Kako se razvija upotreba sunčeve energije na Zemlji?

Nebesko tijelo nam daje ogromnu količinu energije besplatno. Za samo 15 minuta, zvijezda daje našoj planeti količinu energije koja je dovoljna da čovječanstvo obezbijedi struju godinu dana. Kvalitet i efikasnost solarnih panela se stalno poboljšavaju i postaju jeftiniji. Međutim, masovno korištenje solarne energije je još uvijek daleko. Postoji niz problema, od kojih je posebno akutna efikasnost opreme za pretvaranje sunčevog zračenja. To se uglavnom odnosi na fotonaponske ćelije, čija se efikasnost kreće u rasponu od 12-17 posto. Ali čak i sredinom prošlog veka iznosio je oko 1%. Dakle, napredak je postepen, iako ne brz. Stoga bi u budućnosti solarna energija trebala zauzeti mjesto koje mu pripada u globalnom energetskom sektoru. U ovom materijalu ćemo govoriti o upotrebi sunčeve energije u ekonomskim aktivnostima na Zemlji. Hajde da razgovaramo o problemima i perspektivama, kao i da navedemo primere opreme.

Sunce služi kao primarni izvor svih energetskih procesa na Zemlji. Zvezda šalje 20 miliona eksajoula ka našoj planeti godišnje. Pošto je Zemlja okrugla, oko 25% otpada na nju. Otprilike 70 posto ove energije apsorbira atmosfera, reflektira se i troši na druge gubitke. 1,54 miliona eksajoula godišnje pogodi površinu Zemlje. Ova brojka je nekoliko hiljada puta veća od potrošnje energije na planeti. Osim toga, ova vrijednost je 5 puta veća od cjelokupnog energetskog potencijala ugljikovodičnih goriva akumuliranih na Zemlji milionima godina.

Veliki dio ove energije na površini planete pretvara se u toplinu. Zagreva zemlju i vodu, a od njih se zagreva vazduh. Sunčeva toplota određuje okeanske struje, kruženje vode, vazdušne struje itd. Toplota se postepeno zrači u svemir i tamo gubi. U ekosistemu planete energija prolazi dug i složen put transformacije, ali se koristi samo mali dio primljene količine. Kao rezultat toga, ekosistem funkcionira, ne zagađuje okoliš i koristi mali dio energije koja stigne do Zemlje. Iz ovoga možemo zaključiti da je stalni tok energije od Sunca do Zemlje konstantan i dolazi u višku.

Biljke na Zemlji troše samo 0,5 posto energije koja stigne do Zemlje. Stoga, čak i ako će čovječanstvo postojati samo zahvaljujući sunčevoj energiji, oni će potrošiti samo mali dio nje. Energija Sunca na Zemlji sasvim je dovoljna za energetske potrebe civilizacije. U tom slučaju ćemo uzeti samo mali dio energije, a to ni na koji način neće utjecati na biosferu. Sunce šalje ogromnu količinu energije na Zemlju. Za nekoliko dana njegova količina premašuje energetski potencijal svih dokazanih rezervi goriva. Čak trećina ove količine koja padne na Zemlju je hiljadama puta veća od svih konvencionalnih izvora energije.

Solarna energija je ekološki prihvatljiva. Naravno, nuklearne reakcije koje se odvijaju na Suncu stvaraju radioaktivnu kontaminaciju. Ali je na sigurnoj udaljenosti od Zemlje. Ali spaljivanje ugljikovodika i nuklearne elektrane stvaraju zagađenje na Zemlji. Osim toga, energija Sunca je konstantna i prisutna u višku.

Možemo reći da je energija sunca vječna. Neki stručnjaci kažu da će zvijezda izumrijeti za nekoliko milijardi godina. Ali šta to znači za nas? Na kraju krajeva, ljudi postoje oko 3 miliona godina. Dakle, korištenje solarne energije nije vremenski ograničeno. Zahvaljujući energiji koju Sunce daje, na Zemlji se dešavaju 2 ciklusa materije. Jedna od njih je velika (naziva se i geološka). Očituje se u kruženju atmosfere i vodenih masa. Kao i mali biološki (koji se naziva i biotički) ciklus, koji radi na osnovu velikog. Sastoji se u cikličnoj preraspodjeli energije i tvari unutar granica ekoloških sistema. Ovi ciklusi su međusobno povezani i predstavljaju jedan proces.

Koji su problemi sa korišćenjem solarne energije?

