Upotreba sunčeve energije na Zemlji. Izgledi za korištenje sunčeve energije na Zemlji

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-02-12 08:12

Danas je problem potrošnje energije prilično akutan - resursi planeta nisu beskonačni, a tijekom svog postojanja čovječanstvo je poprilično opustošilo ono što mu je dala priroda. Trenutno se aktivno kopa ugljen i nafta, čije su rezerve svakim danom sve manje. Snaga misli omogućila je čovječanstvu da napravi nevjerojatan korak u budućnost i iskoristi atomsku energiju, donoseći uz ovu blagodat ogromnu opasnost za cijeli okoliš.

Pitanje okoliša nije ništa manje akutno - aktivno vađenje resursa i njihovo daljnje korištenje negativno utječe na stanje planeta, mijenjajući ne samo prirodu tla, već čak i klimatske uvjete.

Zato se posebna pažnja uvijek poklanjala prirodnim izvorima energije, poput vode ili vjetra. Konačno, nakon toliko godina aktivnog istraživanja i razvoja, čovječanstvo je "odraslo" na korištenje sunčeve energije na Zemlji. O njemu ćemo dalje raspravljati.

Što je tako privlačno u ovome

Prije nego prijeđemo na konkretne primjere, otkrijmo zašto su istraživači diljem svijeta toliko zainteresirani za ovu vrstu proizvodnje energije. Njegovo glavno bogatstvo može se nazvati neiscrpnošću. Unatoč brojnim hipotezama, vjerojatnost da će se zvijezda poput Sunca ugasiti u bliskoj budućnosti iznimno je mala. To znači da čovječanstvo ima priliku primiti čistu energiju na potpuno prirodan način.

Druga nedvojbena prednost korištenja sunčeve energije na Zemlji je ekološka prihvatljivost ove opcije. Utjecaj na okoliš u takvim će uvjetima biti nula, što zauzvrat cijelom svijetu pruža puno svjetliju budućnost od one koja se otvara stalnim vađenjem ograničenih podzemnih resursa.

Na kraju, posebnu pažnju treba obratiti na činjenicu da korištenje sunčeve energije predstavlja najmanju opasnost za ljude.

Stvarno

Sad prijeđimo na stvar. Pomalo poetičan naziv “solarna energija” zapravo skriva pretvorbu zračenja u električnu energiju posebno razvijenim tehnologijama. Taj proces osiguravaju fotonaponske ćelije koje čovječanstvo iznimno aktivno koristi za svoje potrebe, i to prilično uspješno.

Sunčevo zračenje

Povijesno se dogodilo da imenica "zračenje" izaziva više negativnih nego pozitivnih asocijacija u vezi s onim katastrofama koje je stvorio čovjek koje je svijet uspio preživjeti tijekom svog života. Ipak, tehnologija korištenja energije Sunca na Zemlji omogućuje rad s njom.

Uglavnom,ova vrsta zračenja je elektromagnetno zračenje, čiji je raspon između 2,8 i 3,0 mikrona.

Sunčev spektar koji tako uspješno koristi čovječanstvo zapravo se sastoji od tri vrste valova: ultraljubičastih (oko 2%), oko 49% su svjetlosni valovi i, konačno, ista količina je u infracrvenom zračenju. Sunčeva energija ima mali broj drugih komponenti, ali je njihova uloga toliko beznačajna da nemaju poseban utjecaj na život Zemlje.

Količina sunčeve energije koja pogađa Zemlju

Sada kada je određen sastav spektra koji se koristi za dobrobit čovječanstva, treba napomenuti još jednu važnu značajku ovog resursa. Korištenje sunčeve energije na Zemlji čini se vrlo obećavajućom i zato što je dostupna u prilično velikim količinama uz gotovo minimalne troškove obrade. Ukupna količina energije koju emitira zvijezda iznimno je velika, ali oko 47% dospijeva na površinu Zemlje, što je jednako sedamsto kvadrilijuna kilovat-sati. Za usporedbu, napominjemo da samo jedan kilovat-sat može osigurati desetogodišnji rad žarulje snage sto vati.

Snaga sunčevog zračenja i korištenje energije na Zemlji, naravno, ovisi o nizu čimbenika: klimatskim uvjetima, kutu upada zraka na površinu, godišnjem dobu i geografskom položaju.

