Domanda:
Perché i pannelli solari non contribuiscono al riscaldamento globale?
Joeri Hendrickx
2018-10-09 12:33:57 UTC
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Mi chiedevo questo da un po 'ma non ho ancora trovato una spiegazione.

Questo deriva dalla mia comprensione della fisica, che non è affatto esperta, quindi mi dispiace per la mia rozza spiegazione:

L'energia all'interno della terra può essere considerata un sistema chiuso; si trasforma ma non può essere creato o distrutto - e da quello che ho capito, il calore sembra essere la sua forma più naturale, quindi in qualche modo finirà sempre così.

Due cose influenzano la somma totale dell'energia sulla terra: la radiazione nello spazio prosciugherà energia (ed è limitata a causa della presenza dell'atmosfera). La radiazione del sole aggiunge energia al sistema.

Fondamentalmente il sole è la nostra unica vera fonte di energia (e possiamo considerarlo illimitato, poiché quando il sole è esaurito, siamo comunque finiti).

Per come la vedo io, i pannelli solari aumentano l'efficienza del modo in cui "raccogliamo" questa energia solare, riflettendone meno nello spazio e trasformandone una quantità maggiore in energia (in questo caso, elettrica). Quindi prendiamo più energia dal sole installando pannelli solari. Ma la quantità di energia rimossa dal sistema rimane la stessa.

Quindi la somma totale dell'energia sulla terra aumenta (di più) quando usiamo i pannelli solari. Allora come mai li consideriamo un modo per contrastare il riscaldamento globale, invece che un fattore che contribuisce?

modifica: poiché tutte le risposte riguardano il confronto tra celle solari e combustibili fossili, consentitemi di chiarire un po 'di più.

Capisco che i combustibili fossili contribuiranno maggiormente al cambiamento climatico rispetto alle celle solari, ma volevo solo chiarire che mi sembra che entrambi siano netti negativi (non se ne sostituisci uno con l'altro). In altre parole, l'idea che le celle solari siano pulite al 100% (a parte i costi di produzione), allora non è proprio vera. Il vento dell'idro invece lo sarebbe, poiché utilizzano energia che è già presente nel sistema terra. (e ovviamente quello che dobbiamo fare è richiedere meno energia)

I commenti non sono per discussioni estese;questa conversazione è stata [spostata in chat] (https://chat.stackexchange.com/rooms/84447/discussion-on-question-by-joeri-hendrickx-why-dont-solar-panels-contribute-to-g).
"Quindi prendiamo più energia dal sole mettendo a posto i pannelli solari", sì ma in questo modo estraiamo meno energia da altre fonti.Ad esempio, se assumiamo che come terrestri, abbiamo un consumo di energia costante;estraendo quell'energia dal carbone o dal sole si ottiene lo stesso risultato dal punto di vista dell'energia totale nel pianeta, se si esce dalla fonte, si spende il * serbatoio *.
Undici risposte:
Peter Erwin
2018-10-09 14:42:14 UTC
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Lo scopo delle celle solari è generare elettricità. Questo può sostituire l'elettricità generata bruciando combustibili fossili per l'elettricità. Il fatto che stia diventando pratico far funzionare i veicoli con l'elettricità significa che possiamo anche sostituire i combustibili fossili bruciati per alimentare i veicoli, il che rende le cose ancora migliori.

Ma concentriamoci sulla generazione di elettricità. La tua analisi ignora due cose, una minore e una assolutamente cruciale:

  1. Il punto minore: generare elettricità bruciando combustibili fossili anche aggiunge calore al pianeta. Ad esempio, solo circa 1/3 dell'energia liberata dalla combustione del carbone in una centrale elettrica a carbone viene trasformata in elettricità; il resto è calore di scarto.
  2. Il punto principale: le centrali elettriche a combustibili fossili producono continuamente CO2.

Questo post su RealClimate fa un ottimo lavoro nell'analisi dei dettagli. Per prendere un caso estremo irrealistico, assumono che le celle solari siano perfettamente nere (albedo = 0) e ignorano il fatto che le celle solari reali a volte sono installate su superfici già scure (come i tetti). Per generare l'attuale fornitura mondiale di elettricità di 2 trilioni di watt, celle solari perfettamente nere aggiungerebbero circa 6,7 ​​trilioni di watt a causa del calore disperso. Come sottolineano, l'efficienza degli impianti a combustibili fossili significa che 2 trilioni di watt di energia elettrica sarebbero accompagnati da circa 6 trilioni di watt di calore di scarto.

Quindi, se sostituisci le centrali elettriche a combustibili fossili con centrali a celle solari, non cambierai davvero la produzione di calore di scarto.

Ma tu modifichi la produzione di CO2, e questo è fondamentale, perché il calore aggiunto all'atmosfera aggiungendo CO2 è ordini di grandezza maggiore del calore disperso dal processo di generazione di energia stesso. (Questo è un processo continuo: ogni secondo in cui gestisci le centrali elettriche a combustibili fossili, aggiungi più CO2 nell'atmosfera.)

