Energia solară - speranța energetică a omenirii

În acest articol voi arăta ce este energia solară, ce potențial imens are aceasta, cum poate fi transformată în energie electrică și câteva avantaje și dezavantaje identificate.

Energia solară este energia emisă de Soare. Este o sursă de energie regenerabilă, nepoluantă, în măsura în care nu luăm în considerare poluarea emisă la producerea echipamentelor de conversie a energiei solare în alte forme de energie.

Se știe că valoarea intensității radiației solare în vid la o distanță egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, pe o suprafață perpendiculară pe direcția radiației, este de 1353 W/m². Dar această valoare nu este înregistrată și la nivelul solului deoarece la trecerea prin atmosferă, lumina soarelui este atenuată în principal datorită absorbției radiațiilor infraroșii de către vaporii de apă, radiațiilor ultraviolete de către ozon și împrăștierii radiațiilor de către particulele de praf și aerosoli atmosferici.

Cantitatea de energie care cade pe unitatea de suprafață pe Pământ și în unitatea de timp depinde de următorii factori:

1. Latitudinea geografică a zonei;
2. Clima locală și perioada anului;
3. Densitatea, umiditatea și gradul de poluare a aerului atmosferic;
4. Mișcarea de rotație a Pământului, pe parcursul unei zile (24 de ore) și pe parcursul întregului an;
5. Natura suprafeței pământului;
6. Unghiul de înclinare al suprafeței pe care cade radiația, față de Soare.

Pentru nordul Europei practic se poate vorbi, într-o zi însorită și fără nori pe cer, pe o suprafață perpendiculară pe razele soarelui, de o valoare medie de aproximativ 1000 W/m² . Acest lucru înseamnă că energia solară înregistrată pe o suprafață de 1 metru pătrat timp de o oră este de 1 kWh. Înmulțind această valoare cu suprafața țării noastre (238397 km2), de exemplu, găsim că energia pe care Soarele ne-o oferă în timp de o oră este de circa 238397 GW. Comparând cu consumul energetic mediu al României, de circa 6,5 GW, observăm că energia solară ce cade pe suprafața țării noastre într-o zi însorită este de 36676 de ori mai mare. Deci energia solară are un mare potențial de a acoperi necesarul energetic al tării noastre și, în general, al omenirii.

Problema care se pune este cum transformăm energia solară în energie electrică. Așa cum se știe, dintre toate formele de energie, energia electrică este cea mai preferată deoarece poate fi produsă, transportată și transformată în alte forme de energie relativ ușor.

Există varianta clasică, de obținere a căldurii, care să fie apoi transformată în energie electrică: razele solare focalizate cu ajutorul unor oglinzi parabolice (care pot fi mișcate de un motor pentru a urmări Soarele pe cer) încălzesc un fluid, care generează vapori de apă printr-un schimbător de căldură iar aburul rezultat acționează turbinele și generatoarele exact ca în centralele termice convenționale. Randamentul acestor instalații (procentul de energie solară convertită în energie electrică) poate fi de peste 30%.

Varianta modernă presupune conversia directă a radiației solare în energie electrică prin efect fotovoltaic, cu ajutorul celulelor, respectiv a bateriilor solare. Dispozitivele în care se realizează conversia energiei luminoase în energie electrică prin efect fotovoltaic sunt denumite generatoare fotovoltaice. Cele mai elementare dintre acestea se numesc celule fotovoltaice sau fotocelule.

Dacă prima generație de celule fotovoltaice avea un randament de conversie a energiei de circa 4%, astăzi suntem la a treia generație, cu un procent de 20%. Aceasta înseamnă că, dacă prin absurd, s-ar acoperi cu panouri fotovoltaice întreaga suprafață a tării noastre, s-ar obține o energie electrică de circa 47679 GW adică de circa 7335 de ori mai multă energie electrică decât consumă România acum. Dar aceste panouri pot fi puse în deșerturi, de exemplu, acolo unde și valoarea medie a energiei ce cade pe un metru pătrat este mai mare (2000-2500 kWh/m² pe an).

De aici putem vedea uriașul potențial pentru omenire pe care îl are captarea energiei solare.

Mai trebuie precizat că îmbătrânirea celulelor conduce la scăderea randamentului cu cca 10% în 25 ani și că durata de viață a unui astfel de panou este de 30 de ani.

Dintre avantajele energiei solare putem identifica:

• Este o sursă de energie inepuizabilă;
• Randamentul de conversie în energie electrică obținut până acum permite recuperarea investiției într-un timp rezonabil;
• Panourile fotovoltaice pot fi montate și pe locuințe, putându-se atinge astfel independența energetică a gospodăriei.

Putem identifica și câteva dezavantaje:

• Producerea energiei electrice depinde de starea vremii;
• Costul mare al panourilor fotovoltaice face ca investiția inițială să fie mare, lucru datorat eficienței reduse a conversiei;
• Eficiența conversiei este relativ mică;
• Fabricarea instalațiilor presupune un anumit grad de poluare și emitere de CO₂;
• Costurile mari pentru reciclarea panourilor solare după expirarea duratei de viață.

În concluzie, energia solară este o speranță pentru viitorul energetic al omenirii dar și o provocare legată de conversia acesteia în energie electrică. Să sperăm că avansul tehnologic în anii ce vor urma vor rezolva multe din problemele identificate.

 

Bibliografie:
Cum se calculează cantitatea de energie solară din regiune. Câtă energie oferă un panou solar
Centrală solară - Wikipedia
File:Discos parabolicos02.jpg - Wikimedia Commons
Durata de viață a energiei solare
Avantajele energiei solare: ce este, tipuri și dezavantaje | Energie regenerabilă verde
Primele panouri solare încep să se strice și trebuie reciclate