A napsugárzás alapvető fontosságú a földi élet számára, biztosítva a szüntelen energiaellátást, amely a bolygó szinte minden ökoszisztémáját táplálja. A létünk megvalósításán túl a napból származó energia évtizedek óta vonzza a figyelmet a fosszilis üzemanyagok tiszta, megújuló alternatívájaként. Noha jelenleg csak a globális energia töredékét szolgáltatja, a napenergia-ipar a megújuló energia szektor gyorsan bővülő eleme. Míg a vita minden bizonnyal folytatódik az ipari méretű napelemek költségeiről, praktikusságáról és teljesítményéről, a technológia sokat ígér, mint fenntartható energiaforrás.
Napenergia a Földön
A nap energiát termel magjában termonukleáris fúzió révén; ez az energia neutrínóként és elektromágneses vagy napsugárzásként szabadul fel a csillagból. Nagyjából 8 perces utazás után 150 millió kilométer (93 000 000 mérföld) űrben a Nap által generált napsugárzás mintegy fele billió része eljut a Földre. A légkör ennek a bejövő energiának mintegy 29 százalékát tükrözi, és nagyjából 23 százalékot vesz fel. Körülbelül 48 százaléka eléri a Föld felszínét. A fotoszintetikus organizmusok, például a zöld növények, ezt az energiát használják szénhidrátok előállítására szénből és vízből. Ez a folyamat a napsugárzást más élőlények által felhasználható formává alakítja.
Napenergia a villamos energiához
A modern naptechnika passzív és aktív kategóriákra oszlik. A passzív napenergia közvetlenül használja ki a nap melegét vagy fényét, akárcsak egy épületben, amely természetes fényt szolgáltat. Az aktív naptechnika magában foglalja a fotovoltaikus és a napenergiás rendszereket. A fotovoltaikus berendezés egy félvezető felhasználásával villamos energiát termel a napfényből, amely anyag elektromos töltést termel, amikor a napfotók gerjesztik elektronjait. A napenergiával működő hőenergia-rendszerek koncentrálják és csatornázzák a napenergiát, akár fűtési célokra otthonban, akár ipari méretű gőzüzemű villamos generátorok üzemanyagaként. Tágabb értelemben a napsugárzás számos más energiaforrás legfőbb hajtóereje is. A napfény által táplált organizmusok maradványai például szenet és szénhidrogéneket alkotnak, és a bolygó differenciális napfűtése elősegíti a levegő és vízáramok megérintette a szél- és hullámenergiát.
Csökkent üvegházhatásúgáz-kibocsátás
A fosszilis tüzelőanyagok elégetése üvegházhatású gázokat, például szén-dioxidot és metánt juttat a légkörbe. Ezeket a gázokat azért hívják, mert elnyelik a bolygóról érkező hosszú hullámú sugárzást, és feltételezik, hogy növelik a globális hőmérsékletet - ez a folyamat némileg hasonló az üvegház működéséhez. A napenergia használata nem bocsát ki üvegházhatást okozó gázokat, bár a napenergia előállításából és telepítéséből eredő kibocsátások adódhatnak. A Nemzetközi Energiaügynökség által közzétett 2014-es értékelés szerint a fotovoltaikus és a hőenergia-rendszerek 2050-re potenciálisan a globális villamos energia legnagyobb forrását jelenthetik. Ez a forgatókönyv - az ügynökség számításai szerint - évre több mint 6 milliárd tonna éves szén-dioxid-kibocsátást akadályozhat meg.
Fenntarthatóbb és ellenállóbb
A fosszilis üzemanyagok készleteihez képest, amelyek az emberi időskálán végesek, a napsugárzás rendkívüli mértékű megújuló erőforrás. Amint azt az IEA megjegyzi egy 2011-es jelentésben: „A napenergia a Föld legnagyobb energiaforrása - és kimeríthetetlen”. A napenergia mennyisége A Föld egy év alatt kapott energiája meghaladja azt az energiát, amelyet olaj, földgáz, szén és nukleáris emberiség. A bolygó által egy óra alatt beérkező mennyiség nagyobb, mint a földgömb teljes éves energiafogyasztása. Mivel a napelemes létesítmények olyan széles körben oszthatók el, és mivel sok különálló eszközből állnak, jobban védettek a zavaró tényezőktől olyan események, mint a viharok, amelyek ki tudják verni az áramot a nagy populációk számára azáltal, hogy csak egy generátort vagy transzformátor állomást károsítanak meg egy központosított villamos energiában rács. És mivel sok napelemes technológia kevesebb vizet használ fel, mint a fosszilis tüzelőanyagok vagy az atomerőművek, szárazság esetén is ellenállóbbak lehetnek.
