Energia fotowoltaiczna czy cieplna? Zrozum wszystko o różnicach między nimi i poznaj typ najlepiej pasujący do Twojego przypadku

Vivint Solar na zdjęciu Unsplash

Ropa i węgiel są powszechnie używanymi źródłami energii, ale są bardzo zanieczyszczające. W związku z tym dążąc do połączenia efektywności energetycznej i niewielkiego wpływu na planetę, coraz częściej poszukuje się wykorzystania energii odnawialnej. W tym środowisku energia słoneczna wyróżnia się i jest coraz szerzej badana, zarówno do wytwarzania w sektorze biznesowym, jak iw systemach mieszkaniowych.

Co to jest energia słoneczna?

Energia słoneczna to energia elektromagnetyczna, której źródłem jest słońce. Z tego powodu jest uważany za źródło zrównoważonej i czystej energii, która nie wytwarza pozostałości poza składnikami zestawu i nadal przynosi korzyści środowiskowe w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych.

Może być przetwarzany na energię cieplną lub elektryczną i stosowany w różnych zastosowaniach. Dwa główne sposoby wykorzystania energii słonecznej to wytwarzanie energii elektrycznej i ogrzewanie wody za pomocą energii słonecznej.

Do produkcji energii elektrycznej wykorzystywane są dwa układy: heliotermiczny, w którym promieniowanie jest najpierw przekształcane w energię cieplną, a później w energię elektryczną (wykorzystywane głównie w elektrowniach, a zatem nie będzie uwzględniane); i fotowoltaika, w której promieniowanie słoneczne jest bezpośrednio przekształcane w energię elektryczną. Z kolei słoneczną energię cieplną uzyskuje się poprzez wychwytywanie promieniowania elektromagnetycznego, a następnie jego zamianę na ciepło, czyli energię cieplną. W ten sposób zapewnia ogrzewanie wody w instalacjach mieszkalnych, budowlanych i komercyjnych.

Poniżej znajduje się podsumowanie cech i różnic między dwoma głównymi rodzajami energii słonecznej do zamieszkania: energią fotowoltaiczną i energią cieplną.

Fotowoltaika

Energia fotowoltaiczna to koncepcja wytwarzania energii elektrycznej w sposób niekonwencjonalny, czyli za pomocą promieniowania słonecznego, bez konieczności przechodzenia przez fazę energii cieplnej.

Podobnie jak w heliotermie, w fotowoltaicznym systemie energii słonecznej istnieje kilka modeli kolektorów (lub paneli słonecznych), które mają większą lub mniejszą efektywność energetyczną. Najbardziej powszechne są monokrystaliczne, polikrystaliczne i cienkowarstwowe.

Głównymi elementami systemu fotowoltaicznego są panele, konstrukcja wsporcza, sterowniki ładowania, falowniki i baterie.

Pamiętaj, aby upewnić się, że stosowane podzespoły posiadają atesty Państwowego Instytutu Metrologii, Jakości i Technologii (Inmetro), który w 2014 r. Przeprowadził wdrożenie rozporządzenia nr 357 w celu ustalenia zasad funkcjonowania urządzeń wytwórczych Fotowoltaika.

Czas zwrotu inwestycji jest zmienny i zależy od ilości energii, jakiej potrzebuje nieruchomość. Mimo to zaletą systemu domowego jest to, ile użytkownik może zaoszczędzić: po osiągnięciu czasu zwrotu rachunek za energię nie będzie już musiał być płacony.

Jak to działa?

Panele lub panele słoneczne to systemy mikrogeneracji złożone z ogniw fotowoltaicznych. Zestaw paneli tworzy moduł słoneczny. Ogniwa fotowoltaiczne są wykonane z materiałów półprzewodnikowych, takich jak krzem. Gdy komórka płytkowa jest wystawiona na działanie światła i przechwytuje jego energię, część elektronów w oświetlonym materiale pochłania fotony (cząsteczki energii obecne w świetle słonecznym).

