Jak możemy wykorzystać energię Słońca? 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. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

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 … ... tym mniej energii słonecznej dociera do danego miejsca na Ziemi. Courtesy of DOE/NREL 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. Zachodzi według równania: 6CO2 + 6H2O + energia świetlna = C6H12O6 + 6O2 © Marek Cios 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 oraz niektóre bakterie wyposażone w tzw. bakteriochlorofil głównym miejscem fotosyntezy u roślin naczyniowych są liście, lecz także zielone łodygi i inne zielone części roślin © Marek Cios www.biomasa.org/edukacja

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. Zaliczamy do nich: energię Słońca energię wiatru energię wody energię geotermalną biomasę Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

SPOSOBY WYKORZYSTANIA ENERGII ODNAWIALNEJ Wykorzystanie OZE kotłownie na biomasę pompy ciepła elektrownie wodne elektrownie biogazowe SPOSOBY WYKORZYSTANIA ENERGII ODNAWIALNEJ elektrownie wiatrowe ogniwa fotowoltaiczne kolektory słoneczne Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Wykorzystanie energii słonecznej Courtesy of DOE/NREL rozniecanie ognia oświetlenie © Marek Cios WYKORZYSTANIE ENERGII SŁONECZNEJ 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 www.biomasa.org/edukacja www.biomasa.org/edukacja

Energetyka słoneczna Energetyka słoneczna, czyli helioenergetyka zajmuje się: pozyskiwaniem przetwarzaniem i wykorzystywaniem energii promieniowania słonecznego. Energia słoneczna jest wykorzystywana do: produkcji energii cieplnej w kolektorach słonecznych produkcji energii elektrycznej w ogniwach fotowoltaicznych Courtesy of DOE/NREL 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. Również niektóre parkometry w Polsce funkcjonują dzięki bateriom słonecznym. Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja

Służą do zamieniania energii słonecznej na energię cieplną 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 Courtesy of DOE/NREL Kolektory słoneczne wykorzystuje się: do ogrzewania pomieszczeń, a także do podgrzewania wody w domach, gospodarstwach rolnych, obiektach sportowych i rekreacyjnych oraz zakładach 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

Zasada działania wieży słonecznej jest stosunkowo prosta. 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. www.biomasa.org/edukacja www.biomasa.org/edukacja

Zasoby helioenergetyczne wybranych regionów Polski Średnie roczne    napromieniowanie w kWh/m2      usłonecznienie w godzinach   nadmorski 1064 1624 Zamojszczyzna 1033 1572 Dolny Śląsk 1030 1529 Podhale 988 1467 Suwalszczyzna 975 1576 warszawski 967 1580 www.biomasa.org/edukacja

Świętokrzysko-Sandomierski Górnośląski Podgórski Regiony: Nadmorski Pomorski Mazursko-Siedlecki Suwalski Wielkopolski Warszawski Podlasko-Lubelski Śląsko-Mazowiecki Świętokrzysko-Sandomierski Górnośląski 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 m2 pozwala zredukować roczną emisję:  dwutlenku węgla (CO2) o 1,5 t, dwutlenku siarki (SO2) 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 Courtesy of DOE/NREL Courtesy of DOE/NREL www.biomasa.org/edukacja