www.biomasa.org/edukacja

Jak możemy wykorzystać energię Słońca?

prezentacja dla uczniów szkół gimnazjalnych

Prezentacja przygotowana w ramach projektu Fundacji Partnerstwo dla Środowiska współfinansowanego przez NFOŚiGW.

Energia Słońca

Energia promieniowania słonecznego jest podstawowym źródłem energii na Ziemi.

Jest ona wykorzystywana w procesie fotosyntezy przez rośliny, które następnie tworzą rezerwy biomasy.

Ludzie od zawsze wykorzystywali energię Słońca.

Obecnie jest ona wykorzystywana bezpośrednio do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Energię promieniowania słonecznego zaliczamy do odnawialnych źródeł energii.

www.biomasa.org/edukacja

Zasoby energii Słońca

Słońce w ciągu zaledwie jednego dnia dostarcza więcej energii, niż przez 27 lat zużywa cała populacja ziemskiego globu.

Ilość energii docierającej w ciągu roku do powierzchni Ziemi jest wielokrotnie większa niż cały zgromadzony na Ziemi potencjał energii odnawialnej i nieodnawialnej. Część promieniowanie słonecznego nie może dotrzeć do powierzchni Ziemi z powodu:  zbytniego zachmurzenia,  niekorzystnego kąta padania promieni słonecznych,  bądź zanieczyszczeń, mimo to jednak zasoby energii , które ludzkość ma do dyspozycji nadal pozostają ogromne.

www.biomasa.org/edukacja

Energia Słońca – główne źródło energii w przyrodzie

Energia paliw kopalnych, stanowiących obecnie główny surowiec energetyczny jest także energią pochodzącą od Słońca.

Przed milionami lat została ona uwięziona w biomasie, a następnie uległa przekształceniu w procesach biochemicznych i fizykochemicznych w węgiel, ropę naftową i gaz ziemny.

Także energia wiatru i fal morskich powstaje dzięki promieniowaniu słonecznemu.

www.biomasa.org/edukacja Courtesy of DOE/NREL

Promieniowanie słoneczne

Ilość promieniowania słonecznego docierającego do danego miejsca zależy od:  szerokości geograficznej,   zachmurzenia, zanieczyszczenia powietrza.

Im dalej od równika … Im więcej dni pochmurnych … Im bliżej wielkich miast …

Courtesy of DOE/NREL

... tym mniej energii słonecznej dociera do danego miejsca na Ziemi.

www.biomasa.org/edukacja

Potencjał energetyczny Słońca

Potencjał energetyczny Słońca jest naprawdę olbrzymi: całoroczne światowe zapotrzebowanie na energię mogłoby zostać pokryte przez promieniowanie słoneczne, docierające do powierzchni Ziemi w ciągu zaledwie jednej godziny!

 problem stanowi akumulacja tych ogromnych zasobów  wykorzystanie energii Słońca wymaga również odpowiednich warunków helioenergetycznych, które nie zawsze i nie wszędzie występują

Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Proces fotosyntezy

Fotosynteza to proces syntezy prostych związków organicznych (węglowodanów) z dwutlenku węgla i wody przebiegający dzięki wykorzystaniu energii świetlnej pochłanianej przez barwniki asymilacyjne.

© Marek Cios

Zachodzi według równania: 6CO 2 + 6H 2 O + energia świetlna = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

www.biomasa.org/edukacja

Fotosynteza

    najważniejszym barwnikiem asymilacyjnym jest

chlorofil a

pochłaniający światło czerwone i fioletowe, organizmy zdolne do przeprowadzenia fotosyntezy określane są jako fotoautotrofy , do fotoautotrofów zaliczamy rośliny zielone niektóre bakterie oraz wyposażone w tzw. bakteriochlorofil głównym miejscem fotosyntezy u roślin naczyniowych są liście , lecz także zielone łodygi i inne zielone części roślin

www.biomasa.org/edukacja © Marek Cios

Znaczenie fotosyntezy

  stanowi podstawę życia na Ziemi dostarczając tlenu i ogromnych ilości związków organicznych, odbywa się na lądach i w wodach Jej intensywność zależy od:   natężenia światła, zawartości dwutlenku węgla,   zaopatrzenia w wodę, a także od temperatury otoczenia.

www.biomasa.org/edukacja

Odnawialne źródła energii

- w skrócie OZE -

to źródła energii, których zasoby uzupełniają się w naturalnych procesach, co oznacza że są praktycznie niewyczerpalne.