Čini se da je sve u redu i morate se prebaciti na korištenje solarne energije. Ispostavilo se da postoje brojni problemi. Koja vrsta? Glavni problem je u tome što je energija koja dolazi jako disipirana. Na jedan kvadratni metar otpada otprilike 100-200 vati. Tačan broj ovisi o lokaciji ovog mjesta na Zemlji. Osim toga, Sunce sija tokom dana, a snaga u ovom trenutku dostiže 400-900 vati po kvadratnom metru. A noću se energija ne isporučuje, a oblačno vrijeme prima mnogo manje. Odnosno, u nekom trenutku morate prikupiti sav ovaj energetski tok i akumulirati. A kada sunčeva svjetlost ne pada na tlo, iskoristite akumuliranu energiju.

Prikupite solarnu energiju na razne načine. Smatra se prirodnim sakupljati toplinu za zagrijavanje rashladne tekućine, a zatim je koristiti u sistemu grijanja doma ili u opskrbi toplom vodom. Takođe uobičajen način pretvaranja solarne energije je proizvodnja električne energije. Sve ove instalacije se proizvode tvornički i samostalno vlastitim rukama. Neki majstori izrađuju grijače u običnom prozoru stana ili kuće. Ispada dodatno grijanje prostorije. Uobičajeni su i kolektori i solarni sistemi za proizvodnju električne energije u privatnim kućama. Međutim, upotreba toplotnih kolektora ograničena je klimatskim uslovima. A solarni paneli za pretvaranje solarne energije u električnu i dalje imaju nisku efikasnost.

Ali općenito, solarni sistemi su vrlo obećavajuća oblast energetike. Vrijedi još malo rasti cijena energije, a oni će postati veoma traženi. Postoje mnoga područja na Zemlji u kojima sunce sija gotovo neprestano. Ovo su stepe, pustinje. Postavljanjem solarnih elektrana i proizvodnjom električne energije moguće je ovo zemljište opremiti i učiniti ga plodnim. Energija će se trošiti na vodosnabdijevanje i potrebe stanovništva.

Ekskurzija u prošlost

Nekada davno, u drevnim vremenima, pagani su Sunce doživljavali kao božanstvo. Naravno, tada je izostala upotreba solarne energije kao takve. Bilo je to nešto magično. No, prvi pokušaji korištenja solarne energije rađeni su već duže vrijeme. Ako ne uzmemo u obzir legendu o floti spaljenoj uz pomoć koncentrisane sunčeve energije u staroj Grčkoj, onda je prava upotreba sunčeve energije počela u 19.-20. stoljeću. Becquerel je otkrio fotonaponski efekat 1839. Decenijama kasnije, Charles Fritts je razvio solarni modul baziran na pozlaćenom selenu. Prvi solarni paneli koji su proizvedeni u 20. veku imali su efikasnost ne veću od 1%. Ali u to vrijeme to je bio pravi proboj. Kao rezultat toga, naučnicima su se otvorili novi horizonti za istraživanje i nova otkrića.

Albert Ajnštajn je takođe dao značajan doprinos razvoju solarne energije. Naravno, među njegovim dostignućima najčešće se spominje teorija relativnosti. No dobio je Nobelovu nagradu za proučavanje fenomena vanjskog fotoelektričnog efekta. Tehnologija proizvodnje solarnih panela za proizvodnju električne energije stalno se unapređuje. Stoga postoji nada da ćemo uskoro biti svjedoci novih nevjerovatnih otkrića na ovim prostorima.

Područja korištenja solarne energije

Područje korištenja solarne energije je prilično široko i stalno se širi. Ovdje možete čak spomenuti tako jednostavnu stvar kao što je ljetni tuš sa rezervoarom na spratu. Zagreva se od sunca i može se prati. Upotreba solarnih sistema za privatne kuće donedavno je izgledala kao fantazija, a danas su postala stvarnost. Sada se proizvodi veliki broj solarnih kolektora za grijanje kućnih i industrijskih prostora. Već postoje modeli koji mogu raditi na niskim temperaturama. Osim toga, puna je svih vrsta mobilnih uređaja za punjenje mobilnih uređaja, kalkulatora i druge opreme koju napajaju fotonaponski paneli.

