Na całym świecie prowadzone są prace, których efekty rozwiązałyby kryzys energetyczny i związane z nim katastrofy ekologiczne. Okazuje się, że jedynym, znanym obecnie źródłem energii, wystarczająco obfitym, by zaspokoić globalne potrzeby przez długi, praktycznie nieskończony czas, jest Słońce. Kwestią otwartą są badania, które umożliwiłyby stwierdzenie, do jakiego stopnia można by wykorzystać stały dopływ tego rodzaju energii.

Słońce jest bardzo atrakcyjnym źródłem mocy, a energia słoneczna dopływa prawie do każdego zakątka Ziemi. To potężne źródło energii, jakim jest ta bliska nam gwiazda, mogłoby zaopatrzyć w całą potrzebną moc wszystkich ludzi. Całkowita energia promieniowania słonecznego, docierającego w ciągu roku do powierzchni Ziemi, wynosi około 3,9 miliona eksadżuli, przy czym roczne zużycie energii przez ludzkość oszacowano na 350 eksadżuli. Moc wysyłanego przez Słońce promieniowania jest więc 15 tysięcy razy większa, niż potrzeby roczne mieszkańców Ziemi, a jej gęstość wynosi 1300[W/m²].

Pora zwrócić uwagę na metody pozyskiwania energii słonecznej, których na pewno nie zdominowała jedna technologia. W tabeli podano przybliżone wydajności zamiany energii słonecznej na pracę mechaniczną lub energię elektryczną różnych urządzeń, zwanych urządzeniami "słonecznymi". Uważny czytelnik zauważy duże zróżnicowanie prezentowanych wydajności.

1. niepotrzebna jest kolektywna akcja zarządzania lub centralne planowanie;
   
2. możliwa byłaby rezygnacja z konieczności organizowania kosztownej sieci dystrybucyjnej.

Zakres stosowania coraz to bardziej urozmaiconych urządzeń wykorzystujących energię słoneczną, takich jak: grzejniki wody, destylatornie, suszarki, wytwornice wodoru, tlenu itp. mogą spowodować powstanie miejscowego "słonecznego" przemysłu energetycznego. Rozwój tego przemysłu musi być poparty odpowiednim ustawodawstwem, które gwarantowałoby np.: produkcję urządzeń w postaci umożliwiającej łatwe składowanie w miejscu przeznaczenia lub narzucałoby obowiązek instalowania przetworników energii słonecznej w instytucjach użyteczności publicznej - szkołach, szpitalach itp.

Problem lokalnej energetyki narzuca potrzeby globalnych działań, a rozwój energetyki słonecznej jest skierowany na usprawnienie przetwarzania tej energii w elektryczną.

Najczęściej stosowanymi i najbardziej badanymi metodami są: termiczna i fotoelektryczna. Istota metody termicznej to skupienie promieni słonecznych, które wytwarzają gorącą parę. Skierowana do napędzania turbin generatorów tak wytworzona para powoduje powstanie prądu elektrycznego. Odbywa się to podobnie, jak w klasycznych elektrowniach opalanych węglem. Druga z metod - fotoelektryczna - pozwala bezpośrednio uzyskać prąd elektryczny za pomocą baterii słonecznych. Działają one w oparciu o zjawisko fotowoltaiczne, zachodzące w półprzewodnikach.

Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwował w 1839 roku francuski fizyk Edmond Becquerel. Światło ulega bezpośredniej zamianie na prąd elektryczny. Na złączu półprzewodnikowym powstaje napięcie, zaistniałe na skutek przemieszczania się wewnątrz materiałów elektronów wybitych z ich stabilnych położeń. Równowaga w półprzewodniku została naruszona właśnie przez padające fotony o odpowiedniej wartości energii. Ogniwa fotowoltaiczne są jednak wciąż zbyt kosztowne, ale ich przyszłość jako urządzeń przetwarzających rysuje się optymistycznie. Nowoczesne technologie do ich produkcji wprowadza się dopiero od niedawna, a wydajność tych przetworników jest, jak wykazują obliczenia, wyraźnie poniżej granic teoretycznych rozważań. Cena elektryczności pochodzącej z baterii słonecznych powinna spadać z upływem czasu, w którym są prowadzone badania. W przyszłym stuleciu, a to już tak niedługo, powinny one konkurować z konwencjonalnymi metodami wytwarzania prądu, a przede wszystkim energii użytecznej. Oczywiście należy rozwiązać jeszcze wiele trudności związanych chociażby z przechowywaniem, przesyłaniem i sprawniejszym zastosowaniem wytwarzanego prądu w fotoogniwach.

Opracowanie i upowszechnienie bardziej wydajnych ekonomicznie technologii pozyskania energii słonecznej wpłynie na nasze środowisko. Istnieje nadzieja, że zmniejszy się zanieczyszczenie powietrza, a globalne zmiany klimatu ulegną zahamowaniu.

Następne podstawowe trudności w drodze ku przebudowie naszej energetyki to:

• najbardziej nasłonecznione obszary nie pokrywają się z rejonami dużej urbanizacji i industrializacji. W takich rejonach przecież istnieje największe zapotrzebowanie na energię;
• ilość energii docierająca w jednostce czasu na odpowiednią jednostkę powierzchni, czyli nasłonecznienie jest zmienne w czasie i zależy od takich czynników jak: pora dnia i pora roku oraz nie ustalone warunki atmosferyczne, a także położenie geograficzne.

Kończąc nasze rozważania trzeba jeszcze raz mocno podkreślić, że gra toczy się o bardzo wysoką stawkę. Nie przedstawiłem tutaj szczegółowych rozwiązań metod związanych z energetyką słoneczną. Jeżeli prowadzone badania i wszelkie działania będą sukcesem w walce o ekologicznie czystą energie, to będziemy dumni, że uzyskaliśmy dostęp do potężnego, czystego źródła energii. Eksploatacja nie będzie zagrażała przyrodzie, póki nie wyczerpie się źródło i póki świadomie ludzkość podejdzie do masowej, globalnej jego eksploatacji. Nasze dzieci, nasza młodzież muszą być zapoznane z możliwościami zastosowania energii słonecznej. Prowadząc z młodym człowiekiem badania i doświadczenia z ogniwami słonecznymi przyczyniamy się do szybszego uświadomienia i pozyskania tak potrzebnej życiu siły, jaką jest ekologicznie czysta energia. Nie wyczerpie się ona, póki świeci Słońce, a świeci ono dla wszystkich.

mgr Kazimierz Mikulski
Zespół Szkół Elektronicznych
Karłowicza 20
85-092 Bydgoszcz
kazikm@mail.zse.bydgoszcz.pl, http://www.zse.bydgoszcz.pl

LITERATURA

2) K.Polewska, Odnawialne źródła energii, "AURA " 9/95.

3) B.J.Brinkowrth, Energia słoneczna w służbie człowieka, PWN, W-wa, 1997.