Päikeseenergia kasutamine Maal. Päikeseenergia kasutamise väljavaated Maal

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-02-12 06:21

Tänapäeval on energiatarbimise probleem üsna terav – planeedi ressursid ei ole lõputud ja inimkond on oma eksisteerimise jooksul looduse poolt antud päris palju laastanud. Hetkel kaevandatakse aktiivselt kivisütt ja naftat, mille varud muutuvad iga päevaga väiksemaks. Mõttejõud võimaldas inimkonnal astuda uskumatu sammu tulevikku ja kasutada aatomienergiat, tuues koos selle õnnistusega tohutu ohu kogu keskkonnale.

Keskkonnaprobleem pole vähem terav – ressursside aktiivne kaevandamine ja nende edasine kasutamine mõjutab negatiivselt planeedi seisundit, muutes mitte ainult pinnase olemust, vaid isegi kliimatingimusi.

Seetõttu on erilist tähelepanu pööratud alati looduslikele energiaallikatele, nagu vesi või tuul. Lõpuks, pärast nii palju aastaid kestnud aktiivset uurimis- ja arendustegevust, on inimkond "üles kasvanud" päikeseenergia kasutamiseni Maal. Temast räägime edasi.

Mis selles nii atraktiivset on

Enne konkreetsete näidete juurde asumist uurime välja, miks on teadlased üle maailma seda tüüpi energiatootmise vastu nii huvitatud. Selle peamist vara võib nimetada ammendamatuks. Vaatamata arvukatele hüpoteesidele on tõenäosus, et selline täht nagu Päike lähitulevikus kustub, äärmiselt väike. See tähendab, et inimkonnal on võimalus saada puhast energiat täiesti loomulikul teel.

Maal päikeseenergia kasutamise teine vaieldamatu eelis on selle valiku keskkonnasõbralikkus. Mõju keskkonnale on sellistes tingimustes null, mis omakorda annab kogu maailmale palju helgema tuleviku kui see, mis avaneb piiratud maa-aluste ressursside pideva kaevandamisega.

Lõpuks tuleks erilist tähelepanu pöörata sellele, et päikeseenergia kasutamine ohustab inimest kõige vähem.

Tõesti

Nüüd asume asja juurde. Mõnevõrra poeetiline nimetus "päikeseenergia" peidab tegelikult kiirguse muundamist elektriks spetsiaalselt välja töötatud tehnoloogiate abil. Seda protsessi pakuvad fotogalvaanilised elemendid, mida inimkond kasutab oma eesmärkidel äärmiselt aktiivselt ja üsna eduk alt.

Päikesekiirgus

Ajalooliselt juhtus nii, et nimisõna "kiirgus" tekitab rohkem negatiivseid assotsiatsioone kui positiivseid seoses nende inimtegevusest tingitud katastroofidega, mida maailm suutis oma eluajal üle elada. Sellegipoolest võimaldab Päikese energia Maal kasutamise tehnoloogia sellega töötamist.

Põhimõtteliseltseda tüüpi kiirgus on elektromagnetkiirgus, mille ulatus on 2,8–3,0 mikronit.

Päikesespekter, mida inimkond nii eduk alt kasutab, koosneb tegelikult kolme tüüpi lainetest: ultraviolettlained (umbes 2%), umbes 49% on valguslained ja lõpuks sama palju infrapunakiirgust. Päikeseenergial on väike hulk muid komponente, kuid nende roll on nii tühine, et neil pole erilist mõju Maa elule.

Maad tabava päikeseenergia hulk

Nüüd, kui inimkonna hüvanguks kasutatava spektri koostis on kindlaks tehtud, tuleb märkida veel ühte selle ressursi olulist omadust. Päikeseenergia kasutamine Maal tundub väga paljutõotav ka seetõttu, et seda on saadaval üsna suurtes kogustes peaaegu minimaalsete töötlemiskuludega. Tähe kiiratava energia koguhulk on äärmiselt suur, kuid Maa pinnale jõuab umbes 47%, mis võrdub seitsmesaja kvadriljoni kilovatt-tunniga. Võrdluseks märgime, et ainult üks kilovatt-tund suudab tagada sajavatise võimsusega lambipirni kümneaastase töö.

