W ostatnich latach ogromnie wzrosło zapotrzebowanie na energię. Jak do tej pory dalej głównymi źródłami energii są nadal paliwa kopalne, takie jak węgiel kamienny, ropa naftowa i gaz ziemny. Jednak coraz częściej dostrzega się potrzebę znalezienia innego łatwo dostępnego i ekologicznego źródła energii. Dlatego zwrócono się w stronę energii słonecznej. Słońce jest gigantycznym reaktorem, gdzie powstają ogromne ilości energii na skutek reakcji prowadzących do zamiany wodoru w hel. Energia ta jest emitowana w przestrzeń kosmiczną w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Jak na razie Słońce jest niewyczerpywalnym źródłem energii.

Ilość energii jaka dociera ze Słońca do powierzchni Ziemi jest dosyć duża , wynosi około 1.9W. Jednak nie cała ta energia przechodzi przez atmosferę. W zewnętrznych warstwach atmosfery odbijane jest prawie 40 procent promieniowania słonecznego. Straty zachodzą również w wyniku zjawiska pochłaniania energii w atmosferze. Wskutek tych procesów do powierzchni Ziemi dociera tylko 40 procent promieniowania emitowanego przez Słońce.

Poza tym ilość promieniowania docierająca do konkretnego obszaru Ziemi zależy jeszcze od kąta padania promieni słonecznych, aktualnych warunków pogodowych czyli stopnia zachmurzenia oraz stopnia wilgotności powietrza .

Na terenie Polski gęstość padającego promieniowania słonecznego wynosi około 780-1050 kWh/mna rok. Roczne nasłonecznienie dla naszego kraju wynosi 1600 godzin. Są to więc niezłe warunki jeśli chodzi o możliwość wykorzystania energii słonecznej i przy odpowiednich nakładach na ten sektor energetyki można by pokryć pewien zakres zapotrzebowania na energię.

Najsilniejsze promieniowanie słoneczne dociera do Polski w okresie od kwietnia do sierpnia. I tak np. w Mikołajkach osiągana jest wtedy gęstość promieniowania rzędu 152,1 kWh/m / na miesiąc. Dla porównania dla Zakopanego ta wartość wynosi 125,6 kWh/m.

Energia słoneczna może być przetwarzana na energię cieplną. Tak dzieje się w urządzeniach zwanych kolektorami cieczowymi lub powietrznymi. Inny sposób wykorzystania energii słonecznej to jej przetworzenie na energie elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych. Z takich właśnie ogniw zbudowane są baterie słoneczne. Dzięki skupieniu dużej ilości takich ogniw można już uzyskać prąd o użytecznej mocy.

W kolektorach słonecznych jako element grzewczy wykorzystuje się powietrze, wodę oraz niezamarzające płyny. Kolektory cieczowe stanowią obiekty o powierzchni rzędu 1 - 1.5 m. jednak nie występują one pojedynczo tylko konstruuje się z nich większe baterie dochodzące nawet do dwustu m. Miejscem gdzie są umieszczane są najczęściej dachy budynków. Ale baterie takie mogą stanowić zupełnie odrębny, wolno stojący element.

Drugim rodzajem są kolektory powietrzne. Mają one dużo większą powierzchnię , sięgającą nawet tysiąca m. Ale tak jak poprzednie mogą być instalowane zarówno na dachach budynków jak i stanowić odrębny element.

W zależności od temperatur kolektory można podzielić na dwie grupy. Mogą to być kolektory wysokotemperaturowe, do 200 stopni C. Druga grupa to kolektory niskotemperaturowe, do 100 stopni C. Zazwyczaj maja postać kolektorów płaskich.

Kolektory są bardzo dobrym magazynem energetycznym. Energia cieplna może być wykorzystana do celów grzewczych zarówno w mieszkalnictwie jak i w przemyśle. Ponadto znajduje bardzo ważne zastosowanie w rolnictwie, mianowicie do suszenia plonów ziemi czyli np. ziaren zbóż, warzyw, nasion i ziół.

Przeliczniki wskazują na to, że w naszych warunkach klimatycznych jeden metr kwadratowy może dostarczyć rocznie tyle energii ile dostarcza 70 - 100 kilogramów węgla kamiennego. Jest to około 300 - 500 kWh.