Courtesy of DOE/NREL

Zaliczamy do nich:  energię Słońca  energię wiatru  energię wody  energię geotermalną  biomasę

Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie OZE

kotłownie na biomasę elektrownie biogazowe pompy ciepła elektrownie wodne

SPOSOBY WYKORZYSTANIA ENERGII ODNAWIALNEJ

elektrownie wiatrowe ogniwa fotowoltaiczne kolektory słoneczne

Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie energii słonecznej

rozniecanie ognia

Courtesy of DOE/NREL

oświetlenie

WYKORZYSTANIE ENERGII SŁONECZNEJ © Marek Cios

suszenie produktów żywnościowych ogrzewanie pomieszczeń

Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie energii Słońca dawniej

 na początku ludzie wykorzystywali ją do rozniecania ognia i suszenia produktów żywnościowych,  z czasem rozpoczęto wykorzystywać ją do produkcji energii cieplnej – już w roku 1897, w miejscowości Pasadena koło Los Angeles właśnie w ten sposób ogrzewano aż 30% domów,  efekt fotowoltaiczny, umożliwiający produkcję prądu bezpośrednio z promieniowania słonecznego został zaobserwowany już w XIX wieku, na szeroką skalę wykorzystano go dopiero w latach 50. ubiegłego stulecia

www.biomasa.org/edukacja

Co to jest energia słoneczna?

Energia słoneczna to wytwarzana przez Słońce energia, której głównym źródłem są zachodzące w jądrze Słońca reakcje termojądrowe, polegające na przemianie jądra wodoru (H) w jądro helu (He). Usłonecznienie to liczba godzin, w których tarcza słoneczna jest bezpośrednio widoczna.

www.biomasa.org/edukacja

Określanie możliwości wykorzystania energii Słońca

Do określania przydatności terenu do wykorzystania energii słonecznej służą następujące kryteria:  liczba godzin ze Słońcem,  sumy miesięczne i roczne promieniowania całkowitego,  przeźroczystość atmosfery,  długość i czas występowania nieprzerwanych okresów dopływu bezpośredniego promieniowania Słońca,  ocena warunków lokalnych

Courtesy of DOE/NREL

Energetyka słoneczna

Energetyka słoneczna, czyli helioenergetyka zajmuje się:   pozyskiwaniem przetwarzaniem  i wykorzystywaniem energii promieniowania słonecznego.

Courtesy of DOE/NREL

Energia słoneczna jest wykorzystywana do:   produkcji energii cieplnej w kolektorach słonecznych produkcji energii elektrycznej w ogniwach fotowoltaicznych

www.biomasa.org/edukacja

Ogniwa fotowoltaiczne

Ogniwo fotowoltaiczne zbudowane jest z dwóch płytek krzemowych.

Gdy promienie słoneczne padają na ogniwo, elektrony z dolnej warstwy przemieszczają się do warstwy górnej, generując napięcie elektryczne.

www.biomasa.org/edukacja

 

Zastosowania ogniw fotowoltaicznych

Ogniwa fotowoltaiczne najczęściej wykorzystuje się w zegarkach i w kalkulatorach , bardziej złożone instalacje służą zaś do oświetlania domów i ulic .

Courtesy of DOE/NREL

W jednym z alzackich miasteczek osiągnięto spore oszczędności, oświetlając nocą ulice przy pomocy systemu fotowoltaicznego, zasilanego energią słoneczną za dnia.

www.biomasa.org/edukacja

    

Zastosowania ogniw fotowoltaicznych c.d.

Inne zastosowania ogniw fotowoltaicznych to: zasilanie kolejowej sygnalizacji świetlnej, telefonów komórkowych, radioodbiorników, zabawek, a nawet przenośnych telewizorów i eksperymentalnych samochodów.

