Saulės energijos naudojimas Žemėje. Saulės energijos panaudojimo Žemėje perspektyvos

2024 Autorius: Henry Conors | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-02-12 10:29

Šiandien energijos vartojimo problema yra gana opi – planetos ištekliai nėra begaliniai, o per savo egzistavimą žmonija gana smarkiai sugriovė tai, ką davė gamta. Šiuo metu aktyviai kasamos anglys ir nafta, kurių atsargos kasdien mažėja. Minties galia leido žmonijai žengti neįtikėtiną žingsnį į ateitį ir panaudoti atominę energiją, kartu atnešdama didžiulį pavojų visai aplinkai.

Aplinkosaugos problema ne mažiau opi – aktyvus išteklių gavyba ir tolesnis jų naudojimas neigiamai veikia planetos būklę, keičia ne tik dirvožemio prigimtį, bet net ir klimato sąlygas.

Todėl ypatingas dėmesys visada buvo skiriamas natūraliems energijos š altiniams, tokiems kaip vanduo ar vėjas. Galiausiai, po tiek metų aktyvių tyrimų ir plėtros, žmonija „užaugo“iki saulės energijos naudojimo Žemėje. Apie jį kalbėsime toliau.

Kas čia tokio patrauklaus

Prieš pereidami prie konkrečių pavyzdžių, išsiaiškinkime, kodėl mokslininkai visame pasaulyje taip domisi tokio tipo energijos gamyba. Pagrindinis jos turtas gali būti vadinamas neišsemiamu. Nepaisant daugybės hipotezių, tikimybė, kad tokia žvaigždė kaip Saulė artimiausiu metu užges, yra labai maža. Tai reiškia, kad žmonija turi galimybę gauti švarią energiją visiškai natūraliu būdu.

Antras neabejotinas saulės energijos naudojimo Žemėje pranašumas yra šios parinkties ekologiškumas. Tokiomis sąlygomis poveikis aplinkai bus lygus nuliui, o tai savo ruožtu suteikia visam pasauliui daug šviesesnę ateitį nei ta, kuri atsiveria nuolat išgaunant ribotus požeminius išteklius.

Galiausiai reikėtų atkreipti ypatingą dėmesį į tai, kad saulės energijos naudojimas kelia mažiausiai pavojų žmonėms.

Tikrai

Dabar pereikime prie esmės. Kiek poetiškas pavadinimas „saulės energija“iš tikrųjų slepia radiacijos pavertimą elektra naudojant specialiai sukurtas technologijas. Šį procesą užtikrina fotovoltiniai elementai, kuriuos žmonija itin aktyviai ir gana sėkmingai naudoja savo reikmėms.

Saulės spinduliuotė

Istoriškai susiklostė taip, kad daiktavardis „radiacija“sukelia daugiau neigiamų asociacijų nei teigiamų, susijusių su žmogaus sukeltomis nelaimėmis, kurias pasaulis sugebėjo išgyventi per savo gyvenimą. Nepaisant to, Saulės energijos naudojimo Žemėje technologija leidžia dirbti su ja.

Iš esmės,šios rūšies spinduliuotė yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurios diapazonas yra nuo 2,8 iki 3,0 mikronų.

Žmonijos taip sėkmingai naudojamas saulės spektras iš tikrųjų susideda iš trijų tipų bangų: ultravioletinių (apie 2 %), apie 49 % yra šviesos bangos ir, galiausiai, tiek pat yra infraraudonųjų spindulių. Saulės energija turi nedaug kitų komponentų, tačiau jų vaidmuo yra toks nereikšmingas, kad jie neturi ypatingo poveikio Žemės gyvybei.

Žemę pasiekiančios saulės energijos kiekis

Dabar, kai buvo nustatyta žmonijos labui naudojamo spektro sudėtis, reikėtų atkreipti dėmesį į dar vieną svarbią šio š altinio savybę. Saulės energijos naudojimas Žemėje atrodo labai perspektyvus dar ir dėl to, kad jos galima gauti gana dideliais kiekiais už beveik minimalias perdirbimo išlaidas. Bendras žvaigždės skleidžiamos energijos kiekis yra itin didelis, tačiau Žemės paviršių pasiekia apie 47%, o tai prilygsta septyniems šimtams kvadrilijonų kilovatvalandžių. Palyginimui pažymime, kad tik viena kilovatvalandė gali užtikrinti šimto vatų galios lemputės veikimą dešimt metų.

Saulės spinduliuotės galia ir energijos naudojimas Žemėje, žinoma, priklauso nuo daugelio veiksnių: klimato sąlygų, spindulių kritimo kampo į paviršių, sezono ir geografinės padėties.