Danas se solarna energija koristi u oblastima nacionalne ekonomije kao što su:

• Napajanje privatnih kuća, pansiona, sanatorija;
• Napajanje naselja udaljenih od urbane infrastrukture;
• Poljoprivreda;
• astronautika;
• Ekoturizam;
• Ulična rasvjeta, dekorativna rasvjeta u vikendicama;
• Odjeljenje za stambeno-komunalne poslove;
• Uređaj za punjenje.

Nešto ranije, solarna energija i srodne tehnologije korištene su samo u astronautici i vojnoj sferi. Uz pomoć fotoćelija energijom su se opskrbljivali sateliti, razne mobilne stanice i slično. Ali postepeno se solarna energija počela koristiti u svakodnevnom životu i proizvodnji. Danas se solarni sistemi često mogu naći u južnim regijama. Najčešće se koriste u privatnom sektoru, kao iu malim turističkim preduzećima (sanatoriji, domovi za odmor, itd.).

Princip konverzije solarne energije, njegova primjena i perspektive

U svijetu je manje tradicionalnih izvora energije. Zalihe nafte, plina, uglja su iscrpljene i sve ide na to da će prije ili kasnije isteći. Ako se do ovog trenutka ne pronađu alternativni izvori energije, onda čovječanstvo čeka katastrofa. Stoga su u svim razvijenim zemljama u toku istraživanja na otkrivanju i razvoju novih izvora energije. Prva je solarna energija. Od davnina, ovu energiju ljudi su koristili za osvjetljavanje svojih domova, suhu hranu, odjeću itd. Danas je solarna energija jedan od najperspektivnijih izvora alternativne energije. Trenutno već postoji dosta dizajna koji vam omogućavaju pretvaranje sunčeve energije u električnu ili toplinsku energiju. Industrija postepeno raste i razvija se, ali, kao i svugdje, postoje problemi. O svemu tome će biti riječi u ovom članku.

Sunčeva energija je jedan od najpristupačnijih obnovljivih izvora na Zemlji. Korišćenje solarne energije u nacionalnoj ekonomiji ima pozitivan efekat na stanje životne sredine, jer za njeno dobijanje nije potrebno bušenje bunara ili razvoj rudnika. Osim toga, ova vrsta energije je besplatna i ne košta ništa. Naravno, potrebni su troškovi za kupovinu i ugradnju opreme.

Problem je što je sunce povremeni izvor energije. Dakle, ono što je potrebno je akumulacija energije i njeno korištenje u sprezi sa drugim izvorima energije. Glavni problem današnjice je što savremena oprema ima nisku efikasnost pretvaranja sunčeve energije u električnu i toplotnu energiju. Stoga su svi razvoji usmjereni na povećanje efikasnosti takvih sistema i smanjenje njihove cijene.

Inače, mnogo resursa na planeti potiče od sunčeve energije. Na primjer, vjetar, koji je još jedan obnovljiv izvor, ne bi duvao bez sunca. Isparavanje vode i njeno nakupljanje u rijekama također se dešava pod djelovanjem sunca. A vodu, kao što znate, koristi hidroelektrana. Biogoriva takođe ne bi postojala bez sunca. Dakle, osim direktnog izvora energije, sunce utiče i na druga područja energije.

Sunce šalje zračenje na površinu naše planete. Od širokog spektra zračenja sa Zemljine površine, dopiru 3 vrste talasa:

• Light. U emisionom spektru, oni su oko 49 posto;
• infracrveni. Njihov udio je također 49 posto. Zahvaljujući ovim talasima, naša planeta se zagreva;
• Ultraviolet. U spektru sunčevog zračenja, oni su oko 2 posto. Oni su nevidljivi našim očima.

Izlet u istoriju

Kako je solarna energija evoluirala do današnjih dana? Čovjek je od davnina razmišljao o korištenju sunca u svojim aktivnostima. Svi znaju legendu prema kojoj je Arhimed spalio neprijateljsku flotu u blizini svog grada Sirakuze. Za to je koristio zapaljiva ogledala. Prije nekoliko hiljada godina, na Bliskom istoku, vladarske palate grijale su se vodom, koju je grijalo sunce. U nekim zemljama isparavamo morsku vodu na suncu da bismo dobili so. Naučnici su često provodili eksperimente sa uređajima za grijanje koji se napajaju solarnom energijom.