... quando sono passati cento anni, il calore ha intrappolato ciascuno anno dalla CO2 emessa utilizzando il carbone anziché l'energia solare a produrre elettricità è 125 volte l'effetto dello spreco di combustibili fossili calore.E ricorda che il calore residuo incrementale dal passaggio a le celle solari sono persino più piccole del calore di scarto dei combustibili fossili.Cosa c'è di più, perché ogni anno che passa vede più CO2 accumularsi nel atmosfera, il calore intrappolato dalla CO2 continua a salire, mentre il effetto del calore disperso dai combustibili fossili o dalle celle solari necessarie per produrre una determinata quantità di elettricità rimane fisso.

(Puoi, se lo desideri, sostenere che eliminare completamente la generazione di elettricità, ovvero chiudere tutte le centrali elettriche, alimentate a energia solare o fossile, sarebbe marginalmente migliore della conversione della generazione di elettricitàal solare. Ma questa è una differenza molto piccola e non è un'opzione se vuoi continuare ad avere una sorta di civiltà umana sul pianeta.)

Per essere onesti, abbiamo avuto una sorta di civiltà umana sul pianeta per molto più tempo di quanto abbiamo avuto la generazione di elettricità.
OK, sì - civiltà umana "moderna", allora.
* pratico per far funzionare i veicoli con l'elettricità * - purché siano a terra.Siamo abbastanza lontani dall'applicazione pratica dei cargo elettrici oceanici (a meno che non nucleari, ma questo ha altri problemi) o degli aerei elettrici.
Quindi, per essere chiari, non è che la produzione di calore elettrico della Terra cambi drasticamente, ma l'energia del Sole rimane più a lungo.Ho questo diritto?
@gerrit - Vero, ma credo che le emissioni di CO2 della spedizione siano un fattore 5 o 10 volte inferiore alle emissioni di CO2 del trasporto terrestre.
@Anoplexian: questo è probabilmente un modo ragionevole di vederlo.
@Anoplexian In realtà si tratta più di "generare elettricità utilizzando il calore attualmente in arrivo invece di rilasciare calore e CO2 che sono stati catturati molto tempo fa nei combustibili fossili".
Qualcosa da rendere più chiaro è che il riscaldamento globale non è causato da motori a combustione interna e centrali elettriche che riscaldano direttamente l'aria.Fondamentalmente non è niente di tutto ciò.Il riscaldamento globale viene dal sole che riscalda la Terra, ed è l'effetto serra della CO2 che ci fa semplicemente trattenere una maggiore quantità di energia solare.
Sono l'unico che pensa che questo non stia davvero rispondendo a ciò che stava chiedendo l'operazione?In ogni caso, non stava chiedendo come si comportano i pannelli solari in correlazione al combustibile fossile.La domanda era chiaramente: "i pannelli solari contribuiscono all'aumento del calore sul pianeta?"Non "i pannelli solari contribuiscono più o meno dei combustibili fossili al riscaldamento del pianeta?".
Se si vuole sapere quanto può essere forte l'effetto serra, basta guardare Venere.Potremmo essere in grado di trasformare la Terra in un'altra Venere se ci provassimo davvero abbastanza.
@MarinaM - Parte della domanda del PO era "Allora come mai li consideriamo un modo per contrastare il riscaldamento globale, invece che un fattore che contribuisce?"
Scrivi "l'efficienza degli impianti a combustibili fossili significa che 2 trilioni di watt di energia elettrica sarebbero accompagnati da circa 6 trilioni di watt di calore di scarto";tuttavia, quei 2 trilioni di watt di energia elettrica finiranno per diventare calore quando viene utilizzato.Sia attraverso il riscaldamento resistivo o mettendo in movimento qualcosa che poi rallenta per attrito, alla fine tutto diventa calore.Questo non cambia il tuo argomento (anzi lo aiuta), ma ho pensato di farlo notare.
In particolare, la chiave è che stai _sostituendo_ la generazione elettrica che produce CO2 con l'equivalente nella generazione solare.Anche se la generazione solare contribuisce al riscaldamento aumentando l'albedo, non contribuirà tanto quanto la CO2 che risparmierebbe, quindi si ottiene un netto risparmio in termini di riscaldamento.
tfb
2018-10-09 15:48:36 UTC
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I pannelli solari sono utili per il riscaldamento globale perché causano meno (molto meno) riscaldamento superficiale rispetto alla raccolta di energia equivalente dovuta alla combustione di combustibili fossili.

Un modello semplificato

Per capire perché questo è considerato un modello (molto semplificato!) di quale dovrebbe essere la temperatura della superficie. In questo modello considereremo solo la luce solare in arrivo e presumo che tutto questo arrivi in ​​superficie (questo è sbagliato, ma abbastanza buono).

In superficie accadono due cose:

  • una parte della luce solare viene riflessa e (per la stessa ipotesi di cui sopra) torna direttamente nello spazio;
  • una parte viene assorbita e la superficie si riscalda.

