solenergi

Solenergi, strålingsenergi fra Solen. Mengden av solenergi som treffer Jorden i løpet av ett år, er om lag 15 000 ganger større enn hele verdens årlige energiforbruk. Den totale mengde utstrålt energi fra Solen er mer enn to milliarder ganger større enn energimengden som treffer jordoverflaten.

Solstrålingen har en intensitet på rundt regnet 1370 W/m² (solarkonstanten), ved atmosfærens yttergrense. Strålingen blir dels reflektert fra atmosfæren, dels absorbert i atmosfæren. I klarvær midt på dagen stråler Solen med cirka 1 kW/m² mot jordoverflaten. På grunn av absorpsjon i skyer, tåke og støv blir den gjennomsnittlige verdien noe i underkant av 0,5 kW/m² vinkelrett på strålenes retning.

Gjennom oppvarmingen av atmosfæren og havet dannes blant annet vind, bølger, havstrømmer og nedbør som kan utnyttes til å drive mekaniske innretninger som seil og turbiner. Gjennom fotosyntesen konverteres vann og karbondioksid til biomasse, som via forbrenningsprosesser kan omformes til varmeenergi. Med unntak av kjerneenergi, geotermisk energi og tidevannsenergi (se tidevannskraft) er således solenergi opphav til alle andre energiformer.

Siden 1970-årene er det i økende grad satset på å omforme solenergi til nyttbar varmeenergi, mekanisk og elektrisk energi og kjemisk bundet energi. Solinnstrålingen kan utnyttes på nesten alle bebodde steder på jorden, men kommersiell utnyttelse er blitt sett på som mest interessant i områder nær ekvator der det er lite skyer, ofte i tørre strøk med lite nedbør. Men likevel skal man merke seg at Tyskland er det landet i verden som produserer mest solenergi (2012), og det til tross for at Tyskland ligger i Nord-Europa. Globalt er det ved utgangen av 2014 installert 196 GW solenergikapasitet (ifølge Statkraft).

Den enkleste bruk av solinnstrålingen er direkte oppvarming. Ved å utforme bygningskonstruksjoner og innretninger optimalt kan innstrålingen sørge for bolig- og vannoppvarming, og for energi til matlaging og tørking av landbruksprodukter (høytørker). Bygninger kan varmes opp «passivt», det vil si ved innstråling gjennom vinduer, tak og vegger, og «aktivt» ved hjelp av solfangere, varmelager (oftest en vanntank med varmeveksler), se også energilagringsmaterialer.

En solfanger består av en svart, absorberende enhet (absorbator) som opptar maksimalt med solstråling og gjennomstrømmes av en varmebærer (for eksempel vann eller luft). Baksiden av enheten isoleres, mens forsiden utstyres med gjennomsiktig glass eller plast.

En solfanger kan også utstyres med speil som konsentrerer solstrålene. Man har da en solovn, som kan oppnå meget høye temperaturer (opptil 3000 °C). Enkle solkokere er utviklet for bruk i utviklingsland, hvor mangel på brensel ofte er kombinert med rikelig solinnstråling.

Anlegg for utnyttelse av solenergi i varmekraftstasjoner er bygd flere steder. I slike anlegg plasseres justerbare parabolspeil slik at solstrålene blir reflektert til et brennpunkt hvor væskefylte rør blir oppvarmet. I såkalte solparker kan flere slike enheter være koblet sammen, mens det i soltårn er én sentral mottaker med et større antall speil omkring. Rørene med den oppvarmede væsken ledes til en dampturbin (se også termodynamisk generator og solkraftverk)

En annen type kraftverk kalles solskorstein (Aufwind eller solar chimney). Prinsippet er at solen varmer opp luften under et enormt glasstak. Den varme luften beveger seg horisontalt til sentrum av anlegget, hvor det står en høy skorstein. På grunn av høyden på skorsteinen vil trekken som skapes kunne drive vindturbiner og tilhørende generatorer for strømproduksjon. Solenergi kan lagres som varme for produksjon om natten ved å ha svarte vannfylte sekker på bakken under glasstaket.

Solenergi kan også konverteres til energirikt hydrogen ved hjelp av blågrønnalger i det som heter fotobiologisk hydrogenproduksjon, men foreløpig er ikke denne teknologien moden for storskalaproduksjon.

Solstråling utnyttes her i solceller, der solinnstrålingen omformes direkte til elektrisk energi i en såkalt fotovoltaisk prosess. Disse har vært ansett som lite energieffektive og kostbare å produsere. Den tekniske utviklingen av solcellene er i kontinuerlig utvikling både når det gjelder effektivitet og produksjonsteknikk, slik at prisen per installert effektenhet har gått drastisk ned de senere årene. I solrike områder i verden kan solceller installert hos brukeren nå konkurrere med prisen forbrukeren må betale for elektrisk energi kjøpt over elnettet (som inkluderer nettavgift og avgifter til staten). 

I Norge er solcellegenerert elektrisitet fremdeles ikke konkurransedyktig. Likevel finnes bruksnisjer der slike anlegg foretrekkes. Dette gjelder i særlig grad forbrukere som ikke er tilknyttet overføringsnettet, som for eksempel fritidsbebyggelse og til drift av fyrlykter og andre fjerntliggende tekniske installasjoner. Totalt var det i 2012 installert solceller med en samlet maksimal ytelse på om lag 10 MW i Norge.

Det har vært antatt at utnyttelse av solenergi i Norge vil få en begrenset betydning på grunn av lav solinnstråling (mye skyer) og ellers krevende klimatiske forhold. Men det virker ikke lenger så usannsynlig at solenergi kan komme til å spille en viktig rolle også hos oss. Med nye bygningstekniske krav om passivhus, og introduksjon av plusshus, seiler solenergi (termisk og fotovoltaisk) opp til å kunne bli en viktig brikke for å oppfylle disse standardene. Faktisk er det slik at innstrålt effekt på en optimalt orientert flate i Nord-Norge ikke er så mye dårligere enn i Tyskland, som per i dag er verdensledende på anvendelse av solenergi. 

Verdens hittil største solcelleanlegg ble i oktober 2014 satt i drift i California (Topaz Solar). Det består av ni millioner paneler av typen CdTe PV (kadmiumtellurid), spredt over et område på drøyt 24 km². Samlet kapasitet er 550 MW og årlig produksjon er anslått til 1096 GWh.

• Fornybar.no/Solenergi
• NTNU om solenergi
• Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) sin side om solenergi
• Om solkraft i Teknisk Ukeblad