Възобновяемите енергийни източници, базирани на слънчева радиация (биомаса, вода, вятър и слънчева енергия) са в състояние да покрият изцяло потреблението на всички видове енергия в почти всяка страна по света.
Слънцето е единственият източник на енергия, на който човечеството може да разчита напълно. Слънчевата енергия може да ни осигури всичко, от което се нуждаем от енергия, често много просто, чисто и без риск. Това не е само електричество, топлина и светлина за нашите домове, но и гориво за експлоатация на екологични автомобили. Количеството слънчева светлина, падащо на Земята за една година, е до 20 000 пъти по-голямо от потреблението на енергия в света. Дори енергията, падаща на покрива на семейна къща в райони с бедна слънчева радиация (например Северна Европа), е до 10 пъти по-висока от потреблението й за отопление и работа на електрически уреди. Има няколко начина за производство на електричество от възобновяеми източници.
Друг потенциален източник, който често се включва сред възобновяемите източници, е геотермалната енергия. Въпреки че няма пряк произход от слънчевата енергия, тъй като идва от горещото ядро на Земята, но поради огромните си запаси под земната повърхност, геотермалната енергия може да се счита за неизчерпаем източник.
Слънчева енергия
Моментната мощност на слънчев източник в атмосферата е 1,7 .0101 W или 1,5 .018 kWh годишно. В нашите географски условия енергията, падаща на площ от 1 м2, достига стойността от 2450-5400 kJ енергия, което е достатъчно за загряване на 30 литра вода с 20 до 43 градуса. След внимателно обмисляне 60-70% от топлата вода за битови нужди може да бъде покрита от слънчеви колектори. Слънчевата радиация е по-хомогенно разпределена от запасите на всяко друго гориво на Земята.
Производството на електроенергия с помощта на слънчева енергия днес нараства бързо в света и най-важната технология тук е т.нар фотоволтаични клетки. В по-малка степен се използва и процесът на концентриране на слънчевата радиация от параболичните огледала в абсорбера с последващо производство на парата, използвана за задвижване на генератора. За разлика от параболичните огледала, чието практическо приложение е ограничено до зони, много богати на слънчева радиация, използването на фотоволтаични клетки е възможно и в нашите условия. Пасивното използване на слънчевата радиация означава, че с правилната архитектура и местоположение на сградата можем значително да намалим консумацията на енергия.
Прилагат се следните принципи:
Мястото за построяване на къща трябва да е слънчево и защитено от вятъра, от дървета или естествени укрепления. Прозорците с южно изложение трябва да са големи - за да абсорбират падащата радиация, а прозорците с северно изложение - малки, за да се предотврати загубата на топлина. В същото време използването на дневна светлина намалява нуждата от изкуствено осветление и климатизация. На прозорците трябва да има щори, за да се предотврати прегряване на стаята през лятото и загуба на енергия през зимата. Особено изгодно е да се изолират стените, така че топлината да не прониква навън, а да се отразява обратно в стаята. Без каквито и да било модификации, къща с изток на запад се нуждае от 5% по-малко енергия за отопление, отколкото къща с изложение север-юг. Кухнята със северно изложение може да намали консумацията на енергия на хладилника. Спалнята трябва да е ориентирана на изток, за да могат жителите на къщата да се събудят до сутрешното слънце. Всекидневна на юг, така че да е възможно да се наслаждавате на слънцето дори по време на вечерна релаксация. Оранжериите (остъклени площи извън сградата) ви позволяват да създадете допълнителен парников ефект и да предотвратите загубата на топлина през стените на сградата. Чрез използването на такива остъклени пространства намаляването на потреблението на енергия в къщите може да достигне до 20%.
СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ
В допълнение към топлината в стаите, обикновено се нуждаем от топла вода за нашите нужди, обикновено от 40 до 60 градуса по Целзий гореща. Това е значително повече от стайната температура, което може частично да се осигури от пасивното използване на слънчевата радиация. Решенията са т.нар слънчеви колектори. Ако през лятото случайно се изгорите на колелото на автомобил, неволно сте се запознали на практика с дейността на слънчев колектор. Слънчевата радиация, преминаваща през стъклото, се абсорбира в материала и се превръща в топлина в него. В слънчевия колектор тази топлина се абсорбира напр. във водата, течаща в колекторните тръби, които предават енергията към резервоара за гореща вода. Абсорбаторът е топлоизолиран от дъното и във водата често се смесва антифризна смес, която позволява водата да се нагрява дори през зимата. В този случай е необходим топлообменник (не искаме да имаме антифриз в топла вода). Приблизително 6-8 м2 слънчеви колектори са необходими за приготвяне на топла вода за едно 4-членно домакинство. По този начин можем да осигурим топла вода практически от април до октомври. Необходим е котел за приготвяне на топла вода през зимата, но спестяванията на енергия и пари могат да достигнат до 40%, да не говорим за екологичните предимства на слънчевото „гориво“.
ФОТОВОЛТАИЧНИ СТАТИИ
Фотоволтаичните клетки позволяват директното преобразуване на слънчевата радиация в електричество. Този процес се основава на т.нар фотоволтаичен ефект, открит през 1839 г. от Едмънд Бекерел. Това явление се характеризира с директното изхвърляне на електрон от орбитата му от фотон слънчева радиация. Фотоволтаична клетка от 100 cm2 с 10% ефективност може да произведе 1 ват електричество в ясен ден. В момента т.нар аморфни силициеви клетки, отложени върху субстрат под формата на тънък филм с дебелина една хилядна от милиметъра. Като се изисква толкова малко активен материал, един грам силиций е в състояние да произведе сравнително количество електроенергия през целия си живот като един грам уран в атомна електроцентрала. Освен това силицият е 5000 пъти по-често срещан в земната кора от урана и не произвежда радиоактивни отпадъци. На земята има повече от достатъчно силиций - до половината от теглото на пясъка е силиций.