Photovoltaik oder Wärmeenergie? Verstehen Sie alles über die Unterschiede zwischen ihnen und kennen Sie den Typ, der am besten zu Ihrem Fall passt

Vivint Solar im Unsplash-Bild

Öl und Kohle sind weit verbreitete Energiequellen, aber sie sind extrem umweltschädlich. Um Energieeffizienz und geringe Auswirkungen auf den Planeten zu vereinen, wird zunehmend nach erneuerbaren Energien gesucht. In diesem Umfeld hat sich die Solarenergie hervorgetan und wird zunehmend erforscht, sowohl für die Erzeugung im Unternehmensbereich als auch in Wohnsystemen.

Was ist Sonnenenergie?

Sonnenenergie ist elektromagnetische Energie, deren Quelle die Sonne ist. Aus diesem Grund wird es als Quelle für nachhaltige und saubere Energie angesehen, die keine Rückstände über die Komponenten des Kits hinaus produziert und dennoch Umweltvorteile hinsichtlich der Reduzierung der Treibhausgasemissionen bringt.

Es kann in thermische oder elektrische Energie umgewandelt und für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Die beiden Hauptnutzungsmöglichkeiten von Solarenergie sind die Erzeugung von elektrischer Energie und die solare Warmwasserbereitung.

Zur Erzeugung elektrischer Energie werden zwei Systeme verwendet: das heliothermische System, bei dem die Strahlung zuerst in Wärmeenergie und später in elektrische Energie umgewandelt wird (hauptsächlich in Kraftwerken verwendet und daher nicht behandelt wird); und Photovoltaik, bei der Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Solarthermie wird wiederum durch Abfangen elektromagnetischer Strahlung und anschließende Umwandlung in Wärme, dh in Wärmeenergie, gewonnen. Damit wird eine Warmwasserbereitung in Wohn-, Gebäude- und Gewerbesystemen bereitgestellt.

Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der Eigenschaften und Unterschiede zwischen den beiden Haupttypen von Solarenergie für Wohnzwecke: Photovoltaik und Wärmeenergie.

Photovoltaik

Photovoltaik hat das Konzept, Strom auf unkonventionelle Weise zu erzeugen, dh durch Sonneneinstrahlung, ohne dass sie die thermische Energiephase durchlaufen muss.

Wie bei der Heliotherme gibt es auch bei der Photovoltaik-Solaranlage mehrere Modelle von Kollektoren (oder Solarmodulen) mit mehr oder weniger Energieeffizienz. Am häufigsten sind monokristalline, polykristalline und dünne Filme.

Die Hauptkomponenten einer Photovoltaikanlage sind die Module, die Tragstruktur, die Laderegler, Wechselrichter und Batterien.

Denken Sie daran, sicherzustellen, dass die verwendeten Komponenten vom Nationalen Institut für Metrologie, Qualität und Technologie (Inmetro) zertifiziert sind, das 2014 die Umsetzung der Verordnung Nr. 357 durchgeführt hat, um Regeln für die Erzeugungsanlagen festzulegen Photovoltaik.

Die Amortisationszeit für Investitionen ist variabel und hängt von der Energiemenge ab, die die Immobilie benötigt. Trotzdem hängt der Vorteil des Heimsystems davon ab, wie viel der Benutzer sparen kann: Sobald die Rückgabezeit erreicht ist, muss die Stromrechnung nicht mehr bezahlt werden.

Wie es funktioniert?

Sonnenkollektoren oder -module sind Mikrogenerationssysteme, die aus Photovoltaikzellen bestehen. Eine Reihe von Paneelen bildet ein Solarmodul. Photovoltaikzellen bestehen aus Halbleitermaterialien wie Silizium. Wenn eine Plattenzelle Licht ausgesetzt wird und ihre Energie einfängt, absorbiert ein Teil der Elektronen im beleuchteten Material Photonen (im Sonnenlicht vorhandene Energieteilchen).

Die freien Elektronen werden vom Halbleiter im Fluss transportiert, bis sie von einem elektrischen Feld gezogen werden, das im Übergangsbereich der Materialien durch eine Differenz des elektrischen Potentials zwischen diesen Halbleitermaterialien gebildet wird. Die freien Elektronen werden dann aus der Solarzelle entnommen und zur Verwendung in Form von elektrischer Energie zur Verfügung gestellt.