Sokoldalú, kevés karbantartást igénylő és rugalmas
A napenergia nagymértékben moduláris - sok egyedi összekapcsolható telepítésből áll - és lehet számos léptékben valósítják meg, az elosztott termeléstől a tetőtéri napelemeken át a közüzemi hőerőművekig. 2014-től Kaliforniában egy nagyméretű hőtermelő üzem, az Ivanpah Solar Electric Generating System a világ legnagyobb koncentráló erőműve. Legmagasabb kapacitása - nem tévesztendő össze a tényleges termelési adatokkal - 393 megawatt, vagy elegendő villamos energia az Egyesült Államok 94 400 átlagos háztartásának kiszolgálására. A napelemes technológia telepítése után alacsony karbantartást igényel. A nagymértékben lokalizált napelemes rendszerek jól működhetnek vidéki vagy fejlődő területeken, ahol a hálózati energia nem érhető el, nem megbízható vagy nagyon drága.
Költségelőnyök
Az aktív naptechnika, például az Ivanpah generátorok, általában jelentős kezdeti beruházást igényelnek, de az üzemeltetési költségek alacsonyak, az üzemanyag - a nap fénye és hője - ingyenes. A technológiai fejlesztések, a bővülő piacok, valamint az állami támogatások és ösztönzők révén a napenergia-technológiával kapcsolatos költségek csökkentek az elmúlt években. 2014-ben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma megjegyezte, hogy a fotovoltaikus panelek költségei az előző három évben 50 százalékkal csökkentek. Összehasonlítva a fosszilis üzemanyagokra jellemző ingadozó áringadozásokkal - amelyek politikai feszültségekből, viszályokból és egyéb regionális tényezők - a napenergia stabilabb energiaköltségeket kínál, ami a fogyasztók és a közüzemek számára egyaránt előnyös. Továbbá, távoli helyeken lévő házak vagy vállalkozások, amelyek meredek kiadásokkal szembesülnek, energiát nyernek egy központosított hálózat képes lehet pénzt megtakarítani azáltal, hogy kis léptékű napenergiával távozik a hálózatról installációk.
Állások a Napenergia-szektorban
A megújuló energiát általában munkaerő-igényesebbnek tekintik, mint a fosszilis tüzelőanyag-szektort, és ezáltal több munkahelyet képes előállítani egy megtermelt energiaegységre számítva. A Napenergia Alapítvány 2013. évi Országos Napelemes Munkahelyi Számlálása szerint 2013-ban több mint 142 000 ember dolgozott az Egyesült Államok napenergia-iparában - ez nagyjából 20 százalékos növekedés 2011-hez képest. A 2009. évi aggódó tudósok szövetségének elemzése azt sugallta, hogy ha az Egyesült Államok villamos energiájának legalább 25 százalékát megújuló forrásokból állítja elő 2025-re az erőfeszítés több mint háromszorosára növelheti az új munkahelyek számát, ami csak a fosszilis üzemanyagok Termelés.
Az emberi egészség és biztonság
Az üvegházhatású gázok kibocsátása mellett a fosszilis tüzelőanyagok égése szennyezheti a levegőt és a vizet, ami helyi és regionális szinten káros hatással lehet az emberi egészségre. Az aggódó tudósok szakszervezete az ilyen egészségügyi problémák gazdasági következményeit az Egyesült Államokban 361,7–886,5 milliárd dollárra becsüli. A napenergia ezzel szemben nem szennyező. A technológia csökkentheti az energiatermeléssel járó zajszennyezést is; a fotovoltaikus napelemes telepítések lényegében csendesek. Biztonságosnak tartják az emberek számára a működést, és valószínűleg nem okoznak veszélyes mennyiségű sugárzást. A napenergia felhasználható ivóvíz kezelésére vagy tisztítására is, ami a fejlődő világban jelentős közegészségügyi előny.
Energiafüggetlenség és nemzetbiztonság
A többi lehetséges energiaforrással összehasonlítva a napfény univerzálisan elérhető erőforrás, bár természetesen földrajzilag és szezonálisan változik mennyiségében és intenzitásában. Az ilyen potenciálisan produktív hazai energiaellátás kiaknázása csökkentheti az ország függőségét a külföldi energiaforrásoktól. Továbbá, ahogy az elosztott energiarendszert jobban védik a természeti katasztrófáktól, a terrorista támadásokkal szemben is kevésbé sérülékeny, mint egy központosított hálózati hálózat.