Poiché la superficie è calda, ora si irradia come un corpo nero (o approssimativamente) e la maggior parte di questa radiazione è nell'infrarosso (se non lo è, probabilmente non sei interessato a vivere su questo pianeta, poiché la sua superficie è visibilmente luminosa).

Sfortunatamente l'atmosfera non è trasparente agli infrarossi, quindi parte della radiazione in uscita dalla superficie viene assorbita nell'atmosfera e quindi irradiata nuovamente, e parte di questa nuova radiazione ritorna in superficie. Questo processo è abbastanza complicato perché è necessario sapere a quali lunghezze d'onda l'atmosfera non è trasparente e quindi risolvere un mucchio di equazioni pelose di trasferimento radiativo, per non parlare di nuvole, convezione, vento &c &c &c.

Ma c'è una semplice e ovvia risposta del fisico: il risultato finale di questo processo intorno agli infrarossi (ciò che uno scienziato del clima chiamerebbe 'onde lunghe') nell'atmosfera è che la superficie finisce un po 'più calda di quanto ci si aspetterebbe se non c'era atmosfera.

(Nota che ho completamente ignorato la componente IR della radiazione in arrivo dal Sole, cosa che un modello appropriato non dovrebbe fare.)

Quindi, OK, ora prenderemo in considerazione due modifiche a questo modello: pannelli solari e combustibili fossili.

Pannelli solari

I pannelli solari catturano parte della luce visibile / UV dal sole e la trasformano in infrarossi (tramite le macchine in funzione &c e infine il riscaldamento). Non è del tutto ovvio se i pannelli solari abbassano o aumentano la proporzione di luce solare in entrata che viene riflessa direttamente (in altre parole hanno un albedo più alto o più basso della superficie che hanno coperto) ma supponiamo che lo abbassino, quindi il loro risultato netto è quello di abbassare l'albedo della superficie e per aumentare la quantità di infrarossi irradiati. Questo quindi aumenta leggermente la temperatura della superficie.

Combustibili fossili

Questi non fanno nulla all'albedo, (in realtà lo fanno: lo abbassano a causa della fuliggine, ma scaricano anche fuliggine nell'atmosfera che lo rende meno trasparente alla luce visibile e questo è tutto un processo complicato che ignoreremo ma che conta molto in effetti). Creano due cose:

  • approssimativamente la stessa quantità di infrarossi dei pannelli solari per la stessa quantità di energia, che riscalda leggermente la superficie (questo riscaldamento proviene da energia precedentemente intrappolata nei combustibili fossili e catturata lì molto tempo fa dal sole);
  • $ \ mathrm {CO_2} $ , in grandi quantità.

Sfortunatamente $ \ mathrm {CO_2} $ è uno dei componenti dell'atmosfera che assorbe e riattiva gli infrarossi, quindi questa emissione di $ \ mathrm {CO_2} $ aumenta la temperatura della superficie con il processo più o meno descritto sopra.

Quale causa maggiore riscaldamento della superficie?

Per sapere quale di questi provoca più riscaldamento, è necessario modellare effettivamente il sistema in alcuni ragionevoli dettagli (ed è solo perché questi modelli finiscono per essere piuttosto complicati che consente ai negazionisti di entrare). Ma un modo è confrontare la quantità di energia proveniente dal Sole (e che viene irradiata indietro) e l'energia generata dagli esseri umani.

La costante solare, che è il flusso di energia dal Sole che attraversa l'orbita terrestre, è di circa $ 1360 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ , e questo significa che la quantità di energia che il Sole fornisce alla Terra nella parte superiore dell'atmosfera è di circa $ 1,7 \ times 10 ^ {17} \, \ mathrm {W} $ span>. La produzione di energia umana nel 2013 è stata di circa $ 1,8 \ volte 10 ^ {13} \, \ mathrm {W} $ .

Ciò significa che il flusso di energia dal Sole è circa $ 10 ^ 4 $ volte più grande della generazione di energia umana: anche un cambiamento relativamente piccolo di quanto di questo contribuisce al riscaldamento superficiale sminuirà completamente qualsiasi riscaldamento dovuto alla generazione di energia umana. Un altro modo di pensare a questo è che tutta la generazione di energia umana riguarda $ 0,04 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ . Gli squilibri nel flusso solare dovuti ai cambiamenti nei gas serra sono dell'ordine di $ 1 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ : molto di più.

Il semplice modello di corpo nero

Un altro modo di vedere questo è considerare un modello di corpo nero senza cervello: supponi che non ci sia atmosfera e che la Terra sia un corpo nero perfetto illuminato dal Sole: quale sarebbe la sua temperatura. Bene, un pensierino ti mostra che si troverebbe a una temperatura di

$$ T_S = \ left (\ frac {F} {4 \ sigma} \ right) ^ \ frac {1} {4} $$

Dove $ F $ è il flusso solare in arrivo e $ \ sigma $ è Stefan- Costante di Boltzmann. E questo risulta essere $ 278 \, \ mathrm {K} $ , o circa $ 5 \, \ mathrm {C} $ . È più freddo di quanto non sia in media, ma è una prima stima decente.