Prvi modeli takvih grijača proizvedeni su u XVII-XVII vijeku. Konkretno, istraživač N. Saussure je predstavio svoju verziju bojlera. To je drvena kutija sa staklenim poklopcem. Voda u ovom uređaju zagrijana je na 88 stepeni Celzijusa. Godine 1774. A. Lavoisier je koristio sočiva da koncentriše sunčevu toplotu. Pojavila su se i sočiva koja omogućavaju lokalno topljenje lijevanog željeza za nekoliko sekundi.

Baterije koje pretvaraju sunčevu energiju u mehaničku energiju kreirali su francuski naučnici. Krajem 19. stoljeća, istraživač O. Musho razvio je insolator koji je pomoću sočiva fokusirao zrake na parni kotao. Ovaj kotao je korišćen za rad štamparske mašine. U Sjedinjenim Američkim Državama u to vrijeme bilo je moguće stvoriti jedinicu pokretanu suncem kapaciteta 15 "konja".

Dugo vremena, insolatori su se proizvodili prema shemi koja koristi energiju sunca za pretvaranje vode u paru. A pretvorena energija je korištena za obavljanje nekog posla. Prvi uređaj koji pretvara sunčevu energiju u električnu energiju stvoren je 1953. godine u Sjedinjenim Državama. Postao je prototip modernih solarnih panela. Fotoelektrični efekat na kome se zasniva njihov rad otkriven je još 70-ih godina 19. veka.

Tridesetih godina prošlog stoljeća, akademik SSSR-a A.F. Ioffe predložio je korištenje poluvodičkih fotoćelija za pretvaranje sunčeve energije. Efikasnost baterije u to vreme bila je manja od 1%. Prošlo je mnogo godina pre nego što su razvijene solarne ćelije sa efikasnošću od 10-15 procenata. Tada su Amerikanci izgradili solarne panele modernog tipa.

Da bi se dobilo više energije iz solarnih sistema, niska efikasnost se nadoknađuje povećanom površinom foto ćelija. Ali to nije opcija, jer su silicijumski poluvodiči u fotonaponskim ćelijama prilično skupi. Sa povećanjem efikasnosti, povećavaju se i troškovi materijala. To je glavna prepreka masovnoj upotrebi solarnih panela. Ali kako se resursi iscrpe, njihovo korištenje će postati sve isplativije. Osim toga, istraživanja za povećanje efikasnosti solarnih ćelija ne prestaju.

Vrijedi reći da su baterije na bazi poluvodiča prilično izdržljive i ne zahtijevaju kvalifikacije za njegu. Stoga se najčešće koriste u svakodnevnom životu. Tu su i cijele solarne elektrane. Po pravilu se stvaraju u zemljama sa velikim brojem sunčanih dana u godini. To su Izrael, Saudijska Arabija, jug SAD-a, Indija, Španija. Sada postoje apsolutno fantastični projekti. Na primjer, solarne elektrane izvan atmosfere. Tamo sunčeva svjetlost još nije izgubila energiju. Odnosno, predlaže se da se zračenje uhvati u orbiti i zatim pretvori u mikrovalne pećnice. Tada će, u ovom obliku, energija biti poslata na Zemlju.

Pretvorba solarne energije

Prije svega, vrijedno je reći o tome kako se solarna energija može izraziti i ocijeniti.

Kako možete procijeniti količinu sunčeve energije?

Stručnjaci koriste za procjenu takve vrijednosti kao što je solarna konstanta. To je jednako 1367 vati. Ovo je količina sunčeve energije po kvadratnom metru planete. Otprilike jedna četvrtina je izgubljena u atmosferi. Maksimalna vrijednost na ekvatoru je 1020 vati po kvadratnom metru. Uzimajući u obzir dan i noć, promjene u upadnom kutu zraka, ovu vrijednost treba smanjiti za još tri puta.

Verzije o izvorima sunčeve energije bile su veoma različite. U ovom trenutku stručnjaci kažu da se energija oslobađa kao rezultat transformacije četiri atoma H2 u jezgro He. Proces se nastavlja oslobađanjem značajne količine energije. Za usporedbu, zamislite da je energija konverzije 1 grama H2 uporediva s onom koja se oslobađa pri sagorijevanju 15 tona ugljikovodika.

Metode konverzije

Pošto nauka danas nema uređaje koji rade na sunčevu energiju u njenom čistom obliku, potrebno ju je pretvoriti u drugu vrstu. Za to su stvoreni uređaji poput solarnih panela i kolektora. Baterije pretvaraju solarnu energiju u električnu energiju. A kolektor stvara toplinsku energiju. Postoje i modeli koji kombinuju ova dva tipa. Zovu se hibridi.