Wolne elektrony są transportowane w strumieniu przez półprzewodnik, dopóki nie zostaną pociągnięte przez pole elektryczne, które powstaje w obszarze połączenia materiałów przez różnicę potencjałów elektrycznych między tymi materiałami półprzewodnikowymi. Wolne elektrony są następnie wyjmowane z ogniwa słonecznego i udostępniane do użytku w postaci energii elektrycznej.

W przeciwieństwie do systemu heliotermicznego, system fotowoltaiczny nie wymaga do swojej pracy dużego promieniowania słonecznego. Jednak ilość generowanej energii zależy od gęstości chmur, więc mała liczba chmur może skutkować większą produkcją energii elektrycznej w porównaniu do dni całkowicie otwartego nieba, ze względu na zjawisko odbijania światła słonecznego.

Efektywność konwersji mierzy się na podstawie proporcji promieniowania słonecznego na powierzchni komórki, które jest przekształcane w energię elektryczną. Obecnie najbardziej wydajne ogniwa zapewniają około 25% wydajności.

Obecnie rząd opracowuje projekty wytwarzania energii fotowoltaicznej, aby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne społeczności wiejskich i odizolowanych - informuje Ministerstwo Środowiska. Projekty te koncentrują się na takich obszarach jak:

Pompowanie wody do użytku domowego;
Nawadnianie i hodowla ryb;
Światła uliczne;
Systemy zbiorowego użytku (elektryfikacja szkół, ośrodków zdrowia i domów kultury);
Opieka domowa.

Istnieją również dwa różne typy systemów fotowoltaicznych: te podłączone do sieci ( on-grid lub grid-tie ) lub izolowane od sieci ( off-grid lub autonomiczne). Jedną z głównych różnic między nimi jest skład zestawu, z których pierwszy nie posiada urządzeń do magazynowania energii, to znaczy nie wymaga użycia akumulatora i kontrolera ładowania. Inną ważną różnicą między nimi jest to, że pierwsza musi być podłączona do konwencjonalnej sieci dystrybucji energii, podczas gdy druga może być zainstalowana w bardziej oddalonych regionach.

W przypadku systemów podłączonych do sieci, ustawa 10.438/02 zapewnia korzyści ekonomiczne w postaci kredytów na energię tym, którzy wytwarzają więcej energii we własnych domach, niż żądają, czyli natychmiastowe oszczędności w pieniądzach, które byłyby związane z płatnością. rachunku za prąd za miesiące, w których mieszkanie wytwarza mniej energii niż potrzebuje.

Niestety w Brazylii nadal istnieje niewiele zachęt i linii finansowania dla tego rodzaju energii, do których wciąż trudno jest uzyskać dostęp i które mają niewielkie zastosowanie. Oczekuje się, że wraz ze wzrostem zużycia fotowoltaicznych systemów energetycznych pojawią się bardziej odpowiednie i dostępne zachęty do wspólnych mieszkań.

Eksploatacja termiczna

Innym sposobem wykorzystania promieniowania słonecznego jest ogrzewanie termiczne. Ogrzewanie termiczne może odbywać się poprzez proces pochłaniania światła słonecznego przez kolektory, które zwykle są instalowane na dachach budynków, wspólnot mieszkaniowych i domów.

Ze względu na małe natężenie promieniowania słonecznego na powierzchni ziemi konieczne jest zainstalowanie kilku metrów kwadratowych kolektorów. Każdy model kolektora (który może być otwarty, zamknięty lub próżniowy) ma charakterystyczną efektywność energetyczną i może podgrzewać wodę do określonych temperatur. Dlatego zawsze istnieje bardziej odpowiedni model, w zależności od zamiaru stosowania podgrzanej wody (może to być m.in. do kąpieli, basenów, ogrzewania pomieszczeń).

Według Krajowej Agencji Energii Elektrycznej (Aneel), do zaopatrzenia w ciepłą wodę w mieszkaniu od trzech do czterech mieszkańców potrzeba 4 m² kolektorów. Chociaż popyt na tę technologię jest głównie mieszkaniowy, istnieje również zainteresowanie sektora komercyjnego, takiego jak budynki użyteczności publicznej, szpitale, restauracje, hotele i inne firmy.