Quindi ora, facciamolo per la generazione di energia umana. La formula qui è

$$ T_H = \ left (\ frac {H} {4 \ pi R ^ 2 \ sigma} \ right) ^ \ frac {1} {4} $$

Dove $ H $ è la generazione di energia umana e $ R $ è il raggio della Terra.

E questo riguarda $ 28 \, \ mathrm {K} $ . E ricorda che il flusso di energia corrisponde alla quarta potenza della temperatura ( $ \ sigma T ^ 4 $ ): la generazione di energia umana non è ovunque vicino a riscaldare il pianeta in modo significativo. Puoi facilmente vederlo considerando la differenza tra un pianeta riscaldato interamente dal Sole e uno in cui viene aggiunta la generazione di energia umana:

$$ \ begin {align} \ Delta T & = \ sinistra (\ frac {F} {4 \ sigma} + \ frac {H} {4 \ pi R ^ 2 \ sigma} \ right) ^ \ frac {1} {4} - \ sinistra (\ frac {F} {4 \ sigma} \ destra) ^ \ frac {1} {4} \\ & \ circa 0,007 \, \ mathrm {K} \ end {align} $$

Questo è completamente trascurabile.

Un piccolo cavillo su un'ottima risposta.Dici: * "Sfortunatamente l'atmosfera non è trasparente agli infrarossi". * In realtà, è molto fortunato che l'atmosfera non sia trasparente agli infrarossi, perché così fosse, vivremmo su un pianeta ghiacciato e inabitabile.
@PeterShor: buon punto.Volevo dire "purtroppo, dato che rende le somme più difficili" davvero!
Penso che la parte più importante di questo sia la frase "il flusso di energia dal Sole è circa 10 ^ 4 volte più grande della generazione di energia umana".La potenza che usiamo in realtà non fa una grande differenza, rispetto al cambiamento dell'equilibrio di ingresso / uscita di radiazione.+1 per questo e considera di dare più enfasi
jkej
2018-10-09 19:34:51 UTC
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Semplice calcolo del retro della busta:

Questa figura mostra le nostre migliori stime della forzatura radiativa da diversi fenomeni antropogenici (causati dall'uomo):

Radiative forcing figure

Mostra che la forzatura radiativa da $ \ mathrm {CO_2} $ antropogenico è la componente più grande a circa $ 1.5 \ , \ mathrm {W / m ^ 2} $ .

La generazione mondiale di elettricità totale è di circa $ 25.000 $ TWh / anno. Questo è approssimativamente $ 2,9 \, \ mathrm {TW} = 2,9 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {W} $ . La superficie totale della Terra è di circa $ 510 \, \ mathrm {million \, km ^ 2} $ , che è $ 510 \, \ mathrm {trilioni \, m ^ 2} = 510 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {m ^ 2} $ . Quindi, se il rapporto tra il calore prodotto e l'elettricità generata fosse $ 1 $ per tutta la produzione di elettricità, la forzatura radiativa da questo sarebbe:

$$ \ frac {2.9 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {W}} {510 \ cdot 10 ^ {12} \, \ mathrm {m ^ 2}} = \ frac {2.9} {510} \, \ mathrm {W / m ^ 2} \ circa 0,0057 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $$

Ora, l'efficienza dei pannelli fotovoltaici commerciali attualmente non supera di molto $ 20 \% $ , quindi se vogliamo fare un calcolo del caso peggiore per uno scenario con solo pannelli solari con l'attuale generazione totale di elettricità, potremmo voler utilizzare un rapporto calore-elettricità di $ 5 $ . Questo dà $ \ sim 0.03 \, \ mathrm {W / m ^ 2} $ . Questo è ancora un fattore di $ 50 $ inferiore alla forzatura radiativa da $ \ mathrm {CO_2} $ antropogenico ai livelli attuali.

Conclusione:

Questo era solo un semplice calcolo per dimostrare che il calore dalla generazione di elettricità è un contributo trascurabile al cambiamento climatico globale, anche se cambiamo tutta la produzione di elettricità in fotovoltaico.E questo calcolo non si preoccupa nemmeno di tenere conto del fatto che il fotovoltaico non assorbe tutta la luce, che la superficie su cui sono collocati ha anche assorbito un po 'di luce, o che molte fonti alternative di elettricità (in particolare combustione di combustibili fossili e energia nucleare)generano anche calore.Se lo facessimo, la forzatura radiativa netta dal passaggio di tutta la generazione di elettricità al fotovoltaico sarebbe ancora più trascurabile.