Päikese kiirguse võimsus ja energiakasutus Maal sõltub loomulikult mitmest tegurist: kliimatingimustest, kiirte langemisnurgast pinnal, aastaajast ja geograafilisest asukohast.

Millal ja kui palju

Lihtne on arvata, et päevane pinnale langev päikeseenergia kogusMaa muutub pidev alt, kuna see sõltub otseselt planeedi asendist Päikese suhtes ja valgusti enda liikumisest. Juba ammu on teada, et keskpäeval on kiirgus maksimaalne, samal ajal kui hommikul ja õhtul jõuab maapinnale palju vähem kiiri.

Võime kindl alt väita, et päikeseenergia kasutamine on kõige produktiivsem ekvatoriaalribale võimalikult lähedal asuvates piirkondades, kuna just seal on kõrgeima ja madalaima näitaja erinevus minimaalne, mis näitab planeedi pinnale jõudva kiirguse maksimaalne kogus. Näiteks Aafrika kõrbealadel ulatub aastane kiirguse hulk keskmiselt 2200 kilovatt-tunnini, samas kui Kanadas või näiteks Kesk-Euroopas ei ületa need näitajad 1000 kilovatt-tundi.

Päikeseenergia ajaloos

Kui mõelda võimalikult lai alt, siis meie planeeti soojendava suure valgusti "t altsutamise" katsed algasid iidsetel aegadel paganluse ajal, kui iga elementi kehastas eraldi jumalus. Kuid loomulikult ei tulnud siis päikeseenergia kasutamine kõne allagi – maailmas valitses maagia.

Päikese energia kasutamise teemat Maal hakati aktiivselt tõstatama alles 14. sajandi lõpus - 20. sajandi alguses. Tõelise läbimurde teaduses tegi 1839. aastal Alexander Edmond Becquerel, kellel õnnestus saada fotogalvaanilise efekti avastajaks. Selle teema uurimine on märkimisväärselt suurenenud ja pärast 44 aastat suutis Charles Fritts kavandada esimesekullatud seleenil põhinev moodul. Selline Päikese energia kasutamine Maal andis väikese koguse vabanenud elektrienergiat - kogutoodang ei ulatunud siis üle 1%. Sellegipoolest oli see kogu inimkonna jaoks tõeline läbimurre, mis avas uusi teaduse horisonte, millest varem polnud isegi unistanud.

Albert Einstein ise andis olulise panuse päikeseenergia arendamisse. Kaasaegses maailmas seostatakse teadlase nime sagedamini tema kuulsa relatiivsusteooriaga, kuid tegelikult pälvis ta Nobeli preemia just välise fotoelektrilise efekti uurimise eest.

Päikeseenergia kasutamise tehnoloogia Maal kogeb tänaseni kas kiireid tõuse või mitte vähem kiireid langusi, kuid seda teadmiste haru täiendatakse pidev alt uute faktidega ja võime loota, et lähitulevikus, avaneb meie ees uks täiesti uude maailma. rahu.

Loodus on meie vastu

Oleme juba rääkinud Päikese energia kasutamise eelistest Maal. Nüüd pöörame tähelepanu selle meetodi puudustele, mis kahjuks pole vähemad.

Geograafilisest asukohast, kliimatingimustest ja Päikese liikumisest tuleneva otsese sõltuvuse tõttu nõuab päikeseenergia piisavas koguses tootmine tohutuid territoriaalseid kulusid. Põhimõte on see, et mida suurem on päikesekiirguse tarbimise ja töötlemise ala, seda suurema koguse keskkonnasõbralikku energiat saame väljundis. Selliste paigutustohutud süsteemid nõuavad palju vaba ruumi, mis põhjustab teatud raskusi.

Teine probleem seoses päikeseenergia kasutamisega Maal on otseses seoses kellaajaga, kuna põlvkond on öösel null ning hommikul ja õhtul äärmiselt ebaoluline.

