Много се говори за слънчевата енергия – но какво всъщност е тя? А какво ще кажете за електричеството и топлината? В тази статия ще обясним всичко това.

Слънцето е нашият най-голям източник на енергия. Ако можем да преобразуваме цялата слънчева радиация, която достига нашата планета за един час, в електричество, тя ще покрие енергийните нужди на света за цяла година. За съжаление изключително малък процент от електрическата енергия идва от слънчева енергия. В България приблизително 0,1% е от слънчева енергия. Фактът, че числата са толкова ниски, е защото технологията е сравнително нова и скъпа. Освен това са необходими по-добри начини за съхраняване на енергията, произведена в слънчевите клетки, когато слънцето не грее. Интегриране на слънчеви клетки става все по-обичайно. Международната агенция по енергетика (МАЕ) очаква слънчевата енергия да бъде най-големият източник на електроенергия в света до 2050 г.

Енергията, извлечена от слънчевите лъчи, се нарича слънчева енергия. Слънчевата енергия включва както топлина, така и електричество, произведена от слънцето. Слънцето е възобновяем източник на енергия, което означава, че източникът на енергия не се изчерпва, за разлика от въглищата, нефта и природния газ.

Слънчевата енергия е енергията, която получаваме от слънцето и е в основата на целия живот на земята. Най-често, когато говорим за слънчева енергия, това е сборно наименование както за слънчево електричество, така и за слънчево отопление. Слънчевите лъчи могат да ни дадат различни видове ползи, в зависимост от това как ги използваме.

1. Слънчеви клетки

Когато чуете думата „слънчева“, много хора си представят слънчеви панели, въпреки че всъщност множеството малки слънчеви клетки върху панелите преобразуват слънчевата светлина в електричество. Слънчевите клетки се състоят от редица последователно свързани силициеви клетки, които преобразуват слънчевите лъчи (които съдържат фотони) в електрони, т.е. електричество.
Когато слънцето огрява панелите, те произвеждат постоянен ток. Електричеството отива към инвертора, който след това преобразува постоянния ток в променлив ток, който можем да използваме в домовете си. Слънчевото електричество се подава в електрически център, а електричеството, което не се консумира директно в къщата, отива към външната електрическа мрежа и се продава на Вашата електрическа компания. Това е най-добрата опция, която може да направите. Така няма губене на енергия или инвестиция в соларна батерия за съхранение на ток, за бъдещ период.

Как се появяват първите соларни панели? Съвпадение, което се превърна в гориво за космически кораби.
Първата работеща слънчева машина е конструирана през 1860-те години от французина Огюстен Мушо (1825-1912). Съвременните силициеви слънчеви клетки, които могат да преобразуват слънчевата светлина в електричество, са открити случайно, когато ученият Ръсел Ол (1898-1987) осветява с фенерче парче силиций и вижда показанията на волтметър. Първата функционираща слънчева клетка е конструирана в лабораториите на Bell в САЩ през 1954 г. До 70-те години на миналия век слънчевите клетки се използват главно в космически кораби и сателити, но във връзка с петролната криза и в крак с изменението на климата, причинено от изкопаемите горива, интересът към слънчевата енергия започна да нараства.

Слънчевите клетки може да бъдат няколко вида:

• Силициеви слънчеви клетки

Силициеви слънчеви клетки принадлежат към първото поколение слънчеви клетки. Производството на силиций обаче е скъпо и те се влияят отрицателно от топлината, което означава, че осигуряват по-малко ток, когато станат наистина горещи.

• Тънкослойни слънчеви клетки

Тънкослойните слънчеви клетки се считат за слънчеви клетки от второ поколение. Те се състоят от много тънки слоеве токопроводими вещества върху стъклен лист, чийто размер може да се променя при необходимост. Тогава слънчевите клетки също ще бъдат по-евтини за производство, тъй като е необходим по-малко материал. Най-ефективните тънкослойни слънчеви клетки имат ефективност от около 28 процента. Те са сложни и скъпи за производство и затова се използват главно в слънчеви панели в космоса.

