Sunce, odnosno njegova energija, osnovni je pokretač svih klimatskih i životnih ciklusa na Zemlji. Iz tog razloga je Sunce od davnina predstavljalo centar vjerovanja brojnih civilizacija. Danas se Sunce promatra prije svega kao izvor ugode i kao neizmjerni potencijal za podmirivanje energetskih potreba prema principima održivog razvoja. Sunce je najbliža zvijezda Zemlji i ujedno središnja zvijezda Sunčevog sustava. Sunce se sastoji od smjese plinova, a u njegovom kemijskom sastavu dominiraju vodik (70%) i helij (28%). Sunce je neposredno ili posredno, izvor većine dostupne energije na Zemlji.
Sunce je najveći i najmoćniji izvor energije. Sunčeva energija je najčišći, najbogatiji i najfleksibilniji obnovljivi izvor energije. Sunčeva svjetlost može se koristiti za grijanje, rasvjetu i hlađenje kuća i drugih objekata, generiranje električne energije, grijanje vode, unapređenje transportnih sustava i u raznim industrijskim procesima. Većina oblika obnovljivih izvora energije dolazi izravno ili neizravno od sunca. Energija koju Sunce konstantno zrači na površinu Zemlje tijekom jednog dana, mogla bi pokriti čovjekove potrebe za energijom za oko 180 godina. U budućnosti solarna energija bit će vrlo važna kao napredni oblik čiste, obnovljive energije.
No odakle Suncu tolika energija? U Sunčevoj jezgri konstantno se odvija nuklearna fuzija u kojoj se dva atoma vodika spajaju u jedan atom helija uz oslobađanje energije na račun smanjenja mase (ukupni proizvedeni helij ima ukupnu masu manju od ukupne utrošene mase vodika). Dakle Sunčeva energija je zapravo nuklearna energija, proizvedena u njegovom središtu, gdje temperatura doseže i do 15 milijuna °C. Istovremeno je temperatura na površini Sunca oko 5500 °C. Proizvodnja energije temeljem nuklearne fuzije rezultira kontinuiranim smanjenjem mase Sunca i to trenutno brzinom od 4 milijuna tona svake sekunde.
Duga je povijest korištenja sunčeve energije. Prvi korisni oblik energije za koji je korištena energija Sunca jest svakako dobivanje vatre, pomoću različitih načina (staklo, povećala, zrcala) usmjeravanja i fokusiranja Sunčevih zraka. Tako su Kinezi, Grci, Inke i Rimljani, došli do zaključka da zakrivljena zrcala mogu koncentrirati Sunčeve zrake na zapaljivi materijal i tako stvoriti dovoljan intenzitet zračenja da se pokrene proces gorenja. Čest naziv za ova zrcala u to doba bio je "goruća zrcala". Prema nekim povijesnim zapisima tijekom Drugog Punskog rata (212. godine prije nove ere), grčki znanstvenik Arhimed iskoristio je reflektirajuća svojstva štitova načinjenih od bronce fokusirajući Sunčeve zrake i tako zapalio drvene rimske brodove. Premda nema dokaza da se događaj dogodio.
Sofisticirani oblik arhitekture i urbanog planiranja primjenjuju već Grci, Kinezi i Egipćani koji su orijentirali svoje građevine prema jugu i na taj način osiguravali prijeko potrebnu svjetlost i toplinu. Nakon pada Rima, solarna arhitektura u Europi je uglavnom zanemarena, ali se istovremeno nastavlja razvijati u Kini. Nestala indijanska civilizacija, Anasazi ("Drevni narod"), živjela je na područja Sjeverne Amerike u nastambama okrenutim južno kako bi hvatali više Sunčeve topline zimi, što se smatra prvim primjerom korištenja pasivnih solarnih sustava. U 18. stoljeću staklo se počelo intenzivnije koristiti i ljudi su opazili da se pomoću stakla može zarobiti i iskoristiti dio Sunčeve topline. Švicarski znanstvenik Horace de Saussure zapazio je da je zapravo svaka prostorija toplija ukoliko ima staklenu pregradu kroz koju mogu ulaziti Sunčeve zrake. Temeljem tog zaključka 1767. izradio je prvi poznati solarni kolektor koji koristi staklo za "hvatanje" Sunčeve energije. Škotski istraživač Robert Stirling 1816. izumio je toplinski regenerator, uređaj za poboljšanje toplinske učinkovitosti u različitim procesima koristeći otpadnu toplinu za dogrijavanje rashlađenog radnog medija.
