Използването на слънчевата енергия на Земята. Перспективи за използване на слънчевата енергия на Земята

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-12 04:05

Днес проблемът с консумацията на енергия е доста остър - ресурсите на планетата не са безкрайни и по време на своето съществуване човечеството е опустошило доста онова, което му е дадено от природата. В момента активно се добиват въглища и петрол, чиито запаси стават все по-малки всеки ден. Силата на мисълта позволи на човечеството да направи невероятна крачка в бъдещето и да използва атомната енергия, носейки заедно с това благодат огромна опасност за цялата околна среда.

Проблемът с околната среда е не по-малко остър - активният добив на ресурси и тяхното по-нататъшно използване се отразява неблагоприятно на състоянието на планетата, променяйки не само природата на почвите, но дори и климатичните условия.

Ето защо специално внимание винаги е било отделяно на естествените източници на енергия, като вода или вятър. И накрая, след толкова много години на активни изследвания и разработки, човечеството е „израснало“до използването на слънчева енергия на Земята. За него ще обсъдим допълнително.

Какво е толкова привлекателно в това

Преди да преминем към конкретни примери, нека разберем защо изследователите от цял свят са толкова заинтересовани от този вид производство на енергия. Основният му актив може да се нарече неизчерпаемост. Въпреки многобройните хипотези, вероятността звезда като Слънцето да изгасне в близко бъдеще е изключително малка. Това означава, че човечеството има възможност да получава чиста енергия по напълно естествен начин.

Второто несъмнено предимство на използването на слънчева енергия на Земята е екологичността на тази опция. Въздействието върху околната среда при такива условия ще бъде нулево, което от своя страна осигурява на целия свят много по-светло бъдеще от това, което се отваря с постоянния добив на ограничени подземни ресурси.

Накрая, трябва да се обърне специално внимание на факта, че използването на слънчева енергия представлява най-малка опасност за хората.

Наистина

Сега да преминем към същността. Донякъде поетичното име "слънчева енергия" всъщност крие превръщането на радиацията в електричество с помощта на специално разработени технологии. Този процес се осигурява от фотоволтаични клетки, които човечеството използва изключително активно за собствените си цели и доста успешно.

Слънчева радиация

Исторически се случи така, че съществителното "радиация" предизвиква повече негативни асоциации, отколкото положителни във връзка с онези причинени от човека бедствия, които светът е успял да оцелее през живота си. Въпреки това технологията за използване на енергията на Слънцето на Земята осигурява работа с нея.

По принцип,този вид лъчение е електромагнитно лъчение, чийто обхват е между 2,8 и 3,0 микрона.

Слънчевият спектър, който толкова успешно се използва от човечеството, всъщност се състои от три вида вълни: ултравиолетови (около 2%), около 49% са светлинни вълни и накрая, същото количество е в инфрачервеното лъчение. Слънчевата енергия има малък брой други компоненти, но тяхната роля е толкова незначителна, че не оказват особено влияние върху живота на Земята.

Количеството слънчева енергия, удряща Земята

След като съставът на спектъра, използван в полза на човечеството е определен, трябва да се отбележи още една важна характеристика на този ресурс. Използването на слънчева енергия на Земята изглежда много обещаващо и защото се предлага в доста големи количества при почти минимални разходи за обработка. Общото количество енергия, излъчвана от звезда, е изключително високо, но около 47% достига до земната повърхност, което се равнява на седемстотин квадрилиона киловатчаса. За сравнение, отбелязваме, че само един киловатчас може да осигури десетгодишна работа на електрическа крушка с мощност от сто вата.

Мощността на слънчевата радиация и използването на енергията на Земята, разбира се, зависи от редица фактори: климатични условия, ъгъл на падане на лъчите върху повърхността, сезон и географско местоположение.

Кога и колко

Лесно е да се отгатне, че дневното количество слънчева енергия, падащо на повърхносттаЗемята непрекъснато се променя, тъй като пряко зависи от позицията на планетата спрямо Слънцето и движението на самото светило. Отдавна е известно, че на обяд радиацията е максимална, докато сутрин и вечер броят на лъчите, достигащи повърхността, е много по-малък.

Можем да кажем с увереност, че използването на слънчева енергия ще бъде най-продуктивно в региони, възможно най-близки до екваториалната ивица, тъй като именно там разликата между най-високите и най-ниските показатели е минимална, което показва максимално количество радиация, достигаща до повърхността на планетата. Например в пустинните африкански райони годишното количество радиация достига средно 2200 киловатчаса, докато в Канада или например Централна Европа цифрите не надвишават 1000 киловатчаса.

Слънчевата енергия в историята

Ако мислите възможно най-широко, опитите да се „укроти“голямото светило, което затопля нашата планета, започват в древни времена по време на езичеството, когато всеки елемент е въплъщаван от отделно божество. Въпреки това, разбира се, тогава използването на слънчева енергия не можеше да става - магията царува в света.

Темата за използването на енергията на Слънцето на Земята започва активно да се повдига едва в края на 14 - началото на 20 век. Истински пробив в науката е направен през 1839 г. от Александър Едмонд Бекерел, който успява да стане откривателят на фотоволтаичния ефект. Изучаването на тази тема се е увеличило значително и след 44 години Чарлз Фритс успява да проектира първия по рода симодул на базата на позлатен селен. Това използване на енергията на Слънцето на Земята даде малко количество освободено електричество - общото количество продукция тогава възлизаше на не повече от 1%. Въпреки това за цялото човечество това беше истински пробив, разкриващ нови хоризонти на науката, за които дори не беше мечтал преди.