Kada i koliko

Lako je pogoditi da dnevna količina sunčeve energije pada na površinuZemlja se neprestano mijenja, jer izravno ovisi o položaju planeta u odnosu na Sunce i kretanju samog svjetiljka. Odavno je poznato da je u podne maksimalno zračenje, dok je ujutro i navečer broj zraka koje dopiru do površine znatno manji.

Sa sigurnošću možemo reći da će korištenje sunčeve energije biti najproduktivnije u regijama što bliže ekvatorijalnom pojasu, jer je upravo tamo razlika između najviših i najnižih pokazatelja minimalna, što ukazuje na maksimalna količina zračenja koja dopire do površine planeta. Na primjer, u pustinjskim afričkim područjima godišnja količina zračenja doseže prosječno 2200 kilovat-sati, dok u Kanadi ili, primjerice, srednjoj Europi brojke ne prelaze 1000 kilovat-sati.

Sunčeva energija u povijesti

Ako razmišljate što je šire moguće, pokušaji "ukroćenja" velikog svjetiljka koje grije naš planet počeli su u davna vremena tijekom poganstva, kada je svaki element utjelovilo zasebno božanstvo. No, naravno, tada korištenje sunčeve energije nije dolazilo u obzir - u svijetu je zavladala magija.

Tema korištenja energije Sunca na Zemlji počela se aktivno pokretati tek krajem 14. - početkom 20. stoljeća. Pravi iskorak u znanosti napravio je 1839. Alexander Edmond Becquerel, koji je uspio postati otkrivač fotonaponskog efekta. Studija ove teme značajno se povećala, a nakon 44 godine Charles Fritts uspio je dizajnirati prvi ikadmodul na bazi pozlaćenog selena. Ovakvo korištenje energije Sunca na Zemlji dalo je malu količinu oslobođene električne energije – ukupna količina proizvodnje tada nije iznosila više od 1%. Ipak, za cijelo čovječanstvo ovo je bio pravi iskorak, koji je otvorio nove horizonte znanosti, o čemu se prije nije ni sanjalo.

Sam Albert Einstein dao je značajan doprinos razvoju solarne energije. U suvremenom svijetu, ime znanstvenika češće se povezuje s njegovom slavnom teorijom relativnosti, no zapravo je Nobelovu nagradu dobio upravo za proučavanje vanjskog fotoelektričnog efekta.

Do danas tehnologija korištenja sunčeve energije na Zemlji doživljava ili brze uspone ili ništa manje brze padove, međutim, ova grana znanja stalno se nadopunjuje novim činjenicama, a možemo se nadati da će u dogledno vrijeme, pred nama će se otvoriti vrata potpuno novog svijeta. mir.

Priroda je protiv nas

Već smo govorili o prednostima korištenja energije Sunca na Zemlji. Sada obratimo pažnju na nedostatke ove metode, koji nažalost nisu ništa manji.

Zbog izravne ovisnosti o geografskom položaju, klimatskim uvjetima i kretanju Sunca, proizvodnja sunčeve energije u dovoljnim količinama zahtijeva ogromne teritorijalne troškove. Zaključak je da što je veća površina potrošnje i obrade sunčevog zračenja, to ćemo na izlazu dobiti veću količinu ekološki prihvatljive energije. Postavljanje takvihogromni sustavi zahtijevaju puno slobodnog prostora, što uzrokuje određene poteškoće.

Još jedan problem u vezi s korištenjem sunčeve energije na Zemlji je u izravnoj vezi s dobom dana, budući da će proizvodnja noću biti nula, a ujutro i navečer krajnje neznatna.

Dodatni faktor rizika je samo vrijeme - nagle promjene uvjeta mogu imati izrazito negativan utjecaj na rad ovakvog sustava, jer uzrokuju poteškoće u otklanjanju pogrešaka potrebne snage. U određenom smislu, situacije s oštrom promjenom količine potrošnje i proizvodnje mogu biti opasne.

Čisto, ali skupo

Upotreba sunčeve energije na Zemlji je trenutno otežana zbog njene visoke cijene. Fotoćelije potrebne za provedbu glavnih procesa imaju prilično visoku cijenu. Naravno, pozitivni aspekti korištenja ove vrste resursa čine da se isplati, ali s ekonomske točke gledišta, u ovom trenutku nema potrebe govoriti o potpunom povratu gotovinskih troškova.