Se confrontiamo celle FV efficienti al 20% con una linea di base del 100% di calore di scarto, dovremmo moltiplicare quella cifra per 0,8, non per 5.
@gerrit Se i pannelli solari hanno un'efficienza del 20%, significa che l'energia incidente su di essi deve essere 5 volte l'elettricità prodotta.Se assumiamo che tutta l'energia venga assorbita e alla fine convertita in calore (anche l'elettricità), dovremmo moltiplicare l'elettricità generata per 5 per ottenere la quantità di calore generata.
Ma stai confrontando con il 100% di calore di scarto, il che implicherebbe lo 0% di efficienza.Se tutta la generazione di elettricità producesse il 100% di calore di scarto, non produrremmo affatto elettricità.Il calore prodotto da una produzione di elettricità efficiente al 20% è 0,8 volte il calore prodotto da una produzione di elettricità efficiente allo 0%, a parità di capacità di produzione.
@jkej grazie per l'eccellente risposta - Sono un po 'diffidente nel chiamare qualsiasi cosa "trascurabile", considerando che è quello che ci ha portato in questa situazione in primo luogo :) Ma immagino che avere un effetto a rete zero sia un sogno irrealizzabile ...
@gerrit Forse il termine "calore disperso" non è corretto qui.Forse avrei dovuto scrivere solo calore.Quando ho scritto "100% di calore residuo", intendevo solo che il rapporto tra il calore generato e l'elettricità generata era 1. Questo rapporto è ovviamente maggiore di 1 per i pannelli solari, così come per la combustione di combustibili fossili e l'energia nucleare.In effetti, molto spesso è fondamentalmente l'inverso dell'efficienza.Vedo ora che forse ho usato una terminologia confusa, ma penso ancora che questo sia il modo giusto per fare i calcoli.Moltiplicando per 0,8, diresti che viene generato meno calore dell'elettricità.
@jkej Grazie per il chiarimento, penso di aver capito cosa intendi ora (almeno capisco cosa non intendevi).
@JoeriHendrickx Penso che la tua domanda sia basata su un argomento fisicamente valido.I pannelli solari provocano un certo riscaldamento e possiamo quantificare relativamente facilmente questo effetto.D'altra parte, quasi tutte le attività umane hanno qualche effetto sul clima e ci sono anche cambiamenti nel clima che non sono dovuti all'attività umana.Pertanto, penso che dobbiamo essere in grado di distinguere quali attività hanno effetti abbastanza grandi da farci preoccupare.
Per il bilancio energetico globale, non dovresti assolutamente considerare il calore disperso o l'efficienza.Tutta l'energia solare assorbita sulla superficie terrestre alla fine diventa calore.Non importa se prima passa un po 'di tempo come elettricità.Pertanto, il contributo dei pannelli solari alla forzatura netta è semplicemente la loro variazione di albedo ponderata in base all'area.
@RPL Sono d'accordo che per calcolare l'effetto per una data quantità di pannelli solari, non è necessario conoscere la loro efficienza.Ma nella mia risposta inizio con una data quantità di elettricità generata (il totale mondiale attuale per tutte le fonti di elettricità) e chiedo quale sarebbe l'effetto se tutta quell'elettricità fosse generata da pannelli solari.Quindi ho bisogno di conoscere l'efficienza dei pannelli solari per calcolare all'indietro l'energia incidente totale necessaria sui pannelli solari per fornire quella quantità di elettricità.
Ora ho riformulato alcune parti della mia risposta, perché era un po 'confusa.L'argomento di base ei calcoli sono gli stessi, ma si spera un po 'più chiari.
@jkej Capito.Sono stato distratto dal parlare di calore disperso.Grazie per il chiarimento.
Alex
2018-10-10 04:16:08 UTC
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i pannelli solari aumentano l'efficienza del modo in cui "raccogliamo" questo solare energia, riflettendone meno nello spazio e trasformandola di più in en energy (in questo caso, elettrica

Non sono un esperto, ma non credo che sia vero.

La luce solare che cade su un pannello solare produce elettricità e calore, mentre parte dell'energia viene riflessa.Lo stesso vale per la luce solare che NON cade su un pannello solare, ad eccezione della parte elettrica.Non credo ci sia alcuna ragione intrinseca per cui un pannello solare rifletterebbe meno.Il calore totale + elettricità prodotta da un pannello potrebbe essere uguale o addirittura inferiore al calore prodotto da sporcizia, roccia o asfalto.E ovviamente il prodotto sarà effettivamente utile, a differenza del calore disperso.

Ebbene, i pannelli solari sono deliberatamente ottimizzati per assorbire quanta più luce solare possibile e riflettere il meno possibile (dal momento che la luce solare che viene riflessa da essi certamente non può essere convertita in elettricità).Ecco perché di solito sono neri.Questa ovviamente non è una prova che riflettono meno luce solare di terra e roccia, ma è un argomento circostanziale.
Qualcosa da considerare è che effettivamente lasciare che l'elettricità funzioni (ad esempio in un motore elettrico) produce calore, quindi in un certo senso l'elettricità, i cavi, ecc. Potrebbero essere considerati semplicemente per spostare la posizione in cui viene prodotto il calore dal pannello solare da qualche parte.altro.Un'altra cosa da considerare è che i pannelli solari sono tipicamente coperti da una lastra di vetro o plastica, entrambi materiali che spesso possono riflettere direttamente una quantità significativa di luce nello spazio, al contrario dell'asfalto, che la assorbirebbe e quindi la riemetterebbe.come radiazione di corpo nero per lo più infrarosso.
@SomeGuy: Lasciare che l'elettricità funzioni non * produce * calore;converte l'elettricità in calore.Quell'elettricità sarebbe stata comunque calore se il sole avesse colpito un po 'di asfalto piuttosto che un pannello solare.
@cHao: Sì, era questo il punto che stavo cercando di sottolineare.La cella solare produce meno calore a livello locale perché genera invece elettricità, ma l'elettricità riproduce il calore "risparmiato" altrove quando alla fine viene utilizzata per lavorare.Quindi i cavi elettrici essenzialmente agiscono solo per trasportare il calore dalla posizione della cella solare a qualche altra parte, tramite una trasformazione intermedia verso e poi dall'elettricità.
Ján Lalinský
2018-10-09 14:19:45 UTC
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Il vantaggio di una centrale elettrica a pannelli solari in sostituzione di una centrale a carbone (o altri combustibili fossili) è molteplice:

1) viene bruciato meno combustibile fossile, quindi può essere utilizzato in modo diverso, ad esempio come fonte di vari prodotti chimici organici;

2) molto meno inquinamento dell'ambiente vicino all'impianto;

3) il semplice funzionamento di un pannello solare rilascia poco o nessun gas a effetto serra

...

Detto questo, la produzione, l'installazione e la manutenzione di pannelli solari produce gas a effetto serra e inquinamento. Il pannello solare ha una durata, dopodiché deve essere fabbricato uno nuovo e quello vecchio deve essere smaltito. L'inquinamento può essere molto migliore della combustione dei fossili, ma dipende da come viene gestito il ciclo di vita dei pannelli.

(Capisco che sia ancora meglio che bruciare combustibili fossili, ma continuo a pensare che sia un netto negativo)

Penso che sia corretto. La maggior parte dell'energia elettrica dalla rete elettrica, quando consumata, contribuisce a riscaldare il pianeta (la sintesi di sostanze chimiche ricche di energia può essere un'eccezione, ma penso che l'energia così consumata sia trascurabile rispetto al resto). Quando viene generato 1kWh di energia utile:

  • bruciando combustibili fossili, vengono rilasciati molti più kWh di calore di scarto e vengono rilasciati anche gas serra;

  • raccogliendo energia dalla radiazione solare, viene rilasciato molto meno calore di scarto e quasi nessun gas a effetto serra viene rilasciato. Tuttavia, ancora un po 'di calore di scarto viene rilasciato .

L'energia all'interno della terra può essere considerata un sistema chiuso; si trasforma ma non può essere creato o distrutto - e da quello che ho capito, il calore sembra essere la sua forma più naturale, quindi in qualche modo finirà sempre così.

La Terra non è un sistema chiuso. Scambia energia con lo spazio circostante, tramite la radiazione EM e la gravità (maree) e c'è anche interazione con particelle cosmiche (vento solare ...).

Fondamentalmente il sole è la nostra unica vera fonte di energia (e possiamo considerarlo illimitato, poiché quando il sole è esaurito, siamo comunque finiti).

Esistono anche combustibili fossili, che forniscono energia senza l'aiuto del sole. E ci sono anche elementi radioattivi come l'uranio, che sono una notevole fonte di energia disponibile, ancora una volta senza l'aiuto del Sole.

Per come la vedo io, i pannelli solari aumentano l'efficienza del modo in cui "raccogliamo" questa energia solare, riflettendone meno nello spazio e trasformandone una quantità maggiore in energia (in questo caso, elettrica).

Se stai confrontando il fatto di avere un pannello solare invece di non averne nessuno, allora sì, meno viene riflesso e più viene immagazzinato sulla superficie della Terra.

Ma la quantità di energia rimossa dal sistema rimane la stessa.

Non sono sicuro di cosa intendi qui; la quantità di energia irradiata nello spazio viene diminuita introducendo ampie aree di pannelli solari, perché ciò che sarebbe stato riflesso verso lo spazio, verrà ora assorbito sulla superficie dei pannelli solari e parzialmente trasformato in energia elettrica.

Quindi la somma totale dell'energia sulla terra aumenta (di più) quando usiamo i pannelli solari. Allora come mai li consideriamo un modo per contrastare il riscaldamento globale, invece che un fattore che contribuisce?

Perché si presume che l'energia che forniscono indurrà le persone a ridurre la combustione dei combustibili fossili. Ciò ridurrà la produzione di gas serra, ma non la loro quantità nell'atmosfera. Quindi il vantaggio immediato è fermare l'aumento della quantità di gas serra causato dall'uomo. Con il tempo, la quantità di gas serra può persino diminuire a causa di processi naturali (crescita di piante / alghe) e l'atmosfera potrebbe raffreddarsi.