Самият Алберт Айнщайн има значителен принос за развитието на слънчевата енергия. В съвременния свят името на учения по-често се свързва с известната му теория на относителността, но всъщност той е удостоен с Нобелова награда именно за изследване на външния фотоелектричен ефект.

До ден днешен технологията за използване на слънчевата енергия на Земята преживява или бързи възходи, или не по-малко бързи спадове, но този клон на знанието непрекъснато се актуализира с нови факти и можем да се надяваме, че в обозримо бъдеще, вратата към един напълно нов свят ще се отвори пред нас. мир.

Природата е срещу нас

Вече говорихме за предимствата на използването на енергията на Слънцето на Земята. Сега нека обърнем внимание на недостатъците на този метод, които, за съжаление, не са по-малко.

Поради пряката зависимост от географското местоположение, климатичните условия и движението на Слънцето, производството на слънчева енергия в достатъчни количества изисква огромни териториални разходи. Изводът е, че колкото по-голяма е площта на потребление и обработка на слънчева радиация, толкова по-голямо е количеството екологично чиста енергия, която ще получим на изхода. Поставянето на такиваогромните системи изискват много свободно пространство, което причинява определени трудности.

Друг проблем относно използването на слънчевата енергия на Земята е в пряка връзка с времето на деня, тъй като през нощта генерирането ще е нулево, а сутрин и вечер - изключително незначително.

Допълнителен рисков фактор е самото време - резките промени в условията могат да окажат изключително негативно влияние върху работата на този вид система, тъй като причиняват трудности при отстраняване на грешки на необходимата мощност. В известен смисъл ситуации с рязка промяна в количеството потребление и производство могат да бъдат опасни.

Чисто, но скъпо

Използването на слънчевата енергия на Земята е трудно в момента поради високата й цена. Необходимите за изпълнението на основните процеси фотоклетки имат доста висока цена. Разбира се, положителните аспекти на използването на този вид ресурс го карат да се изплати, но от икономическа гледна точка в момента няма нужда да говорим за пълното изплащане на паричните разходи.

Въпреки това, както показва тенденцията, цената на слънчевите клетки постепенно пада, така че с времето този проблем може да бъде напълно решен.

Неудобство на процеса

Използването на Слънцето като източник на енергия също е трудно, защото този метод за обработка на ресурси е доста трудоемък и неудобен. Консумацията и обработката на радиация пряко зависят от чистотата на плочите, което е доста проблематично да се осигури. Освен това изключителноНагряването на елементите също влияе негативно върху процеса, което може да бъде предотвратено само чрез използване на най-мощните охладителни системи, което изисква допълнителни материални разходи, и то значителни.

В допълнение, плочите, използвани в слънчевите колектори, след 30 години активна работа, постепенно стават неизползваеми, а цената на слънчевите клетки беше спомената по-рано.

Проблем с околната среда

По-рано се казваше, че използването на този вид ресурс може да спаси човечеството от доста сериозни проблеми с околната среда в бъдеще. Източникът на ресурси и крайният продукт са наистина възможно най-екологични.

Въпреки това, използването на слънчева енергия, принципът на действие на слънчевите колектори е да се използват специални плочи с фотоклетки, за производството на които са необходими много токсични вещества: олово, арсен или калий. Тяхната употреба не носи никаква вреда за околната среда, но предвид ограничения им живот, с течение на времето изхвърлянето на плочите може да се превърне в сериозен проблем.

За да ограничат негативното въздействие върху околната среда, производителите постепенно преминават към тънкослойни вафли, които имат по-ниска цена и по-малко вредно въздействие върху околната среда.

Методи за преобразуване на радиацията в енергия

Филми и книги за бъдещето на човечеството почти винаги ни дават приблизително една и съща картина на този процес, който всъщност,може да се различава значително от реалността. Има няколко начина за конвертиране.

Най-често срещаното е описаното по-горе използване на фотоклетки.

Като алтернатива, човечеството активно използва слънчева топлинна енергия, базирана на нагряване на специални повърхности, което позволява загряване на водата в правилната посока на получената температура. Ако опростите този процес възможно най-много, той може да се сравни с резервоарите, които се използват за летни душове в частни домове.

Друг начин за използване на радиация за генериране на енергия е "слънчевото платно", което може да работи само във вакуум. Този вид система преобразува радиацията в кинетична енергия.

Проблемът с липсата на генериране през нощта се решава частично от слънчеви балонни електроцентрали, чиято работа продължава поради натрупването на освободена енергия и продължителността на процеса на охлаждане.

Ние и слънчева енергия

Ресурсите от слънчева и вятърна енергия на Земята се използват доста активно, въпреки че често не забелязваме това. По-рано вече беше споменато народното нагряване на вода във външен душ. Всъщност най-често слънчевата енергия се използва за тези цели. Има обаче много други примери: в почти всеки магазин за осветление можете да намерите акумулаторни крушки, които могат да работят без електричество дори през нощта благодарение на енергията, натрупана през деня.

Инсталациите, базирани на фотоклетки, се използват активно във всички видове помпени станции и вентилационни системи.

Вчера, днес, утре

Един от най-важните ресурси за човечеството е слънчевата енергия, а перспективите за нейното използване са изключително големи. Тази индустрия се финансира активно, разширява и подобрява. Сега слънчевата енергия е най-развита в Съединените щати, където някои региони я използват като пълноправен алтернативен източник на енергия. Също така електроцентрали от този тип работят в пустинята Мохаве. Други страни отдавна се насочват към този вид производство на електроенергия, което скоро може да реши проблема със замърсяването на околната среда.