Skąd słońce bierze energię i jak zacząć z niej korzystać?
Słońce odgrywa w naszym życiu ogromną rolę. Poprawia nasze samopoczucie, jest głównym czynnikiem wzrostu roślin. Dzięki niemu istnieje wszystko co żywe na naszej planecie. Nasz blog jest pełen merytorycznych, technicznych w treści, dlatego w niniejszym artykule chcemy spojrzeć na Słońce właśnie pod tym technicznym kątem. Tutaj dowiesz się w jaki produkowana jest energia słoneczna oraz jak ją czerpać z największym zyskiem.
Braki w surowcach
Globalne roczne zużycie energii stale rośnie. Między 2006 a 2016 rokiem zapotrzebowanie na energię elektryczną całej Ziemi podwoiło się. Aby można było mówić o korzystaniu z energii, należy najpierw ją wytworzyć, potrzeba do tego wydobycia i spalenia surowca. Sęk w tym, że zasoby owych surowców są ograniczone. Im mniej ich jest, tym trudniejsze i droższe jest ich wydobycie. Zapotrzebowanie na energię stale rośnie. Bardzo prawdopodobny scenariusz jaki nas spotka wygląda tak, że w przyszłości będziemy mieli na nią ogromne zapotrzebowanie, jednak jej produkcja (a co za tym idzie i cena) będzie zbyt droga, bo drogie będzie wydobycie surowca potrzebnego do jej produkcji. Stąd właśnie pojawiły się liczne zachęty korzystania z OZE (Odnawialnych Źródeł Energii). Do OZE zaliczamy wiatr, wodę oraz ciepło pochodzące z wnętrza ziemi. Jednak żaden z wymienionych żywiołów nie ma tak dużego potencjału jakie posiada Słońce.
Dlaczego powinniśmy korzystać z odnawialnych źródeł energii?
Skąd się bierze energia słoneczna?
Słońce jest gwiazdą, do której mamy najbliżej (niespełna 150 milionów kilometrów). Aby światło dotarło ze Słońca do naszej planety, potrzebuje dokładnie 8 minut i 19 sekund. Średnica słońca jest około 110 razy większa od średnicy Ziemi. Na zewnątrz Słońce ma 5 500 ˚C. W środku temperatura sięga aż 15 milionów stopni. Tutaj nasuwa się pytanie: jak to jest, że Słońce może się rozgrzać tak mocno, emitując przy tym tak duże ilości światła? Zjawiskiem odpowiedzialnym za te wydarzenia jest fuzja jądrowa. Fuzja jądrowa to sytuacja, w której dwa jądra atomowe ulegają połączeniu ze sobą. W ciągu jednej sekundy Słońce zamienia 620 ton wodoru w 606 ton helu. Powstała różnica masy to nic innego jak energia. Sprawa wydawałaby się bardzo prosta, bowiem fuzja wymaga połączenia (lub zderzenia) się ze sobą dwóch jednoimiennych ładunków. Tłumacząc to najprościej jak się da – działa na zasadzie magnesów, odwróconych tymi samymi stronami do siebie. Jak wiemy w takich sytuacjach magnesy odpychają się od siebie i bardzo trudno jest je ze sobą połączyć. Fuzja jądrowa wymaga przezwyciężenia sił odpychania. Sytuacja nie mogłaby mieć miejsca gdyby nie efekt tunelowy. Odpowiada on za przejście danej cząstki przez tzw. barierę potencjału. Gdyby nie występowanie efektu tunelowego, produkcja energii byłaby niemożliwa, a co za tym idzie… na Ziemi nie byłoby życia.
Tani prąd – jak pozyskiwać energię ze Słońca?
Po skomplikowanym, pełnym fizycznych pojęć wyjaśnieniu tego, w jaki sposób powstaje energia, warto przejść do rozważań o jej pozyskiwaniu. Technologia, która miałaby wykorzystywać wszystkie te skomplikowane działania i zamieniać je w prąd początkowo była brana jako rozwiązanie dla wybranych. Była uznana jako technologia zbyt skomplikowana dla przeciętnego Kowalskiego. Mamy 2021 rok, instalacje wykorzystujące promienie słoneczne goszczą od dziesięcioleci na dachach wielu gospodarstw i firm. Mowa tu oczywiście o panelach fotowoltaicznych. Panele słoneczne wykonane są z ogniw słonecznych, które – o dziwo – wcale nie należą do technologii nowych. Zostały wymyślone w 1830 roku! Na przestrzeni lat udoskonalano regularnie to rozwiązanie, aż czas zaprowadził nas do miejsca, w którym obecnie się znajdujemy. Obecne panele fotowoltaiczne wykorzystują do pracy tzw. efekt/zjawisko fotowoltaiczne i półprzewodnik, czyli Krzem. Krzem jest kluczem w działaniu obecnych paneli.