Im Gegensatz zur heliothermischen Anlage benötigt die Photovoltaikanlage für ihren Betrieb keine hohe Sonneneinstrahlung. Die erzeugte Energiemenge hängt jedoch von der Dichte der Wolken ab, so dass eine geringe Anzahl von Wolken aufgrund des Phänomens der Reflexion des Sonnenlichts zu einer höheren Stromerzeugung im Vergleich zu Tagen mit vollständig offenem Himmel führen kann.

Die Umwandlungseffizienz wird durch den Anteil der Sonnenstrahlung auf der Zelloberfläche gemessen, der in elektrische Energie umgewandelt wird. Derzeit bieten die effizientesten Zellen einen Wirkungsgrad von etwa 25%.

Derzeit entwickelt die Regierung nach Angaben des Umweltministeriums Projekte zur Erzeugung von Photovoltaik, um den Energiebedarf ländlicher und isolierter Gemeinden zu decken. Diese Projekte konzentrieren sich auf Bereiche wie:

Pumpwasser für die häusliche Versorgung;
Bewässerung und Fischzucht;
Straßenbeleuchtung;
Systeme zur kollektiven Nutzung (Elektrifizierung von Schulen, Gesundheitszentren und Gemeindezentren);
Heimpflege.

Es gibt auch zwei verschiedene Arten von Photovoltaikanlagen: solche, die an das Netz angeschlossen ( netzgebunden oder netzgebunden ) oder vom Netz getrennt ( netzunabhängig oder autonom) sind. Einer der Hauptunterschiede zwischen ihnen ist die Zusammensetzung des Kits, von dem das erste keine Geräte zum Speichern von Energie enthält, dh es erfordert nicht die Verwendung des Akkus und des Ladereglers. Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass das erste an das herkömmliche Stromverteilungsnetz angeschlossen werden muss, während das zweite in entlegeneren Regionen installiert werden kann.

Für an das Stromnetz angeschlossene Systeme bietet das Gesetz 10.438 / 02 wirtschaftliche Vorteile in Form von Energiegutschriften für diejenigen, die in ihren eigenen Häusern mehr Energie produzieren als sie verlangen, dh sofortige Einsparungen bei den mit der Zahlung verbundenen Geldern der Stromrechnung für die Monate, in denen die Residenz weniger Energie erzeugt als sie benötigt.

Leider gibt es in Brasilien immer noch wenige Anreize und Finanzierungslinien für diese Art von Energie, die immer noch schwer zugänglich und wenig anwendbar sind. Es wird erwartet, dass mit dem Anstieg des Verbrauchs von Photovoltaik-Energiesystemen anwendbarere und zugänglichere Anreize für den gemeinsamen Wohnungsbau entstehen werden.

Thermische Nutzung

Eine andere Möglichkeit, die Sonnenstrahlung zu nutzen, ist die thermische Erwärmung. Die thermische Erwärmung kann durch Absorption von Sonnenlicht durch Kollektoren erfolgen, die normalerweise auf den Dächern von Gebäuden, Eigentumswohnungen und Häusern installiert werden.

Da die Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche gering ist, müssen einige Quadratmeter Kollektoren installiert werden. Jedes Kollektormodell (das offen, geschlossen oder vakuumröhrenförmig sein kann) hat eine charakteristische Energieeffizienz und kann Wasser auf bestimmte Temperaturen erwärmen. Daher gibt es immer ein geeigneteres Modell, abhängig von der Absicht, das erwärmte Wasser anzuwenden (das unter anderem zum Baden, für Schwimmbäder und zur Raumheizung verwendet werden kann).

Nach Angaben der National Electric Energy Agency (Aneel) sind für die Versorgung mit beheiztem Wasser in einer Residenz mit drei bis vier Einwohnern 4 m² Kollektoren erforderlich. Obwohl die Nachfrage nach dieser Technologie überwiegend im Wohnbereich liegt, besteht auch das Interesse des gewerblichen Sektors wie öffentliche Gebäude, Krankenhäuser, Restaurants, Hotels und andere Unternehmen.

Die Amortisationszeit für die Investition in Solarthermie variiert tendenziell und liegt in der Regel zwischen 18 und 36 Monaten. Die Nutzungsdauer eines Solarheizgeräts wird auf rund 240 Monate geschätzt, was das System sehr vorteilhaft und wirtschaftlich macht.