Grazie - quello che intendevo con "la nostra unica fonte di energia" è che il fossile è, a guardarlo indietro, anche l'energia solare che è stata assorbita da flora e fauna (indirettamente) e poi fossilizzata e immagazzinata per un tempo molto lungo, destra?E il rifornimento richiederebbe molto tempo, se lo volessimo.
ShadSterling
2018-10-11 08:47:19 UTC
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Questa approssimativa approssimazione è essenzialmente corretta:

Due cose influenzano la somma totale dell'energia sulla terra: la radiazione nello spazio prosciugherà energia (ed è limitata a causa della presenza dell'atmosfera). La radiazione solare aggiunge energia al sistema.

TL; DR: i pannelli solari non contribuiscono al riscaldamento globale perché non aumentano la radiazione solare né diminuiscono la radiazione nello spazio.

Cercherò di approfondire perché no mantenendo un'approssimazione altrettanto grezza.

La Terra ha energia che entra dal sole e esce nello spazio mentre risplende. La temperatura è (approssimativamente) energia per materia, quindi la temperatura media della Terra è essenzialmente determinata dalla quantità di energia che possiede.

La temperatura sarà stabile quando l'energia entrerà alla stessa velocità con cui esce. La temperatura cambierà quando l'energia entrerà ed uscirà a velocità diverse.

La velocità di uscita dell'energia (quanto risplende la Terra) dipende dalla sua temperatura e da cosa sono fatti i suoi strati esterni. In sostanza, materiali diversi si illuminano a velocità diverse, quindi sotto la stessa luce in entrata la temperatura stabile sarà diversa per materiali diversi.

L '"effetto serra" si riferisce all'aumento della temperatura stabile cambiando i materiali di cui sono fatti gli strati esterni, aumentando la proporzione di "gas serra" più deboli nell'atmosfera.

(Vale la pena notare che può esserci un grande divario tra la temperatura corrente e la temperatura stabile e, sulla scala della durata della vita umana, può essere necessario molto tempo per raggiungere la temperatura stabile.)

Mettere i pannelli solari sul fondo dell'atmosfera non cambia in modo significativo la velocità di radiazione.In media, i pannelli solari non assorbono più luce delle rocce, dell'acqua o delle foglie (che sono fondamentalmente pannelli solari biologici), e anche se lo facessero non farebbe molta differenza - la luce riflessa dal suolo nova direttamente nello spazio, viene prima dispersa nell'atmosfera, quindi la composizione dell'atmosfera determina ancora la velocità di radiazione in uscita.

Ciò che fanno i pannelli solari è rendere disponibile l'energia che raccolgono per il nostro utilizzo.La luce solare che atterra su quasi tutto il resto ci è utile solo indirettamente.I pannelli solari non possono modificare la temperatura media della Terra, cambiano solo dove va una parte dell'energia in ingresso, indirizzandola ai sistemi di alimentazione elettrica.

Lio Elbammalf
2018-10-11 14:32:50 UTC
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Vedo da dove vieni e perché le risposte che confrontano i combustibili fossili non rispondono alla tua domanda, ma è un'idea sbagliata sull'energia.

Trovo sempre che le analogie con l'acqua aiutino a dare una comprensione più intuitiva, quindi immaginiamo un sistema con un serbatoio d'acqua con un tubo che lascia scorrere l'acqua (questo è il nostro equivalente del sole, il tubo è la nostra energia che arriva a terra ).

Ora, in fondo, puoi lasciare che quest'acqua schizzi in una ciotola o puoi mettere una ruota idraulica sulla strada. Ora pensa alla dimensione delle increspature che ti aspetteresti nei due casi. Senza una ruota idraulica l'acqua non ha avuto nulla a impedirlo, quindi le increspature sono grandi. Con la ruota idraulica hai rallentato l'acqua (impiegando un po 'di energia per far girare la ruota) e otteniamo increspature più piccole.

I nostri pannelli solari prendono l'energia dal sole che avrebbe comunque colpito la terra, quindi la stessa quantità di energia viene impartita in entrambi i casi.

Un punto da notare:

I pannelli solari, essendo neri, sono molto meno riflettenti. Le calotte polari sono buoni riflettori, ma se dovessimo coprire le calotte polari con pannelli solari neri, allora stiamo osservando molta meno energia del sole che lascia il sistema. In tal caso i pannelli solari aumenterebbero il riscaldamento globale.

Bill K
2018-10-12 03:31:10 UTC
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Mi piace il tuo modello e l'hai formulato nel modo in cui penso, quindi forse questo aiuterà:

In generale il tuo modello di calore è corretto, ma considera che i pannelli solari che sono stati sul pianeta per secoli (piante) hanno effettivamente rimosso il calore trasformandolo in energia chimica invece che in energia termica.

Questa energia chimica è stata immagazzinata sottoterra invece di diventare calore e si è sottratta al calore atmosferico invece di aumentarlo. L'energia chimica che non è immagazzinata sottoterra viene utilizzata per alimentare TUTTA la vita animale sul pianeta (che alla fine diventa calore o più energia chimica sepolta).

Se prendessi tutta l'elettricità da molte celle solari efficienti e mettessi l'energia in una forma di energia che non fosse calore, in realtà sottrai il calore netto.