Međutim, kako trend pokazuje, cijena solarnih ćelija postupno pada, pa se s vremenom ovaj problem može u potpunosti riješiti.

Neprikladnost procesa

Korištenje Sunca kao izvora energije također je teško jer je ovaj način obrade resursa prilično naporan i nezgodan. Potrošnja i obrada zračenja izravno ovise o čistoći ploča, što je prilično problematično osigurati. Osim toga, iznimnoZagrijavanje elemenata također negativno utječe na proces, što se može spriječiti samo korištenjem najjačih rashladnih sustava, što zahtijeva dodatne materijalne troškove, i to znatne.

Osim toga, ploče koje se koriste u solarnim kolektorima, nakon 30 godina aktivnog rada, postupno postaju neupotrebljive, a ranije je spomenuta cijena solarnih ćelija.

Problem zaštite okoliša

Ranije se govorilo da korištenje ove vrste resursa može spasiti čovječanstvo od prilično ozbiljnih problema s okolišem u budućnosti. Izvor resursa i konačni proizvod su uistinu ekološki prihvatljivi koliko god je to moguće.

Ipak, korištenje sunčeve energije, princip rada solarnih kolektora je korištenje posebnih ploča s fotoćelijama, za čiju izradu je potrebno puno otrovnih tvari: olovo, arsen ili kalij. Njihova uporaba ne donosi nikakvu štetu okolišu, međutim, s obzirom na njihov ograničeni vijek trajanja, s vremenom odlaganje ploča može postati ozbiljan problem.

Kako bi ograničili negativan utjecaj na okoliš, proizvođači postupno prelaze na tankoslojne vafle, koje imaju nižu cijenu i manje štetan učinak na okoliš.

Metode za pretvaranje zračenja u energiju

Filmovi i knjige o budućnosti čovječanstva gotovo uvijek nam daju približno istu sliku tog procesa, koji, zapravo,može značajno razlikovati od stvarnosti. Postoji nekoliko načina za pretvaranje.

Najčešća je prethodno opisana upotreba fotoćelija.

Kao alternativu, čovječanstvo aktivno koristi solarnu toplinsku energiju, temeljenu na zagrijavanju posebnih površina, što omogućuje zagrijavanje vode u odgovarajućem smjeru dobivene temperature. Ako ovaj proces što više pojednostavite, može se usporediti sa spremnicima koji se koriste za ljetne tuševe u privatnim kućama.

Drugi način korištenja zračenja za stvaranje energije je "solarno jedro", koje može raditi samo u vakuumu. Ovakav sustav pretvara zračenje u kinetičku energiju.

Problem nedostatka proizvodnje noću djelomično rješavaju solarne balon elektrane čiji se rad nastavlja zbog nakupljanja oslobođene energije i trajanja procesa hlađenja.

Mi i solarna energija

Resursi energije sunca i vjetra na Zemlji se koriste prilično aktivno, iako to često ne primjećujemo. Ranije je već spomenuto narodsko zagrijavanje vode pod vanjskim tušem. Zapravo, najčešće se u te svrhe koristi sunčeva energija. Međutim, postoji mnogo drugih primjera: u gotovo svakoj trgovini rasvjetom možete pronaći žarulje za skladištenje koje mogu raditi bez struje čak i noću zahvaljujući energiji akumuliranoj tijekom dana.

Instalacije temeljene na fotoćelijama aktivno se koriste u svim vrstama crpnih stanica i ventilacijskih sustava.

Jučer, danas, sutra

Jedan od najvažnijih resursa za čovječanstvo je solarna energija, a izgledi za njezino korištenje su izuzetno veliki. Ova se industrija aktivno financira, širi i unapređuje. Sada je solarna energija najrazvijenija u Sjedinjenim Državama, gdje je neke regije koriste kao punopravni alternativni izvor energije. Također, elektrane ovog tipa rade u pustinji Mojave. Ostale zemlje su dugo krenule u ovu vrstu proizvodnje električne energije, što bi uskoro moglo riješiti problem zagađenja okoliša.