Solenergi er lys- og varmestråler fra Sola. Sola er en formidabel energikilde. 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 Sola er mer enn to milliarder ganger større enn energimengden som treffer jordoverflaten.
Solstrålingen har en intensitet på rundt regnet 1370 watt (W) per kvadratmeter (solarkonstanten) ved atmosfærens yttergrense. Strålingen blir dels reflektert fra atmosfæren og dels absorbert i atmosfæren. I klarvær midt på dagen er intensiteten til solstrålene som når jordoverflaten cirka 1 kW per kvadratmeter (m2). På grunn av absorpsjon i skyer, tåke og støv blir den gjennomsnittlige verdien noe i underkant av 0,5 kW per kvadratmeter vinkelrett på strålens retning.
Betydning
På en indirekte måte er lyset og varmen fra sola opphavet til mesteparten av de primære energikildene som finnes på Jorden. Gjennom oppvarmingen av atmosfæren og havet dannes blant annet vind, bølger, havstrømmer og nedbør. Disse utgjør en form for mekanisk energi, som kan utnyttes til å drive innretninger som seil og turbiner. Gjennom fotosyntesen konverteres vann og karbondioksid til biomasse, som via forbrenningsprosesser kan omformes til varmeenergi. Deler av biomassen er fra millioner av år tilbake lagret og omdannet til det vi i dag kjenner som fossile energikilder, slik som kull og olje. Solenergi er således opphavet til alle energikilder på Jorden med unntak av kjerneenergi, geotermisk energi og tidevannsenergi.
Direkte utnyttelse av solenergi
Etter 1970 har det vært en økende interesse for å utnytte solenergien på en mer direkte måte. Innstrålt solenergi kan fanges og omformes til nyttbar varmeenergi eller kjemiske bundet energi. Solenergi kan også omformes til elektrisk energi, og blir da omtalt som solkraft. Dette skjer enten direkte ved hjelp av en såkalt fotoelektrisk effekt (solceller) eller indirekte i et varmekraftverk som baserer seg på solvarme.
Solenergi kan også konverteres til energirikt hydrogen ved hjelp av blågrønnalger i det som omtales som fotobiologisk hydrogenproduksjon, men foreløpig er ikke denne teknologien moden for storskalaproduksjon.
Solinnstrålingen kan utnyttes direkte 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. Innstrålt mengde solenergi per kvadratmeter jordoverflate kan variere fra 700 til over 2 200 kWh/år. I Nord-Europa blir årlig innstråling sjeldent over 1000 kWh/m2. Når innstrålingen er liten, blir solenergi mindre konkurransedyktig mot andre energiformer. Ikke desto mindre er Tyskland det landet i Europa som har størst produksjon av elektrisk energi basert på solenergi, noe som kan tilskrives sterke økonomiske incentiver iverksatt av landets myndigheter.
Oppvarming
Den enkleste måten å bruke solinnstrålingen er til oppvarming. Det er vanlig å skille mellom passiv og aktiv solvarme.
Passiv solvarme oppnås ved å utforme bygningskonstruksjoner og innretninger optimalt slik at innstrålingen bidrar til oppvarming av bygget. Enklest skjer det ved å la solen stråle gjennom vinduer. Det er antatt at passiv solvarme bidrar med 3 – 4 TWh til oppvarming av den norske bygningsmassen. Tilrettelegging for å tørke landbruksprodukter (høy) er også eksempel på bruk av passiv solvarme.
- Les mer om passiv solvarme.
Aktiv utnyttelse av solvarme krever et anlegg som fanger varmen fra sola og transporterer den videre til et egnet sted slik at den kan brukes til for eksempel oppvarming av vann eller bygningsmasse. En slik 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.
Solfangere 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. Solfangere er foreløpig lite brukt i Norge, men har blitt ganske utbredt i land lenger sør.
- Les mer om aktiv solvarme.
Termisk solkraft
I et varmekraftverk omdannes termisk energi (varme) til elektrisk energi. Et termisk solkraftverk er et varmekraftverk der nødvendig varme hentes fra innstrålt solenergi. Innfanget solvarme må da konsentreres slik at den oppnår en temperatur som gjør den egnet til bruk i et varmekraftverk.
Anlegg for utnyttelse av solenergi i varmekraftverk 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.
- Les mer om 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.
Fotoelektrisk kraft (solceller)
Ved hjelp av solceller kan innstrålt solenergi omformes direkte til elektrisk energi i en fotoelektrisk (også kalt 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 nettleie og avgifter til staten).
Den kraftige nedgangen i kostnadene til produsert solkraft, som har skjedd de siste tretti årene, har utløst en markert økning av produsert solkraft i verden som helhet. I 2016 var global produksjon av solkraft 328 TWh mot 87 GWh i 1990. Det tilsvarer en årlig vekst på over 35 prosent i hele perioden. Solkraft blir dermed den energiformen som har størst årlig vekst i verden.
IEA oppgir at den samlede installerte kapasiteten for produksjon av solkraft i 2016 var 300 GW. IEAs visjon er at solenergi vil dekke rundt 27 prosent av all energiproduksjon i verden i 2050.
Solkraft i ledende land
I 2016 var Kina det landet i verden med størst produksjon av solkraft. Regnet i prosent av landets samlede kraftproduksjon var det Italia som toppet statistikken med en andel på 7,6 prosent, etterfulgt av Tyskland med 5,9 prosent solkraft.
Tabellen nedenfor viser en oversikt over de land som i 2016 er ledende når det gjelder bruk av solkraft. For hvert land oppgis installert ytelse (GW), ytelse per innbygger (W/capita), årlig produksjon (TWh) og andel av landets samlede kraftproduksjon (% PV).
| Land | GW | W/capita | TWh | % PV |
|---|---|---|---|---|
| Kina | 77,5 | 56,2 | 75 | 1,2 |
| Japan | 42,0 | 330,7 | 51 | 4,8 |
| USA | 41,4 | 128,0 | 47 | 1,1 |
| Tyskland | 40,7 | 494,5 | 38 | 5,9 |
| Italia | 19,3 | 318,5 | 22 | 7,6 |
| Storbritannia | 11,9 | 181,4 | 10 | 3,1 |
| India | 9,4 | 7,0 | 14 | 1,0 |
Verdens største solkraftverk
I 2018 lå verdens største solcellebaserte kraftverk i Kina. Kraftverket går under navnet Tengger Desert Solar Park og har en installert ytelse på 1574 MW. Anlegget ligger i Tenggerørkenen i Ningxia og dekker et areal på 43 km2, som kun utgjør 3,2 prosent av ørkenområdet.
Andre store solkraftverk er Bhadla Solar Park (1365 MW) og Kurnool Ultra Mega Solar Park (1000 MW), begge i India.
Solenergi i Norge
I Norge er kostnadene ved solcellegenerert elektrisitet fremdeles høyere enn det forbrukeren må betale som nettkunde der alle avgifter er inkludert. Likevel finnes bruksnisjer hvor 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.
Høye kraftpriser og sterke prisreduksjoner på solceller har de siste årene bidratt til at også enkelte ordinære nettkunder velger å supplere sin kraftforsyning med egenprodusert kraft fra solceller. I 2018 ble det installert nye solceller tilsvarende en kapasitet på 23,5 MW. Totalt var det ved utgangen av 2018 installert solceller med en samlet maksimal ytelse på om lag 68 MW.
Det har vært antatt at 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 fotoelektrisk) 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 Mellom-Europa, som nå opplever et oppsving i bruk av solenergi.