Czas zwrotu inwestycji w słoneczną energię cieplną jest różny, zwykle występuje w przedziale od 18 do 36 miesięcy. Okres użytkowania podgrzewacza słonecznego szacuje się na około 240 miesięcy, co czyni system bardzo korzystnym i ekonomicznym.

Jak to działa?

Zasada działania eksploatacji termicznej jest prosta: powierzchnia panelu posiada lamele wykonane z miedzi lub aluminium, zwykle pomalowane na ciemny kolor dla większej absorpcji promieniowania słonecznego. W ten sposób te płetwy wychwytują promieniowanie słoneczne i przekształcają je w ciepło. Ciepło jest absorbowane przez płyn znajdujący się wewnątrz paneli (zwykle woda), który następnie jest transportowany poprzez pompowanie izolowanymi rurkami, aż dotrze do zbiornika ciepłej wody (zbiornika termicznego lub kotła).

Zbiornik ciepłej wody składa się z materiału izolacyjnego, który zapobiega wychłodzeniu się wody i umożliwia jej dostarczanie w przyjemnej temperaturze nawet w okresach bez słońca.

Jakie są wady i zalety energii słonecznej?

Energia słoneczna jest uważana za odnawialne i niewyczerpane źródło energii. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, proces wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej nie powoduje emisji dwutlenku siarki (SO2), tlenków azotu (NOx) i dwutlenku węgla (CO2) - wszystkie gazy zanieczyszczające, mające szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka. a to przyczynia się do globalnego ocieplenia.

Wykazano również, że energia słoneczna jest korzystniejsza w porównaniu z innymi źródłami odnawialnymi, takimi jak energia hydrauliczna, ponieważ wymaga mniej rozległych obszarów. Ponadto energia słoneczna charakteryzuje się szybkim, szybkim montażem i całkowicie cichym systemem.

Bodźcem do pozyskiwania energii słonecznej w Brazylii jest potencjał kraju, który ma duże obszary z padającym promieniowaniem słonecznym i znajduje się blisko równika. Według Green Building Council (GBC Brasil), kolejną zaletą instalacji energii słonecznej jest docenienie nieruchomości (zrównoważone nieruchomości są wyceniane nawet na 30%).

W przypadku energii fotowoltaicznej najczęściej wskazywaną wadą jest jej realizacja, która wciąż jest relatywnie kosztowna. Oprócz kosztów występuje również niska wydajność procesu, która waha się od 15% do 25%. Jednak kolejnym niezwykle ważnym punktem, który należy wziąć pod uwagę w łańcuchu produkcyjnym systemu fotowoltaicznego, jest wpływ społeczno-środowiskowy powodowany przez surowiec najczęściej używany do produkcji ogniw fotowoltaicznych, krzem.

Wydobycie krzemu, jak każda inna działalność górnicza, ma wpływ na glebę i wody gruntowe w obszarze wydobycia. Ponadto konieczne jest zapewnienie pracownikom dobrych warunków pracy w celu uniknięcia wypadków przy pracy i rozwoju chorób. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (Iarc) zwraca uwagę, że krzemionka krystaliczna jest rakowa i może powodować raka płuc, gdy jest przewlekle wdychana.

Raport Ministerstwa Nauki i Technologii zwraca uwagę na dwie inne ważne kwestie związane z systemem fotowoltaicznym: panele należy utylizować w odpowiedni sposób, ponieważ mogą być toksyczne; recykling paneli fotowoltaicznych również nie osiągnął dotychczas zadowalającego poziomu.

Inną ważną kwestią jest to, że pomimo faktu, że Brazylia jest głównym producentem krzemu metalicznego, technologia oczyszczania krzemu na poziomie słonecznym jest nadal rozwijana. Dlatego, mimo że jest odnawialna i nie emituje gazów, energia słoneczna nadal napotyka przeszkody technologiczne i ekonomiczne. Choć obiecująca, energia słoneczna stanie się ekonomicznie opłacalna, co spowoduje obniżenie ceny jedynie przy współpracy między sektorem publicznym i prywatnym oraz przy inwestycjach w badania mające na celu ulepszenie technologii obejmujących cały proces produkcji.