Francuski fizičar Edmond Becquerel 1839. napravio je ogroman korak u napretku solarne tehnologije za proizvodnju električne energije. Iako nije teoretski znao objasniti pojavu, otkrio je da ukoliko se metal izloži Sunčevoj svjetlosti na njegovim krajevima se pojavi razlika električnog potencijala, odnosno napon. 1873. Willoughby Smith otkrio je fotovodljivost selena. Prve solarne ćelije izradio je Charles Fritts 1883., a prvi solarni grijač vode izumio je Clarence Kemp 1891. godine. Njemački genij Albert Einstein je planetarno poznat po svojim brojnim doprinosima znanosti od kojih se posebno ističe njegova "Teorija relativnosti". Ipak, mnogi nisu upoznati s činjenicom da je upravo Einstein u svom radu iz 1905. godine teoretski objasnio pojavu koju je otkrio Becquerel. Tu pojavu objašnjava njegova teorija "fotoelektričnog učinka" za koju je Einstein dobio i Nobelovu nagradu za izniman znanstveni doprinos 1921. 1954. se smatra godinom "rođenja" fotonaponske tehnologije. Naime tada su David Chapin, Calvin Fuller i Gerald Pearson izradili prvu fotonaponsku ćeliju, odnosno prvi komercijalni uređaj koji direktno pretvara Sunčevo zračenje u električnu energiju. Od tada pa sve do današnjih dana znanstvenici i inženjeri koriste isti princip i tragaju za novim materijalima i načinima njihove upotrebe kako bi povećali učinkovitost fotonaponskih ćelija.
Ukupna energija Sunčevog zračenja koja svake sekunde stiže na površinu Zemlje iznosi oko 100 PJ. Usporedbe radi, na Zemlji se svake sekunde u prosjeku troši oko 16 TJ energije što je oko 6000 puta manje od dostupne energije Sunčevog zračenja. Iako su potencijali Sunčevog zračenja ogromni postoje brojni problemi kod iskorištavanja tih potencijala. Osnovni problemi iskorištavanja su mala površinska gustoća dostupne energije, činjenica da tek nešto više od 25 % ukupne Sunčeve ozračenosti otpada na kopneni dio Zemlje, velike oscilacije intenziteta ozračenja kao i značajni investicijski troškovi. U svijetu je 2015. godine bilo instalirano oko 435 GW termalne snage u sustavima grijanja koji koriste solarne kolektore. Više od 70 % od tog iznosa otpada na instalirani kapacitet u Kini. Na slici koja prikazuje godišnju razinu ozračenosti uočljivo je da Europa nije na najpovoljnijem mjestu za korištenje Sunčeve energije. Ipak unatoč tome u Europi je direktno iskorištavanje Sunčeve energije u velikom porastu što je uglavnom rezultat politike poticanja tehnologija za iskorištavanje Sunčeve energije u sklopu poticanja održivog razvoja.
Karta raspoređenja solarne energije
Sunčeva energija se može koristiti aktivno i pasivno. Aktivna primjena Sunčeve energije podrazumijeva njenu izravnu pretvorbu u električnu ili toplinsku energiju. Toplinska energija se dobiva pomoću solarnih kolektora, a električna energija pomoću fotonaponskih (solarnih) ćelija. Osnovni principi direktnog iskorištavanja energije Sunca su: solarni kolektori (pripremanje vruće vode i zagrijavanje prostorija), fotonaponske ćelije (direktna pretvorba sunčeve energije u električnu energiju ), fokusiranje sunčeve energije (upotreba u velikim energetskim postrojenjima). Solarni kolektor je uređaj koji apsorbira Sunčevo zračenje odnosno energiju Sunca i pohranjuje ga kao iskoristivu energiju koja se upotrebljava za grijanje vode ili objekata. Sustavi za grijanje vode mogu biti ili otvoreni i zatvoreni. U otvorenima voda koju treba zagrijati prolazi direktno kroz kolektor na krovu, dok u zatvorenima su kolektori popunjeni tekućinom koja se ne smrzava poput primjerice antifriza.
Poštovani, za čitanje cijelog ovog teksta morate biti pretplatnik.