Kada ir kiek

Lengva atspėti, kad kasdienis saulės energijos kiekis patenka į paviršiųŽemė nuolat keičiasi, nes tai tiesiogiai priklauso nuo planetos padėties Saulės atžvilgiu ir paties šviestuvo judėjimo. Jau seniai žinoma, kad vidurdienį spinduliuotė būna maksimali, o ryte ir vakare paviršių pasiekia daug mažiau spindulių.

Galime drąsiai teigti, kad saulės energijos naudojimas bus produktyviausias regionuose, kurie yra kuo arčiau pusiaujo juostos, nes būtent ten skirtumas tarp aukščiausio ir žemiausio rodiklių yra minimalus, o tai rodo maksimalus radiacijos kiekis, pasiekiantis planetos paviršių. Pavyzdžiui, Afrikos dykumose metinis radiacijos kiekis vidutiniškai siekia 2200 kilovatvalandžių, o Kanadoje ar, pavyzdžiui, Vidurio Europoje, skaičiai neviršija 1000 kilovatvalandžių.

Saulės energija istorijoje

Jei mąstyti kuo plačiau, bandymai „prisijaukinti“didįjį mūsų planetą šildantį šviesulį prasidėjo senovėje pagonybės laikais, kai kiekvieną elementą įkūnijo atskira dievybė. Tačiau, žinoma, tada apie saulės energijos panaudojimą nebuvo galima kalbėti – pasaulyje viešpatavo magija.

Tema apie Saulės energijos panaudojimą Žemėje buvo pradėta aktyviai kelti tik XIV amžiaus pabaigoje – XX amžiaus pradžioje. Tikrą proveržį moksle 1839 metais padarė Aleksandras Edmondas Becquerelis, sugebėjęs tapti fotovoltinio efekto atradėju. Šios temos studijos labai išaugo ir po 44 metų Charlesas Frittsas sugebėjo sukurti pirmąjįmodulis paauksuoto seleno pagrindu. Toks Saulės energijos panaudojimas Žemėje davė nedidelį išsiskyrusios elektros energijos kiekį – bendras produkcijos kiekis tuomet siekė ne daugiau kaip 1%. Nepaisant to, visai žmonijai tai buvo tikras proveržis, atvėręs naujus mokslo horizontus, apie kuriuos anksčiau net nebuvo svajojama.

Pats Albertas Einšteinas svariai prisidėjo prie saulės energijos plėtros. Šiuolaikiniame pasaulyje mokslininko vardas dažniau siejamas su garsiąja jo reliatyvumo teorija, tačiau iš tikrųjų Nobelio premija jam buvo skirta būtent už išorinio fotoelektrinio efekto tyrimą.

Iki šiol Saulės energijos panaudojimo Žemėje technologijos sparčiai auga arba ne mažiau sparčiai smunka, tačiau ši žinių šaka nuolatos atnaujinama naujais faktais ir galime tikėtis, kad artimiausioje ateityje, prieš mus atsivers durys į visiškai naują pasaulį. taika.

Gamta prieš mus

Mes jau kalbėjome apie Saulės energijos naudojimo Žemėje pranašumus. Dabar atkreipkime dėmesį į šio metodo trūkumus, kurie, deja, nėra mažesni.

Dėl tiesioginės priklausomybės nuo geografinės padėties, klimato sąlygų ir Saulės judėjimo saulės energijos gamyba pakankamais kiekiais reikalauja didžiulių teritorinių išlaidų. Esmė ta, kad kuo didesnis saulės spinduliuotės suvartojimo ir apdorojimo plotas, tuo didesnį aplinkai nekenksmingos energijos kiekį gausime išeinant. Tokių išdėstymasdidžiulėms sistemoms reikia daug laisvos vietos, todėl kyla tam tikrų sunkumų.

Kita problema, susijusi su saulės energijos naudojimu Žemėje, yra tiesiogiai susijusi su paros laiku, nes naktį generacija bus lygi nuliui, o ryte ir vakare ji bus labai nereikšminga.

Papildomas rizikos veiksnys yra pats oras – staigūs sąlygų pasikeitimai gali turėti itin neigiamos įtakos tokios sistemos veikimui, nes dėl jų kyla sunkumų derinant reikiamą galią. Tam tikra prasme situacijos, kai smarkiai pasikeičia vartojimo ir gamybos apimtys, gali būti pavojingos.