U nastavku su predstavljeni glavni načini pretvaranja solarne energije:

• fotoelektrični;
• solarna termalna;
• vrući zrak;
• solarne balon elektrane.

Prvi način je najčešći. Koristi fotonaponske panele koji proizvode električnu energiju pod uticajem sunca. U većini slučajeva napravljeni su od silikona. Debljina takvih ploča je desetinke milimetra. Takvi paneli se kombinuju u fotonaponske module (baterije) i postavljaju na sunce. Najčešće se postavljaju na krovove kuća. U principu, ništa ih ne sprečava da budu postavljeni na zemlju. Potrebno je samo da oko njih nema velikih objekata, drugih zgrada i drveća koji mogu baciti sjenu.

Osim fotoćelija, tankoslojni ili se koriste za proizvodnju električne energije. Njihova prednost je mala debljina, a nedostatak smanjena efikasnost. Takvi se modeli često koriste u prijenosnim punjačima za razne gadgete.

Metoda konverzije toplog vazduha uključuje dobijanje energije protoka vazduha. Ovaj tok je usmjeren na turbogenerator. U balon elektranama, pod uticajem sunčeve energije, vodena para nastaje u balonskom balonu. Površina balona je prekrivena posebnim premazom koji upija sunčeve zrake. Takve elektrane mogu raditi po oblačnom vremenu i noću zbog opskrbe parom u balonu.

Sunčeva energija se zasniva na zagrijavanju površine energetskog nosača u posebnom kolektoru. Na primjer, to može biti grijanje vode za sistem grijanja kuće. Ne samo voda, već i zrak se može koristiti kao nosač topline. Može se grijati u kolektoru i dovoditi u ventilacijski sistem kuće.

Svi ovi sistemi su prilično skupi, ali se njihov razvoj i unapređenje postepeno nastavlja.

Prednosti i nedostaci solarne energije

Prednosti

• Besplatno je. Jedna od glavnih prednosti solarne energije je to što se ona ne naplaćuje. Solarni paneli su napravljeni od silicijuma, kojeg ima dosta;
• Nema nuspojava. Proces konverzije energije odvija se bez buke, štetnih emisija i otpada, uticaja na životnu sredinu. To se ne može reći za termalnu, hidro i nuklearnu energiju. Svi tradicionalni izvori štete OS-u na ovaj ili onaj način;
• Sigurnost i pouzdanost. Oprema je izdržljiva (služi do 30 godina). Nakon 20-25 godina upotrebe, solarne ćelije daju do 80 posto svoje nominalne vrijednosti;
• Reciklaža. Solarni paneli se u potpunosti mogu reciklirati i mogu se ponovo koristiti u proizvodnji;
• Jednostavnost održavanja. Oprema je prilično jednostavna za postavljanje i rad van mreže;
• Dobro prilagođen za korištenje u privatnim kućama;
• Estetika. Može se ugraditi na krov ili fasadu zgrade bez ugrožavanja izgleda;
• Dobro integrisani kao pomoćni sistemi napajanja.

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

Pitanje okoliša nije ništa manje akutno - aktivno vađenje resursa i njihova daljnja upotreba negativno utječu na stanje planete, mijenjajući ne samo prirodu tla, već čak i klimatske uvjete.

Zbog toga se oduvijek posebna pažnja poklanjala prirodnim izvorima energije, kao što su, na primjer, voda ili vjetar. Konačno, nakon toliko godina aktivnog istraživanja i razvoja, čovječanstvo je "odraslo" na korištenje sunčeve energije na Zemlji. O njemu će se dalje govoriti.

Šta je u ovome toliko privlačno

Prije nego što pređemo na konkretne primjere, hajde da saznamo zašto su istraživači širom svijeta toliko zainteresirani 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 izuzetno je mala. To znači da čovječanstvo ima priliku primiti čistu energiju na potpuno prirodan način.

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

Na kraju, posebnu pažnju treba obratiti na činjenicu da Sunce predstavlja najmanju opasnost za samog čovjeka.

Kako stvarno

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

Sunčevo zračenje

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

Zapravo, ova vrsta zračenja je elektromagnetno zračenje, čiji je raspon u rasponu od 2,8 do 3,0 mikrona.

