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

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-02-12 04:41

Danas je problem potrošnje energije prilično akutan - resursi planete nisu beskonačni, a tokom svog postojanja čovječanstvo je poprilično opustošilo ono što mu je priroda dala. Trenutno se aktivno vadi ugalj i nafta, čije su rezerve svakim danom sve manje. Snaga misli omogućila je čovječanstvu da napravi nevjerovatan korak u budućnost i iskoristi atomsku energiju, donoseći zajedno sa ovom blagodaću ogromnu opasnost za cjelokupnu okolinu.

Pitanje životne sredine nije ništa manje akutno - aktivno vađenje resursa i njihovo dalje korišćenje negativno utiče na stanje planete, menjajući ne samo prirodu tla, već čak i klimatske uslove.

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 razgovarati.

Šta je tako privlačno u ovome

Pre nego što pređemo na konkretne primere, hajde da otkrijemo zašto su istraživači širom sveta toliko zainteresovani za ovu vrstu proizvodnje energije. Njegovo glavno bogatstvo može se nazvati neiscrpnošću. Uprkos brojnim hipotezama, vjerovatnoća da će se zvijezda poput Sunca ugasiti u bliskoj budućnosti je izuzetno mala. To znači da čovječanstvo ima priliku da primi čistu energiju na potpuno prirodan način.

Druga nesumnjiva prednost korištenja solarne energije na Zemlji je ekološka prihvatljivost ove opcije. Uticaj na životnu sredinu pod takvim uslovima biće nula, što zauzvrat čitavom svetu pruža mnogo svetliju budućnost od one koja se otvara uz konstantno vađenje ograničenih podzemnih resursa.

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

Stvarno

Sada pređimo na stvar. Pomalo poetičan naziv "solarna energija" zapravo krije pretvaranje zračenja u električnu energiju pomoću posebno razvijenih tehnologija. Ovaj proces obezbjeđuju fotonaponske ćelije, koje čovječanstvo izuzetno aktivno koristi u svoje svrhe, i to prilično uspješno.

Sunčevo zračenje

Istorijski se dogodilo da imenica "zračenje" izaziva više negativnih nego pozitivnih asocijacija u vezi s onim katastrofama koje je izazvao čovjek, a koje je svijet uspio preživjeti u svom životu. Ipak, tehnologija korišćenja energije Sunca na Zemlji omogućava rad sa njom.

U osnovi,ova vrsta zračenja je elektromagnetno zračenje, čiji je opseg između 2,8 i 3,0 mikrona.

Solarni spektar koji tako uspješno koristi čovječanstvo zapravo se sastoji od tri vrste talasa: 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 uticaj 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 osobinu ovog resursa. Upotreba sunčeve energije na Zemlji izgleda vrlo obećavajuća i zato što je dostupna u prilično velikim količinama uz gotovo minimalne troškove obrade. Ukupna količina energije koju emituje zvijezda je izuzetno velika, ali oko 47% dostigne površinu Zemlje, što je jednako sedamsto kvadriliona kilovat-sati. Poređenja radi, napominjemo da samo jedan kilovat-sat može obezbijediti desetogodišnji rad sijalice snage sto vati.

Snaga sunčevog zračenja i upotreba energije na Zemlji, naravno, zavisi od niza faktora: klimatskih uslova, ugla upada zraka na površinu, godišnjeg doba i geografskog položaja.

Kada i koliko

Lako je pogoditi da dnevna količina sunčeve energije pada na površinuZemlja se stalno mijenja, jer direktno zavisi od položaja planete u odnosu na Sunce i kretanja samog svjetiljka. Odavno je poznato da je u podne maksimalno zračenje, dok je ujutru i uveče broj zraka koji dopiru do površine znatno manji.

Možemo sa sigurnošću reći da će korištenje sunčeve energije biti najproduktivnije u regijama što bliže ekvatorijalnom pojasu, jer je upravo tu razlika između najviših i najnižih pokazatelja minimalna, što ukazuje na maksimalna količina radijacije koja dopire do površine planete. Na primjer, u pustinjskim afričkim područjima godišnja količina radijacije dostiže u prosjeku 2200 kilovat-sati, dok u Kanadi ili, na primjer, centralnoj Evropi, brojke ne prelaze 1000 kilovat-sati.

Solarna energija u istoriji

Ako razmišljate što je šire moguće, pokušaji da se "ukroti" velika svjetiljka koja grije našu planetu počeli su u davna vremena tokom paganstva, kada je svaki element oličavalo zasebno božanstvo. Međutim, naravno, tada korištenje solarne energije nije dolazilo u obzir - u svijetu je zavladala magija.

Tema korišćenja energije Sunca na Zemlji počela se aktivno pokretati tek krajem 14. - početkom 20. veka. Pravi iskorak u nauci napravio je 1839. godine Alexander Edmond Becquerel, koji je uspio da postane otkrivač fotonaponskog efekta. Proučavanje ove teme značajno je poraslo, a nakon 44 godine, Charles Fritts je uspio dizajnirati prvi ikadamodul na bazi pozlaćenog selena. Ova upotreba energije Sunca na Zemlji dala 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 nauke, o čemu se ranije nije ni sanjalo.