Działanie paneli fotowoltaicznych
W telegraficznym skrócie: Krzem posiada na swojej powłoce 4 elektrony i dąży do tego, aby posiadać ich 8. Kiedy pierwiastków krzemu jest dużo, tworzą one kryształy, w którym każdy z atomów uwspólnia swoje 4 atomy z 4 innymi najbliższymi sąsiadami. W takim układzie nie ma wolnych elektronów – występuje brak nośników ładunku. Gdy do takiego układu dodamy pierwiastki mające 5 elektronów na swojej powłoce (takie dorzucane pierwiastki to inaczej domieszki i jest nim np. Fosfor), to będą one się chciały ‘wpasować’. Dodany Fosfor będzie zachowywał się jak krzem i wykorzysta 4 ze swoich elektronów do wytworzenia wiązania, w wyniku czego 1 elektron zostanie niezagospodarowany. Wtedy w układzie panuje nadmiar ujemnie naładowanych elektronów – inaczej półprzewodnik typu N. Jeżeli do Krzemu zostanie dodany atom, który ma na swojej powłoce 3 elektrony, stworzymy układ, w którym będą puste miejsca na elektrony, nazywane wprost dziurami. Taki półprzewodnik ma za mało elektronów, by móc zachowywać się jak Krzem – w ten sposób powstaje półprzewodnik typu P. Jeżeli polaczymy ze sobą półprzewodnik typu P i N to będą elektrony się ze sobą łączyć, by uzyskać obszar elektrycznie obojętny i wyrównać ładunki. Wokół półprzewodnika N wytworzy się warstwa dodatnia (ponieważ ubyło z niego elektronów), a wokół półprzewodnika P warstwa ujemna (bo elektronów ubyło). Półprzewodnik P zatrzyma elektrony tak, aby nie wnikały już dalej. I w tym miejscu przechodzimy do meritum: jeżeli w układzie powstanie para elektron-dziura, nie będzie ona w stanie się zrekombinować. Istniejące napięcie będzie ‘wypychało’ elektrony w jedną stronę, a dziury w drugą. Właśnie to zjawisko ma miejsce w panelach fotowoltaicznych. Padające promieniowanie słoneczne ma odpowiednio dużą energię, żeby wytworzyć parę elektron-dziura. Taka para bezie rozdzielona napięciem, wytworzonym na złączu półprzewodnika N i P. Ponieważ w module fotowoltaicznym wszystko jest ze sobą połączone, elektron ‘idzie szukać’ dziury. I właśnie w tym momencie płynie prąd, ponieważ energia elektryczna to nic innego jak uporządkowany ruch elektronów.
Opisując to zjawisko zignorowano wymiary złącza, temperaturę oraz pozostałe czynniki. Przykład został maksymalnie uproszczony po to, aby zobrazować zasadę działania ogniw fotowoltaicznych. Działanie paneli fotowoltaicznych jest dobrze znane wszystkim producentom, dlatego każde kolejne urządzenia są coraz lepsze od poprzednich. Koszty produkcji paneli są coraz mniejsze, wiec koszty uzyskania energii również stale maleją.
Podstawowe informacje o fotowoltaice
Jeżeli chcesz dowiedzieć się więcej o procesie inwestycyjnym, kosztach zakupu i montażu takiego rozwiązania, zapraszamy do przeczytania naszych poprzednich artykułów. Wszystkie niezbędne informacje o fotowoltaice znajdziesz tu: https://energetycznyprojekt.pl/technologie/instalacja-fotowoltaiczna/. Zastanawiasz się i nie jesteś przekonany czy panele fotowoltaiczne to dobra decyzja? Zapraszamy do przeczytania artykułu, który wyjaśni, dlaczego warto podjąć decyzję jak najszybciej: https://energetycznyprojekt.pl/fotowoltaika/fotowoltaika-zmiany-przepisow-2021-czy-to-koniec-fotowoltaiki/
Energetyczny Projekt
Prawa zastrzeżone do artykułu na rzecz Energetyczny Projekt Sp. z o.o.