Sunčev spektar koji tako uspješno koristi čovječanstvo zapravo se sastoji od tri vrste valova: ultraljubičastih (oko 2%), oko 49% svjetlosnih valova i, konačno, isto toliko otpada na Sunčeva energija ima mali broj drugih komponenti, ali njihova uloga je toliko beznačajna da nemaju poseban uticaj na život na Zemlji.

Količina sunčeve energije koja pada na 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% dospijeva na površinu Zemlje, što je jednako sedamsto kvadriliona kilovat-sati. Poređenja radi, napominjemo da samo jedan kilovat-sat može osigurati desetogodišnji rad sijalice snage sto vati.

Snaga sunčevog zračenja i korišćenje 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 pretpostaviti da se dnevna količina sunčeve energije koja pada na površinu Zemlje stalno mijenja, jer direktno ovisi o položaju planete u odnosu na Sunce i kretanju same zvijezde. Odavno je poznato da je zračenje maksimalno u podne, dok je ujutru i uveče broj zraka koji 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 najvišeg i najnižeg pokazatelja minimalna, što ukazuje na maksimalnu količinu zračenja koja dostiže površine planete. Na primjer, u pustinjskim afričkim područjima godišnja količina radijacije u prosjeku dostiže 2200 kilovat-sati, dok u Kanadi ili, na primjer, srednjoj 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 za vrijeme paganstva, kada je svaki element oličavalo zasebno božanstvo. Međutim, 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 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 modul u povijesti, koji je bio baziran na pozlaćenom selenu. Takva upotreba energije Sunca na Zemlji dala je malu količinu oslobođene električne energije - ukupna količina proizvodnje tada nije iznosila više od 1%. Ipak, za čitavo čovječanstvo, ovo je bio pravi iskorak, koji je otvorio nove horizonte nauke, o čemu se prije nije ni sanjalo.

Sam Albert Ajnštajn dao je značajan doprinos razvoju solarne energije. U savremenom svetu, ime naučnika se češće vezuje za njegovu čuvenu teoriju relativnosti, ali u stvari, Nobelovu nagradu dobio je upravo za proučavanje

Tehnologija korištenja sunčeve energije na Zemlji do danas doživljava ili brze uspone ili ništa manje brze padove, ali ova grana znanja se stalno nadopunjuje novim činjenicama, te se možemo nadati da će se u dogledno vrijeme otvoriti vrata potpuno novog svet će se otvoriti pred nama.

Priroda je protiv nas

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

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

Još jedan problem u pogledu korišćenja energije Sunca na Zemlji je u direktnoj zavisnosti od doba dana, budući da će noćna generacija biti nula, a ujutru i uveče će biti krajnje neznatna.

Dodatni faktor rizika su same vremenske prilike - nagle promene uslova mogu imati izuzetno negativan uticaj na rad ovakvog sistema, jer izazivaju poteškoće u otklanjanju grešaka potrebne snage. U izvjesnom smislu, situacije s 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 s vremenom ovaj problem može u potpunosti riješiti.

Neugodnost 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, zagrijavanje elemenata također ima izuzetno negativan učinak na proces, što se može spriječiti samo upotrebom najmoćnijih rashladnih sistema, što zahtijeva dodatne materijalne troškove, i to značajne.

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

pitanje životne sredine

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 istinski ekološki koliko god je to moguće.

Ipak, korištenje sunčeve 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 sama po sebi ne nanosi štetu okolišu, međutim, s obzirom na ograničeni period njihovog rada, vremenom odlaganje ploča može postati ozbiljan problem.

Kako bi ograničili negativan utjecaj na okoliš, proizvođači postupno prelaze na tankoslojne ploče, koje imaju nižu cijenu i manje štetno djeluju na okoliš.

Načini pretvaranja zračenja u energiju

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

Najčešćim se može nazvati prethodno opisano uključivanje fotoćelija.

Kao alternativu, čovječanstvo aktivno koristi solarnu toplinsku energiju, zasnovanu na zagrijavanju posebnih površina, što omogućava, uz odgovarajući smjer dobivene temperature, zagrijavanje vode. Ako ovaj proces maksimalno pojednostavimo, može se uporediti sa rezervoarima koji se koriste za ljetni tuš u kućama privatnog sektora.

Drugi način korištenja zračenja za generiranje energije je "solarno jedro", koje može raditi samo u sistemu ove vrste koji pretvara zračenje u

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

Energetski resursi sunca i vjetra na Zemlji se koriste prilično aktivno, 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 gotovo 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 aktivno se koriste u svim vrstama pumpnih stanica i ventilacijskih 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. Takođe, elektrane ovog tipa rade i u drugim zemljama, a odavno su krenule u ovu vrstu proizvodnje električne energije, što bi uskoro moglo riješiti problem zagađenja životne sredine.