• Нано соларни клетки

Слънчевите клетки Grätzel или наносоларните клетки използват принципа зад фотосинтезата, начина, по който растенията преобразуват слънчевата светлина в енергия. Името на изобретателя е професор Michael Grätzel. Слънчевите клетки Grätzel се състоят от наночастици от титанов диоксид, напоени със светлопоглъщащо багрило. Когато багрилото получава енергия от слънчевата светлина, неговите електрони започват да се движат и между двата електрода на слънчевата клетка grätzel се създава електрически ток. Багрилата в слънчевите клетки grätzel могат да бъдат направени по-чувствителни към светлина, така че да произвеждат енергия дори когато е облачно.

Слънчевите клетки преобразуват слънчевата енергия
Соларните клетки се монтират на покрив или на стойка на земята. Те приемат и преобразуват слънчевите лъчи в електричество под формата на постоянен ток.

Инверторът преобразува енергията в електричество
Захранващ кабел преминава от слънчевите панели към инвертор, който преобразува електричеството в нормален променлив ток с 230V.

Електричеството, което произвеждате, отива основно за Вашето собствено потребление на електроенергия и всички различни уреди в имота. Електромерът проверява нивото на потребление. Ако произвеждате повече електроенергия, отколкото използвате, можете или да продадете излишъка си, или да съхраните излишъка от произведената слънчева енергия. Но това може да се случи само ако Вашата фотоволтаична система е хибридна.

Още малко любопитни факти за соларните панели и тяхното развитие.
Много малки клетки...
Днес повечето слънчеви клетки все още са направени от силиций, вещество, което може да провежда електричество. Слънчевата клетка е много тънък диск, с размерите на CD, с шарен метален слой от страната, върху която грее слънцето. Другата страна има пълен покривен метален слой. Слънчевата светлина дава на силициевите атоми енергия, която освобождава техните електрони. Благодарение на конструкцията на слънчевата клетка, електроните се движат само в една посока и след това се създава електрическо напрежение между металните слоеве. Една слънчева клетка произвежда много малко енергия. Слънчевите клетки се свързват към модули и няколко модула след това се свързват към слънчеви електроцентрали.
За да могат слънчевите клетки да осигурят много енергия, са необходими големи повърхности. Пустинята Сахара например би дала много енергия, а в пустинята няма значение, че се изискват толкова големи площи. Област със слънчеви електроцентрали, голяма колкото повърхността на Вермланд, би могла например да снабди цяла Европа с енергия. Но след това трябва да изградите електрическа мрежа, която да пренася цялата електроенергия.

През последните години започнахме да използваме повече слънчева енергия, но тя все още е малка част от цялата енергия, използвана както в България, така и в света. Една от причините е, че изграждането и инсталирането на соларни центали е сравнително скъпо.

По-ефективни слънчеви клетки на теория и практика
Ако покрием един процент от земната повърхност със слънчеви клетки, можем да получим толкова много енергия, че да има достатъчно за всички на земята, но е важно да се разработят ефективни слънчеви клетки, така че технологията на слънчевата енергия да може да се развива допълнително. През 2007 г. Алън Барнет и неговият изследователски екип от университета на Делауеър в Съединените щати успяха да конструират слънчеви клетки, които преобразуваха 42,9 процента от слънчевата енергия в електричество. На теория слънчевите клетки могат да бъдат с ефективност до 86 процента.

Слънчевите колектори могат да бъдат обяснени просто като поредица от тръби, които лежат една до друга зад стъклен лист. В тръбите има течност, която се нагрява, когато грее слънце. След това горещата течност се съхранява в термично изолиран резервоар, докато стане необходима и може да отоплява къщата.

Един от начините за използване на слънчевата енергия за производство на електричество е чрез слънчева топлинна енергия. След това монтирате големи огледала, които отразяват, насочват и усилват слънчевите лъчи към кула с плавателен съд. Този съд от своя страна съдържа някаква среда, като вода, която започва да кипи и задвижва турбина, която произвежда електричество.

Източници на статията: Солар Вижън, Ekniskamuseet, Jamtkraft