Wie es funktioniert?

Das Arbeitsprinzip der thermischen Nutzung ist einfach: Die Plattenoberfläche weist Rippen aus Kupfer oder Aluminium auf, die üblicherweise eine dunkle Farbe aufweisen, um die Sonnenstrahlung besser absorbieren zu können. Somit erfassen diese Lamellen Sonnenstrahlung und wandeln sie in Wärme um. Die Wärme wird von der in den Paneelen vorhandenen Flüssigkeit (normalerweise Wasser) absorbiert, die dann durch Pumpen durch isolierte Rohre transportiert wird, bis sie den Warmwasserspeicher (Wärmespeicher oder Kessel) erreicht.

Der Warmwasserspeicher besteht aus Isoliermaterial, das das Abkühlen des Wassers verhindert und es ermöglicht, es auch in Zeiten ohne Sonne mit einer angenehmen Temperatur zu versorgen.

Was sind die Vor- und Nachteile von Solarenergie?

Solarenergie gilt als erneuerbare und unerschöpfliche Energiequelle. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen werden bei der Stromerzeugung aus Sonnenenergie keine Schwefeldioxid (SO2), Stickoxide (NOx) und Kohlendioxid (CO2) freigesetzt - alles umweltschädliche Gase mit schädlichen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. und das trägt zur globalen Erwärmung bei.

Solarenergie hat sich auch im Vergleich zu anderen erneuerbaren Quellen wie der Hydraulik als vorteilhaft erwiesen, da sie weniger ausgedehnte Flächen benötigt. Darüber hinaus verfügt Solarenergie über eine schnelle, schnelle Installation und ein völlig geräuschloses System.

Der Anreiz zur Solarenergie in Brasilien wird durch das Potenzial des Landes gerechtfertigt, das große Gebiete mit einfallender Sonnenstrahlung aufweist und sich in der Nähe des Äquators befindet. Ein weiterer Vorteil der Installation von Solarenergie ist laut Green Building Council (GBC Brasil) die Aufwertung von Immobilien (nachhaltige Immobilien werden mit bis zu 30% bewertet).

Bei der Photovoltaik ist der am häufigsten genannte Nachteil die noch relativ teure Implementierung. Neben den Kosten gibt es auch die geringe Effizienz des Prozesses, die zwischen 15% und 25% variiert. Ein weiterer äußerst wichtiger Punkt, der in der Produktionskette der Photovoltaikanlage berücksichtigt werden muss, sind die Auswirkungen auf die Umwelt, die durch das bei der Herstellung von Photovoltaikzellen am häufigsten verwendete Rohmaterial Silizium verursacht werden.

Der Siliziumabbau hat wie jede andere Bergbautätigkeit Auswirkungen auf den Boden und das Grundwasser im Fördergebiet. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Arbeitnehmer über gute Arbeitsbedingungen verfügen, um Arbeitsunfälle und die Entwicklung von Krankheiten zu verhindern. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (Iarc) weist darauf hin, dass kristallines Siliciumdioxid krebsartig ist und Lungenkrebs verursachen kann, wenn es chronisch eingeatmet wird.

In dem Bericht des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie werden zwei weitere wichtige Punkte im Zusammenhang mit der Photovoltaikanlage genannt: Die Entsorgung der Module muss ordnungsgemäß entsorgt werden, da sie möglicherweise toxisch sind. Auch das Recycling von Photovoltaik-Modulen hat bisher kein zufriedenstellendes Niveau erreicht.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass trotz der Tatsache, dass Brasilien ein bedeutender Hersteller von metallischem Silizium ist, die Technologie zur Reinigung von Silizium auf Solarebene noch in der Entwicklung ist. Obwohl Solarenergie erneuerbar ist und keine Gase emittiert, stößt sie dennoch auf technologische und wirtschaftliche Hindernisse. Solarenergie ist zwar vielversprechend, wird jedoch wirtschaftlich rentabel und führt nur in Zusammenarbeit mit dem öffentlichen und dem privaten Sektor zu Preissenkungen sowie in Forschungsinvestitionen zur Verbesserung von Technologien, die den gesamten Produktionsprozess umfassen.