Courtesy of DOE/NREL

Również niektóre parkometry w Polsce funkcjonują dzięki bateriom słonecznym.

www.biomasa.org/edukacja

Kolektory słoneczne

Służą do zamieniania energii słonecznej na energię cieplną    najczęściej stosowane są kolektory płaskie cieczowe lub gazowe oraz rurowe kolektory próżniowe , najczęściej montowane są na dachach, ale mogą również być instalowane na ścianach budynków lub na specjalnym stelażu obok budynku, powinny być skierowane na południe, aby jak najdłużej docierało do nich promieniowanie słoneczne

www.biomasa.org/edukacja Courtesy of DOE/NREL

Płaskie kolektory słoneczne

Najbardziej rozpowszechnione są płaskie kolektory cieczowe składające się z:  przezroczystej szyby wykonanej z materiału o niskiej zawartości tlenków żelaza,  absorbera, który może być wykonany z miedzi, mosiądzu lub aluminium,  izolacji, która zapobiega oddawaniu ciepła do otoczenia najczęściej wykonanej z wełny mineralnej lub poliuretanu,  aluminiowej obudowy, która powinna być szczelna.

www.biomasa.org/edukacja

Zastosowania kolektorów słonecznych

Kolektory słoneczne wykorzystuje się:  do ogrzewania pomieszczeń , a także   do podgrzewania wody w domach, gospodarstwach rolnych, obiektach sportowych i rekreacyjnych oraz zakładach

Courtesy of DOE/NREL

przemysłowych i do ogrzewania wody w basenach, rolnicy stosują je do suszenia produktów rolnych : zboża, nasion, owoców, ziół i grzybów.

Ocenia się, że w Polsce kolektory słoneczne są w stanie pokryć około 60% rocznego zapotrzebowania domu jednorodzinnego na energię cieplną, jeżeli budynek zostanie odpowiednio zbudowany.

www.biomasa.org/edukacja

Wieża słoneczna

Zasada działania wieży słonecznej jest stosunkowo prosta.

Słońce nagrzewa znajdujące się pod szklanym dachem powietrze, które ogrzane unosi się do góry. Silny ciąg tworzony przez wieżę wciąga powietrze do turbin, które wytwarzają prąd elektryczny. Rozwiązanie to zostało już sprawdzone w Hiszpanii, gdzie przez siedem lat działała pokazowa wieża – elektrownia.

Budowana w Australii wieża słoneczna będzie miała 1000 metrów wysokości, a jej dolana część, czyli masywny szklany dach ma mieć aż 7 km średnicy. Wieża ta będzie najwyższym budynkiem, wzniesionym przez człowieka.

www.biomasa.org/edukacja

Warunki helioenergetyczne w Polsce

W Polsce najlepsze warunki występują:    w części woj. lubelskiego, na południowych krańcach woj. podlaskiego, na Wybrzeżu Środkowym i Szczecińskim.

Najgorsze warunki panują:  na Śląsku  na styku granic trzech państw: Polski, Czech i Niemiec.

Zasoby helioenergetyczne wybranych regionów Polski

Region nadmorski Zamojszczyzna Dolny Śląsk Podhale Suwalszczyzna warszawski Średnie roczne napromieniowanie w kWh/m 2 1064 1033 1030 988 975 967 Średnie roczne usłonecznienie w godzinach 1624 1572 1529 1467 1576 1580

www.biomasa.org/edukacja

Regiony:

1. Nadmorski 2. Pomorski 3. Mazursko Siedlecki 4. Suwalski 5. Wielkopolski 6. Warszawski 7. Podlasko Lubelski 8. Śląsko Mazowiecki 9. Świętokrzysko Sandomierski 10. Górnośląski 11. Podgórski

www.biomasa.org/edukacja

Zalety wykorzystania energii Słońca

Energia Słońca to odnawialne źródło energii. Jej wykorzystanie nie przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych, nie powoduje żadnych zanieczyszczeń, nie pociąga za sobą produkcji odpadów.

Dostarczający 35 000 l ciepłej wody użytkowej kolektor słoneczny o powierzchni 6 m 2 pozwala zredukować roczną emisję :     dwutlenku węgla (CO 2 ) o 1,5 t, dwutlenku siarki (SO 2 ) o 12 kg, tlenków azotu o 5 kg i pyłów o 2 kg.

www.biomasa.org/edukacja

    

Wady wykorzystania energii Słońca

trudności z magazynowaniem, wykorzystanie wymaga dużych przestrzeni i odpowiednich warunków helioenergetycznych, duża zmienność dobowa i sezonowa promieniowania słonecznego, mała gęstość dobowa strumienia energii słonecznej, wysokie koszty produkcji ogniw fotowoltaicznych

www.biomasa.org/edukacja Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL