Energia słoneczna uważana jest za najbogatsze i jedno z najbardziej obiecujących źródeł energii odnawialnej na Ziemi. Jej wykorzystanie przynosi znaczne korzyści ekonomiczne i ekologiczne. Dostępność tego źródła jest jednak uzależniona od lokalnych warunków pogodowych, cyklu dobowego i cyklu rocznego Słońca.
Ilość energii jaka dociera do nas w postaci promieni słonecznych mierzy się poprzez wyznaczenie tzw. natężenia promieniowania słonecznego. Dla Polski jest to przedział w granicach 900 – 1200 kWh/m2. Są to wartości zbliżone do osiągów Niemiec czy północnej Francji a większe niż np. w Danii czy Szwecji, gdzie energia słoneczna jest z powodzeniem przetwarzana w energię elektryczną i cieplną.
Wykorzystanie energii słonecznej pozwala zaoszczędzić do 70% kosztów ogrzewania ciepłej wody użytkowej. W zimie przy centralnym ogrzewaniu może pokryć nawet do 60% kosztów tradycyjnej energii. Dodatkowo zastosowanie energii słonecznej w gospodarstwach domowych pozwala uniezależnić się od zewnętrznych dostawców energii jak również skutecznie zabezpieczyć się przed następstwami coraz wyższych cen pozostałych nośników energii. Istnieje również możliwość zamiany promieniowania słonecznego na prąd elektryczny przy pomocy ogniw fotowoltaicznych. Tą technologię można z powodzeniem zastosować w przypadkach zasilania elektrycznego instalacji informacji sygnalizacyjnej i ostrzegania (światła sygnalizacyjne, kolejowe, drogowe, lotnicze, morskie, systemy sterowania i automatyki, budki telefoniczne, lądowe i morskie radiolatarnie, boje sygnalizacyjne, światła na szczytach wież, kominów, wysokich budynków, gór) jak również w przypadkach zasilania elektrycznego systemów komunikacji i łączności (np. przenośne oraz stałe nadajniki i odbiorniki radiowe i telewizyjne, stacje przekaźnikowe, telefonia komórkowa).
Z energii docierającej do granic atmosfery Ziemi około 28% zostaje odbite i rozproszone, reszta jest zaabsorbowana przez biosferę. Ilość energii docierającej do powierzchni Ziemi przekracza 10 000 razy obecne zapotrzebowanie ludzkości na energię. Dlatego też, w obliczu kończących się zasobów konwencjonalnych źródeł energii, energia słoneczna i metody jej zamiany na inne formy energii nabierają coraz większego znaczenia – zwłaszcza, że jej pozyskiwanie nie powoduje żadnych efektów ubocznych, szkodliwych emisji, czy zubożenia zasobów naturalnych, a instalowanie urządzeń głównie na obiektach architektonicznych, nie wpływa zasadniczo na krajobraz.
Wykorzystanie energii słonecznej
Energię słoneczną w postaci bezpośredniej wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej przy pomocy fotoogniw – energia fotowoltaiczna, oraz do produkcji energii cieplnej. Ogniwa fotoelektryczne, wykonane z półprzewodników na bazie krzemu charakteryzują się dużą niezawodnością i długą żywotnością. Są one jednak stosunkowo mało wydajne i bardzo kosztowne. Ich podstawową wadą jest wysokie zapotrzebowanie na powierzchnię instalacyjną. Energia wytwarzana przez takie ogniwa jest w tej chwili kilka razy droższa od energii wytwarzanej w konwencjonalny sposób. Wykorzystuje się je w elektrowniach słonecznych, w małych zegarkach i kalkulatorach, a przede wszystkim w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.
Metody wykorzystywania energii słonecznej znane były już w starożytności i polegały na samoczynnym ruchu ciepła w budynkach, poprzez odpowiednie umieszczenie okien, ścian, otworów wentylacyjnych. W ten sposób energia słońca była magazynowana do ogrzewania pomieszczeń w nocy. Również współcześnie poszukuje się wydajnej metody pozwalającej
w ekologiczny sposób ogrzewać domy, a jednocześnie gwarantującej niskie koszty jej utrzymania. Najpopularniejszym i najtańszym urządzeniem jest obecnie kolektor słoneczny. Pochłania on promieniowanie i następnie przekazuje energię cieplną wodzie, która przepływając przez niego ogrzewa się do temperatury 40-65°C. System ten najczęściej wykorzystuje się w rolnictwie i do podgrzewania wody do celów gospodarczych głównie w domkach jednorodzinnych. Prawidłowo dobrana instalacja słoneczna zapewniająca 95% absorbcji promieniowania słonecznego może zaspokoić 50-60% zapotrzebowania na energię cieplną.
Mapa średniego nasłonecznienia w Polsce
Z punktu widzenia przydatności promieniowanie słoneczne ma zarówno wady, jak i zalety. Pomimo, że dociera do całej powierzchni Ziemi, oświetlenie jej nie jest równomierne i zależy od szerokościi geograficznej, pory roku i pory dnia. Obecność pyłów lub pary wodnej w atmosferze oraz zachmurzenie, uniemożliwiają efektywne wykorzystanie tego źródła energii. Z drugiej strony, spośród źródeł niekonwencjonalnych, energia słoneczna wykazuje najmniejszy ujemny wpływ na środowisko, przy czym szczególnie ważny jest brak emisji szkodliwych substancji. Oszacowano, że 20-letnia eksploatacja instalacji słonecznej wspomagającej grzejnictwo elektryczne, obniży emisję SO2 o 500kg a CO2 o 60 ton!
Na świecie stale ma miejsce rosnące zapotrzebowanie na energię. Jeśli w roku 1986 światowe zużycie energii wynosiło 11,2 TW lat, to prognoza na rok 2030 uwzględniając zużycie w roku 2000 wynoszące ok. 15 TW lat, będzie wynosić prawdopodobnie 29,0 TW lat.