Mogućnosti korištenja solarne energije u poslovnim aktivnostima

Energija sunca je tok fotona i od velike je važnosti za sav život na našoj planeti. Sunce osigurava postojanje života na Zemlji, utičući na fundamentalne procese u biosferi. Zahvaljujući suncu, mora, rijeke, površina planete se zagrijava, vjetar duva i tako dalje. Čovjek već dugo koristi sunčevu svjetlost u svojim ekonomskim aktivnostima. Ali alternativna energija se ne tako davno oblikovala kao nezavisna industrija. U međuvremenu, solarna energija igra sve važniju ulogu u ekonomskoj aktivnosti. Sunce se već dugo koristi kao izvor topline, a nedavno se pojavio veliki broj uređaja i sistema za to. Danas ćemo govoriti o tome kako čovjek koristi sunčevu energiju.

Upotreba solarne energije raste svake godine. Ne tako davno, energija sunca korištena je za zagrijavanje vode u seoskoj kući pod ljetnim tušem. I danas se razne instalacije već koriste za grijanje privatnih kuća, u rashladnim tornjevima. Solarni paneli proizvode električnu energiju potrebnu za napajanje malih sela.

Trenutno se mogu imenovati sljedeća područja korištenja solarne energije:

• Zrakoplovna i svemirska industrija;
• Poljoprivreda. Grijanje i opskrba električnom energijom plastenika, hangara i drugih pomoćnih zgrada;
• Kućna upotreba (grijanje i elektrifikacija stambenih zgrada);
• Napajanje medicinskih i sportskih objekata;
• Upotreba solarne energije za osvjetljavanje gradskih objekata;
• Elektrifikacija malih naselja.

Upotreba prvih uzoraka solarnih modula potvrdila je da solarna energija ima značajne prednosti u odnosu na tradicionalne izvore. Glavne prednosti solarnih sistema su skoro neograničeno snabdevanje, bez štete po okolinu i besplatno korišćenje.

Ovu listu prednosti treba proširiti:

• Stabilno napajanje, jer struja iz solarnih ćelija nema prenapona;
• Autonomni rad solarnih sistema. Ne zahtijevaju eksternu infrastrukturu;
• Vek trajanja više od 20 godina;
• Solarni sistemi su praktični i jednostavni za upotrebu. Glavna ulaganja se vrše tokom instalacije.

Nedostaci uključuju snažnu zavisnost efikasnosti rada od intenziteta sunčevih zraka i nedostatak proizvodnje električne energije noću. Da bi riješili ovaj problem, takvi sistemi rade zajedno s baterijama.

Osobine korištenja solarne energije

Fotoenergija sunčevog zračenja pretvara se u fotonaponske ćelije. Ovo je dvoslojna struktura koja se sastoji od 2 poluvodiča različitih vrsta. Poluprovodnik na dnu je p-tipa, a gornji je n-tipa. Prvi ima nedostatak elektrona, a drugi višak.

Elektroni u poluvodiču n-tipa apsorbuju sunčevo zračenje, uzrokujući da se elektroni u njemu deorbitiraju. Jačina impulsa je dovoljna da se transformiše u poluvodič p-tipa. Kao rezultat, dolazi do usmjerenog protoka elektrona i generira se električna energija. Silicijum se koristi u proizvodnji solarnih ćelija.

Do danas se proizvodi nekoliko vrsta fotoćelija:

• Monocrystalline. Proizvedeni su od monokristala silicijuma i imaju ujednačenu kristalnu strukturu. Među ostalim vrstama, ističu se najvećom efikasnošću (oko 20 posto) i povećanom cijenom;
• Polycrystalline. Struktura je polikristalna, manje ujednačena. Jeftiniji su i imaju efikasnost od 15 do 18 posto;
• Tanki film. Ove solarne ćelije su napravljene raspršivanjem amorfnog silicijuma na fleksibilnu podlogu. Takve fotoćelije su najjeftinije, ali njihova efikasnost ostavlja mnogo da se poželi. Koriste se u proizvodnji.

Termalni kolektori

Ovi uređaji koriste sunčevo zračenje da ga pretvore u toplotu. Mogu se razlikovati sljedeće glavne vrste kolektora:

Stan. Oni su najčešći. Koriste se i za grijanje i za opskrbu toplom vodom. Obično se takvi kolektori koriste samo ljeti, jer zimi njihova efikasnost naglo pada. O njihovoj proizvodnji možete pročitati na linku;

• Vakuum. Opseg njihove upotrebe, kao u stanu. Ali koriste se kada je potrebna topla voda više temperature. U njima se cijevi izmjenjivača topline nalaze u vakuumu unutar staklenih cijevi. Rashladna tečnost cirkuliše unutra. U pravilu se takve instalacije izrađuju u proizvodnji, a ne kod kuće. Oni funkcionišu tokom cijele godine, čak iu ruskoj klimi;
• Zrak. Obim upotrebe ovakvih uređaja su instalacije za grijanje zraka i odvlaživanje zraka. Može se koristiti na vanjskim temperaturama ne nižim od 5-10 stepeni Celzijusa;
• Integrisani kolektori. Najjednostavniji dizajn. To su specijalni rezervoari sa toplotnom izolacijom, gde se voda zagreva. U budućnosti se koristi za ekonomske potrebe.

U većini slučajeva, sve ove jedinice se ugrađuju na krovove ili fasade zgrada. Ponekad je za njih dodijeljena platforma, gdje je maksimalno sunčevo svjetlo.

Korištenje sunčeve energije na Zemlji kratak izvještaj koji će vam reći o mogućnostima njenog korištenja za dobrobit ljudi.

Upotreba sunčeve energije na Zemlji

Sunce je sjajna ogromna lopta plina u kojoj se odvijaju prilično složeni procesi i energija se neprestano oslobađa. Zahvaljujući njemu na našoj planeti postoji život: atmosfera i površina planete se zagrijavaju, vjetrovi pušu, oceani i mora se zagrijavaju, biljke rastu i tako dalje.

Sunčeva energija doprinosi stvaranju fosilnih goriva, pretvara se u toplotu i hladnoću, električnu energiju i pokretačku snagu. Svetiljka isparava vodu, pretvara vlagu u kapi vode, stvara maglu i oblake. Jednom rečju, energija Sunca stvara gigantsku cirkulaciju vlage na planeti, sistem zagrevanja vazduha i vode planete.

Kada sunčeva svjetlost pogodi biljke, ona ih uzrokuje da procesuiraju fotosintezu, rast i razvoj. Zagrijavanjem tla oblikuje klimu, dajući vitalnost mikroorganizmima, sjemenu biljaka i svim stvorenjima koja nastanjuju tlo. Bez sunčeve energije, živi bi organizmi bili u stanju hibernacije (anabioze).

Primjeri korištenja solarne energije u nacionalnoj ekonomiji

Sunčeva energija je prirodno obnovljiv izvor energije i, što je najvažnije, ekološki prihvatljiv. Naučnici iz cijelog svijeta rade na proširenju mogućnosti njegove upotrebe. Mnoge zemlje su uspostavile vladine programe za razvoj tehnologija za korištenje solarne energije.

Najveća potrošnja solarne energije zabilježena je u Turskoj i Izraelu. A rekordan broj kuća opremljenih solarnim sistemom za grijanje vode je na Kipru.

Sunčeva energija se koristi iu poljoprivrednim djelatnostima, odnosno u agroindustrijskom kompleksu. Planirano je da se uvede u sve grane nacionalne privrede. Slobodne površine zidova i krovova kuća, pomoćnih zgrada omogućavaju vam da akumulirate dovoljne količine električne energije i to besplatno. Fotonaponski sistemi se mogu koristiti za rad električnog pastira na pašnjacima, pumpi, električnih noževa, vadilica za med na pčelinjaku, za napajanje stambenih objekata električnom energijom.

Kolektori zraka na solarni pogon stvaraju okruženje za život ljudi i domaćih životinja, kao i održavaju vlažnost i temperaturu na istom unaprijed određenom nivou.

Staklenici i staklenici opremljeni solarnim panelima akumuliraju i zadržavaju toplinu, osiguravajući mikroklimu za biljke.

Uređaji na bazi sunčeve energije koriste se za ventilaciju i grijanje povrća i žitnica, održavajući zadane parametre od strane osobe.

Nadamo se da vam je esej “Korišćenje energije sunca” pomogao da se pripremite za lekciju. A svoju poruku o solarnoj energiji možete ostaviti putem obrasca za komentare ispod.