proizvodnji fotonapetostnih modulov. Postopek pri poškodovanih modulih je zelo podoben, razlika je le v kemični obdelavi sončnih celic. Ker so te že na začetku postopka poškodovane, jih po končanem termičnem procesu in po tem, ko jih ločijo od stekla, razdrobijo in v peči stalijo pri tisoč stopinjah Celzija v ingote. Ti se znova obdelajo v rezine in šele nato v sončne celice, ki se lahko spet uporabijo pri proizvodnji modulov.

Postopki obdelave fotonapetostnih modulov iz mono- in polikristalnega silicija

Postopek predelave modulov je sestavljen iz dveh faz. V prvi fazi se najprej odstranita aluminijasti okvir in škatlica s priključki, ki se nato posamezno obdelata. Po odstranitvi teh dveh komponent se modul obdela s posebnim postopkom, da se ločijo različni materiali (steklo in sončne celice), ki se ločeno obdelajo. Pri tej fazi se lahko uporabijo različni postopki za predelavo fotonapetostnih modulov: fizikalna/mehanska obdelava, kemična obdelava, toplotna obdelava in odstranjevanje, ki vključuje predelavo v enak produkt ali predelavo v drug produkt, odlaganje na odlagališče idr.

Potek predelave odpadnega fotonapetostnega modula:



Vir: Weadock, 2011

Do zdaj sta samo dve metodi obdelave modulov preizkušeni in uporabljeni: prva je tehnika za kristalne silicijeve module, ki uporablja toplotni postopek za ločevanje in kemični postopek za sončne celice. Druga je tehnika za tankoplastne CdTe module, kjer gre za predelavo sončnih celic s kemičnim čiščenjem celic, pri kateri odstranijo različne plasti (zgornje in spodnje metalizacije, protiodsevni premaz in p-n spoj) na sončni celici.

Ker je v sestavi modula velika količina stekla, se možnosti predelave modulov vrtijo okoli predelave stekla. Zaradi tega želijo proizvajalci modulov uporabiti lažjo metodo recikliranja, t.j. »float glass recycling«, ki proizvede večjo kvaliteto stekla, zato se lahko uporabi v različnih sektorjih. Druga metoda je »fibre glass recycling«, ki proizvede manj kakovostna stekla. To steklo se lahko uporabi pri izolaciji ali konstrukciji, vendar pri takšni metodi recikliranja dobijo samo steklo, ne pa tudi drugih materialov.

Bodite obveščeni o aktualnih vsebinah s področja TRAJNOSTNE ENERGIJE. Prijavite se na e-novice!

Prijavite se na e-novice