Jest to nie do przecenienia jeśli chodzi o wpływ na środowisko naturalne. Takie kolektory powinny być powszechnie budowane w gospodarstwach rolnych , tym bardziej ,że istnieje odpowiednie ku temu zaplecze czyli miejsce na takie urządzenia.

Natomiast jak już wcześniej zostało wspomniane drugim sposobem wykorzystania energii elektrycznej są ogniwa słoneczne. Pojedyncze ogniwo słoneczne ma postać diody półprzewodnikowej. Wykonane są przeważnie z krzemu. Jak wiadomo istnieją dwa typy półprzewodników: typ n i typ p. W wyniku połączenia takich dwóch półprzewodników powstaje dioda p-n, która stanowi nieliniowy element obwodu. I teraz jeśli na obszar przejściowy złącza p-n padnie światło to foton zostanie pochłonięty przez elektron walencyjny. Dzięki temu możliwe będzie wzbudzenie tego elektronu do stanu przewodnictwa. Powstanie również dziura, która będzie stanowiła element obszaru p , natomiast elektron przemieszcza się do obszaru n półprzewodnika. Dzięki temu w obwodzie, który zawiera to złącze p - n zaczyna płynąć prąd elektryczny.

Ogniwa słoneczne można podzielić na:

  • monokrystaliczne czyli pojedyncze - o sprawności 12 -13 %
  • polikrystaliczne - o sprawności 8 - 12 %
  • amorficzne czyli cienkowarstwowe - 6 - 8 %

Innym materiałem budulcowym dla ogniw jest arszenik galu. Stwarza on możliwość pracy takich ogniw w wysokich temperaturach.

Pojedyncze ogniwa słoneczne mają zazwyczaj powierzchnię jednego metra kwadratowego. Dysponuje on mocą rzędu kilkudziesięciu watów. Takie pojedyncze ogniwa łączy się szeregowo w celu zwiększenia mocy. W taki sposób powstają baterie słoneczne.

To ile ogniw zawiera dana bateria zależy od przeznaczenia tej baterii. I tak bateria do ładowania baterii ołowiowych musi mieć moc rzędu 40 - 45 watów. Wymusza to konieczność złożenia trzydziestu ogniw monokrystalicznych lub trzydziestu dwóch polikrystalicznych. Te przeliczenia obowiązują w naszej strefie klimatycznej. Natomiast praca baterii w dużo wyższych temperaturach stwarza konieczność zwiększenia liczby ogniw składowych w baterii. Dzieje się tak ponieważ wzrost temperatury obniża sprawność ogniwa.

Sprawność ogniwa jest to podstawowy parametr charakteryzujący dane ogniwo. Jest to iloraz ilości energii uzyskanej w trakcie pracy takiego ogniwa i energii słonecznej, która pada na ogniwo.

Początkowo stosowane ogniwa , w roku 1960 miały sprawność rzędu 7%. Później udoskonalano techniki budowy ogniw i uzyskano w roku 1965 sprawność 9 %. Natomiast w latach siedemdziesiątych sprawność ogniw wynosiła 12.5 %. Obecnie używa się ogniwa słoneczne, których sprawność może sięgać nawet 25 %.

Przy instalowaniu baterii słonecznych należy pamiętać, aby były one jak najbardziej wyeksponowane na światło słoneczne. Najlepiej, wybrać południowy wschód lub południowy zachód. Ważne jest również, aby wyeliminować źródła ewentualnego cienia. Bateria słoneczna jest bowiem bardzo czuła na zaciemnienie. Powoduje ono duże straty energii.

Wykorzystanie baterii słonecznych może odbywać się w dużych elektrowniach słonecznych ale także w pojedynczych gospodarstwach. Mogą tam być używane ładowania akumulatorów lub też do bezpośredniego zasilania pomp czy wentylatorów

Obecnie energię słoneczną coraz częściej wykorzystuje się do zasilania urządzeń codziennego użytku takich jak kalkulatory, zegarki, aparaty fotograficzne. Są to oczywiście bateryjki słoneczne o bardzo małych rozmiarach. Większe baterie wykorzystuje się w tablicach informacyjnych, reklamach , znakach drogowych czy nawet akumulatorach samochodowych.

Na koniec trochę statystyki. Największymi elektrowniami słonecznymi na świecie są:

*elektrownia w Stanach Zjednoczonych, która powstała w roku 1982. Ma ona moc 1 MW.

* elektrownia w Japonii, powstała w 1989 roku, ma moc 10 MW.