Poiché gran parte dell'energia riflessa da uno specchio viene catturata dall'atmosfera e dalle nuvole, viene comunque mantenuta come calore, un pannello solare potrebbe effettivamente ridurre il calore poiché potresti immagazzinare l'energia solare come energia chimica o potenziale invece di trasformarla in calore (immagino di usare tutta questa energia solare per sollevare una montagna o qualcosa del genere, non molto pratico ma sono abbastanza sicuro che ridurrebbe il calore fino a quando non lasci cadere la montagna).

Ovviamente questa sostanza chimica / potenziale / ??? l'energia si trasformerà in calore alla fine comunque, come sta accadendo attualmente con i combustibili fossili.

Guill
2018-10-14 02:51:04 UTC
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La tua analisi sarebbe corretta nella misura in cui i pannelli solari sono assorbitori di energia più efficienti di sporco, cemento, ecc. e sono considerati isolati da soli.Tuttavia, se considerato nel contesto dei generatori replacing che utilizzano combustibili fossil (che è l'intento dei generatori di pannelli solari), allora ci sarebbe un contributo net negative al riscaldamento globale.Per chiarire questo punto, supponiamo che un generatore di pannelli solari contribuisca di 1 unità al riscaldamento globale e un generatore di combustibili fossili contribuisca a 10 unità, quindi, da replacing il generatore di combustibili fossili con il generatore di pannelli solari, si potrebbe save 9 unità (1-10= - 9), Tuttavia, se non sostituiamo il generatore di combustibili fossili, il generatore di pannelli solari aggiungerebbe al riscaldamento globale (1 + 10 = 11).

Anthony X
2018-10-15 03:23:26 UTC
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Ci sono due parti in questo:

  1. Sostituzione di energia da altre fonti, ad esempio sostituzione di energia proveniente da combustibili fossili con energia solare
  2. Sostituzione di una superficie originale con un pannello solare

Quando si distribuisce un pannello solare, si modifica l'albedo in quella posizione. Parte dell'energia incidente viene riflessa indietro, ma ciò che non lo è finirà per diventare calore. Ciò che non viene convertito in calore nella matrice stessa finirà per diventare calore da qualche parte. Se l'array è stato schierato su un campo di neve artica, aumenterà l'energia netta assorbita dal pianeta. Se fosse distribuito su un tetto scuro, potrebbe diminuire l'energia assorbita. Data la superficie totale del pianeta esposta alla luce solare, ci vorrebbero molti pannelli solari per ammontare a una differenza pratica. Inoltre, l'Artico è un posto schifoso per installare un array solare perché il Sole non diventa mai molto alto nel cielo: un angolo basso significa più atmosfera e quindi meno energia arriva in superficie; inoltre, ci sono lunghi periodi di oscurità. I posti migliori dove mettere i pannelli solari potrebbero avere un albedo basso per cominciare. I tetti sono ottimi candidati perché possono alimentare direttamente gli edifici, riducendo le perdite di trasmissione.

Quando distribuisci un campo solare e utilizzi la sua energia elettrica, sostituisci l'energia generata da altre fonti, come i combustibili fossili. Meno combustibili fossili consumati significa meno emissioni di gas serra che influiscono sul carico di gas serra nell'atmosfera che influisce sulla capacità del pianeta di irradiare calore nello spazio. Non ci vuole molta differenza nei livelli di gas serra per avere un effetto misurabile sulle temperature globali.

Un punto chiave in tutto questo è che non è il calore generato dalla combustione di combustibili fossili il problema del riscaldamento globale, ma l'effetto che tutti i gas serra hanno sulla capacità del pianeta di raffreddarsi.Se domani smettessimo di bruciare tutti i combustibili fossili, non avrebbe un effetto misurabile sull'equilibrio energetico tra ciò che la Terra riceve dal Sole e ciò che irradia nello spazio - ci sono molti ordini di grandezza di differenza tra l'energia che arriva dal Sole.e l'energia che produciamo.Se improvvisamente smettessimo di bruciare tutto quel combustibile fossile, ciò che accadrebbe è che i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera diminuirebbero gradualmente e la Terra diventerebbe un radiatore leggermente migliore di energia termica, quindi si raffredderebbe un po '.

Per riassumere, il vantaggio dell'energia solare in relazione al riscaldamento globale è lo spostamento dei combustibili fossili e la conseguente riduzione delle emissioni di gas serra.

E la terza parte dell'energia fossile necessaria per realizzare i collettori solari.
mylovemhz
2018-10-14 10:33:28 UTC
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Per spiegarlo in modo grossolano, la terra è più calda perché la superficie è calda, non perché l'aria è calda.I pannelli solari non contribuiscono al riscaldamento globale perché, mentre assorbono energia dalla luce, riflettono anche molta luce nell'atmosfera.Quell'energia (presumibilmente) alla fine torna nello spazio.

D'altra parte, bruciare combustibili fossili produce sottoprodotti costituiti da elementi pesanti che rimangono nell'aria e coprono il pianeta come un'enorme coperta.La radiazione solare viene quindi intrappolata nell'atmosfera dall'effetto serra, continuando a riscaldare la superficie.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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