Sam Albert Ajnštajn dao je značajan doprinos razvoju solarne energije. U savremenom svetu, ime naučnika se češće povezuje sa njegovom čuvenom teorijom relativnosti, ali je u stvari dobio Nobelovu nagradu upravo za proučavanje spoljašnjeg fotoelektričnog efekta.

Do danas tehnologija korištenja sunčeve energije na Zemlji doživljava ili brze uspone ili ništa manje brze padove, međutim, ova grana znanja se stalno ažurira 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 korišćenja energije Sunca na Zemlji. Sada obratimo pažnju na nedostatke ove metode, kojih, nažalost, nije manje.

Zbog direktne zavisnosti od geografskog položaja, klimatskih uslova i kretanja Sunca, proizvodnja solarne energije u dovoljnim količinama zahteva ogromne teritorijalne troškove. Suština je da što je veća površina potrošnje i obrade sunčevog zračenja, to ćemo veću količinu ekološki prihvatljive energije dobiti na izlazu. Postavljanje takvihogromni sistemi zahtijevaju puno slobodnog prostora, što uzrokuje određene poteškoće.

Još jedan problem u vezi sa korišćenjem solarne energije na Zemlji je u direktnoj vezi sa dobom dana, pošto će proizvodnja noću biti nula, a ujutro i uveče izuzetno neznatna.

Dodatni faktor rizika je samo vreme - nagle promene uslova mogu imati izuzetno negativan uticaj na rad ovakvog sistema, jer izazivaju poteškoće u otklanjanju grešaka potrebne snage. U određenom smislu, situacije sa naglom promjenom količine potrošnje i proizvodnje mogu biti opasne.

Čisto, ali skupo

Upotreba solarne energije na Zemlji je trenutno otežana zbog njene visoke cijene. Fotoćelije potrebne za provedbu glavnih procesa imaju prilično visoku cijenu. Naravno, pozitivni aspekti korišćenja ovakvog resursa čine da se isplati, ali sa ekonomske tačke gledišta, u ovom trenutku ne treba govoriti o potpunoj isplati gotovinskih troškova.

Međutim, kako trend pokazuje, cijena solarnih ćelija postepeno pada, tako da se vremenom ovaj problem može u potpunosti riješiti.

Neprikladnost procesa

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

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

Ekološka pitanja

Ranije je rečeno da korišćenje ove vrste resursa može spasiti čovečanstvo od prilično ozbiljnih problema sa životnom sredinom u budućnosti. Izvor resursa i finalni proizvod su zaista ekološki prihvatljivi koliko god je to moguće.

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

Da bi ograničili negativan uticaj na životnu sredinu, proizvođači postepeno prelaze na tankoslojne vafle, koje imaju nižu cenu i manje štetno utiču na životnu sredinu.

Metode za pretvaranje zračenja u energiju

Filmovi i knjige o budućnosti čovječanstva gotovo uvijek nam daju približno istu sliku ovog procesa, koji, zapravo,može značajno da se razlikuje od stvarnosti. Postoji nekoliko načina za konverziju.

Najčešća je prethodno opisana upotreba fotoćelija.

Kao alternativu, čovječanstvo aktivno koristi solarnu toplinsku energiju, zasnovanu na zagrijavanju posebnih površina, što omogućava zagrijavanje vode u odgovarajućem smjeru dobijene temperature. Ako ovaj proces maksimalno pojednostavite, može se uporediti sa rezervoarima koji se koriste za letnje tuševe u privatnim kućama.

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

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

Mi i solarna energija

Resursi solarne i energije vjetra na Zemlji se dosta aktivno koriste, iako to često ne primjećujemo. Ranije je već spomenuto narodno zagrijavanje vode pod vanjskim tušem. U stvari, najčešće se solarna energija koristi u ove svrhe. Međutim, postoji mnogo drugih primjera: u skoro svakoj prodavnici rasvjete možete pronaći sijalice za skladištenje koje mogu raditi bez struje čak i noću zahvaljujući energiji akumuliranoj tokom dana.

Instalacije zasnovane na fotoćelijama se aktivno koriste u svim vrstama pumpnih stanica i ventilacionih sistema.

Jučer, danas, sutra

Jedan od najvažnijih resursa za čovječanstvo je solarna energija, a izgledi za njeno korištenje su izuzetno veliki. Ova industrija se aktivno finansira, širi i unapređuje. Sada je solarna energija najrazvijenija u Sjedinjenim Državama, gdje je u nekim regijama koriste kao punopravni alternativni izvor energije. Također, elektrane ovog tipa rade u pustinji Mojave. Druge zemlje su dugo krenule ka ovoj vrsti proizvodnje električne energije, koja bi uskoro mogla riješiti problem zagađenja okoliša.