Švaru, bet brangu

Šiuo metu Saulės energiją Žemėje naudoti sunku dėl didelių jos sąnaudų. Pagrindiniams procesams įgyvendinti reikalingi fotoelementai kainuoja gana brangiai. Žinoma, dėl teigiamų šio išteklių naudojimo aspektų tai apsimoka, tačiau ekonominiu požiūriu šiuo metu nereikia kalbėti apie visišką grynųjų pinigų išlaidų grąžinimą.

Tačiau, kaip rodo tendencija, saulės elementų kaina palaipsniui krenta, todėl laikui bėgant ši problema gali būti visiškai išspręsta.

Proceso nepatogumai

Naudoti Saulę kaip energijos š altinį taip pat sunku, nes šis išteklių apdorojimo būdas yra gana sunkus ir nepatogus. Spinduliuotės sunaudojimas ir apdorojimas tiesiogiai priklauso nuo plokščių švarumo, o tai yra gana sudėtinga užtikrinti. Be to, itinElementų įkaitimas taip pat neigiamai veikia procesą, kurio galima išvengti tik naudojant galingiausias aušinimo sistemas, kurioms reikia papildomų materialinių išlaidų ir nemažų.

Be to, saulės kolektoriuose naudojamos plokštės po 30 aktyvaus darbo metų pamažu tampa nebetinkamos naudoti, o saulės elementų kaina buvo paminėta anksčiau.

Aplinkosaugos problema

Anksčiau buvo kalbama, kad tokio pobūdžio išteklių naudojimas gali išgelbėti žmoniją nuo gana rimtų aplinkos problemų ateityje. Išteklių š altinis ir galutinis produktas yra tikrai kuo draugiškesni aplinkai.

Vis dėlto saulės energijos panaudojimas, saulės kolektorių veikimo principas – naudoti specialias plokštes su fotoelementais, kurių gamybai reikia daug toksinių medžiagų: švino, arseno ar kalio. Jų naudojimas nekelia jokios žalos aplinkai, tačiau, atsižvelgiant į ribotą jų naudojimo trukmę, laikui bėgant plokštelių išmetimas gali tapti rimta problema.

Siekdami apriboti neigiamą poveikį aplinkai, gamintojai palaipsniui pereina prie plonasluoksnių plokštelių, kurių kaina yra mažesnė ir žalingas aplinkai.

Spinduliacijos pavertimo energija metodai

Filmai ir knygos apie žmonijos ateitį beveik visada pateikia maždaug tokį patį šio proceso vaizdą, kuris, tiesą sakant,gali labai skirtis nuo tikrovės. Yra keli konvertavimo būdai.

Dažniausiai naudojamas anksčiau aprašytas fotoelementų naudojimas.

Kaip alternatyva, žmonija aktyviai naudoja saulės šiluminę energiją, pagrįstą specialių paviršių šildymu, o tai leidžia šildyti vandenį tinkama gaunamos temperatūros kryptimi. Jei šį procesą kiek įmanoma supaprastinsite, jį galima palyginti su rezervuarais, kurie naudojami vasaros dušams privačiuose namuose.

Kitas būdas panaudoti spinduliuotę energijai generuoti yra „saulės burė“, kuri gali veikti tik vakuume. Tokia sistema spinduliuotę paverčia kinetine energija.

Generacijos trūkumo naktį problemą iš dalies sprendžia saulės balionų elektrinės, kurių darbas tęsiasi dėl išsiskiriančios energijos kaupimosi ir aušinimo proceso trukmės.

Mes ir saulės energija

Saulės ir vėjo energijos ištekliai Žemėje naudojami gana aktyviai, nors dažnai to nepastebime. Anksčiau jau buvo minėta apie liaudišką vandens šildymą lauko duše. Tiesą sakant, šiems tikslams dažniausiai naudojama saulės energija. Tačiau yra daug kitų pavyzdžių: beveik kiekvienoje apšvietimo parduotuvėje galite rasti akumuliacinių lempučių, kurios dėl per dieną sukauptos energijos gali veikti be elektros net naktį.

Įrenginiai, pagrįsti fotoelementais, aktyviai naudojami visų rūšių siurblinėse ir vėdinimo sistemose.

Vakar, šiandien, rytoj

Vienas svarbiausių žmonijos išteklių yra saulės energija, o jos panaudojimo perspektyvos itin didelės. Ši pramonė yra aktyviai finansuojama, plečiama ir tobulinama. Dabar saulės energija labiausiai išvystyta JAV, kur kai kurie regionai ją naudoja kaip visavertį alternatyvų energijos š altinį. Taip pat tokio tipo elektrinės veikia Mohave dykumoje. Kitos šalys jau seniai siekia tokio tipo elektros energijos gamybos, kuri netrukus gali išspręsti aplinkos taršos problemą.