Lisaks riskiteguriks on ilm ise – järsud tingimuste muutused võivad seda tüüpi süsteemi tööd väga negatiivselt mõjutada, kuna need tekitavad raskusi vajaliku võimsuse silumisel. Mõnes mõttes võivad olukorrad, kus tarbimis- ja tootmismaht järsult muutuvad, olla ohtlikud.

Puhas, kuid kallis

Päikeseenergia kasutamine Maal on praegu keeruline selle kõrge hinna tõttu. Põhiprotsesside teostamiseks vajalikud fotoelemendid on üsna kõrge hinnaga. Loomulikult annavad sellise ressursi kasutamise positiivsed küljed selle ära, kuid majanduslikust seisukohast ei ole hetkel vaja rääkida sularahakulude täielikust tasumisest.

Kuid nagu trend näitab, langevad päikesepatareide hinnad järk-järgult, nii et aja jooksul saab see probleem täielikult lahendada.

Protsessi ebamugavused

Päikese kasutamine energiaallikana on samuti keeruline, kuna see ressursside töötlemise meetod on üsna töömahukas ja ebamugav. Kiirguse tarbimine ja töötlemine sõltub otseselt plaatide puhtusest, mille tagamine on üsna problemaatiline. Lisaks äärmiseltProtsessi mõjutab negatiivselt ka elementide kuumenemine, mida saab ära hoida vaid kõige võimsamate jahutussüsteemide kasutamisega, mis nõuavad täiendavaid materjalikulusid ja märkimisväärseid.

Lisaks muutuvad päikesekollektorites kasutatavad plaadid pärast 30-aastast aktiivset tööd järk-järgult kasutuskõlbmatuks ning päikesepatareide maksumust mainiti varem.

Keskkonnaprobleem

Varem räägiti, et sedalaadi ressursi kasutamine võib tulevikus päästa inimkonna üsna tõsistest keskkonnaprobleemidest. Ressursiallikas ja lõpptoode on tõesti võimalikult keskkonnasõbralikud.

Sellegipoolest on päikeseenergia kasutamine päikesekollektorite tööpõhimõte kasutada spetsiaalseid fotoelemente sisaldavaid plaate, mille valmistamiseks on vaja palju mürgiseid aineid: pliid, arseeni või kaaliumi. Nende kasutamine ei kahjusta keskkonda, kuid arvestades nende piiratud kasutusiga, võib plaatide kõrvaldamine aja jooksul muutuda tõsiseks probleemiks.

Et piirata negatiivset mõju keskkonnale, lähevad tootjad järk-järgult üle õhukese kilega vahvlitele, mis on odavamad ja vähem kahjulikud keskkonnale.

Meetodid kiirguse energiaks muundamiseks

Inimkonna tulevikku käsitlevad filmid ja raamatud annavad meile peaaegu alati sellest protsessist ligikaudu sama pildi, mis tegelikultvõib tegelikkusest oluliselt erineda. Teisendamiseks on mitu võimalust.

Kõige levinum on eelnev alt kirjeldatud fotoelementide kasutamine.

Alternatiivina kasutab inimkond aktiivselt päikesesoojusenergiat, mis põhineb spetsiaalsete pindade kuumutamisel, mis võimaldab soojendada vett saadud temperatuuri õige suunaga. Kui seda protsessi võimalikult palju lihtsustada, saab seda võrrelda paakidega, mida kasutatakse eramajade suviste duši all.

Teine viis kiirguse kasutamiseks energia tootmiseks on "päikesepuri", mis saab töötada ainult vaakumis. Selline süsteem muudab kiirguse kineetiliseks energiaks.

Öise tootmise puudumise probleemi lahendavad osaliselt päikesepalliga elektrijaamad, mille töö jätkub vabaneva energia akumuleerumise ja jahutusprotsessi kestuse tõttu.

Meie ja päikeseenergia

Päikese- ja tuuleenergia ressursse Maal kasutatakse üsna aktiivselt, kuigi me sageli seda ei märka. Varem on juba juttu olnud rahvapärasest vee soojendamisest väliduši all. Tegelikult kasutatakse nendel eesmärkidel enamasti päikeseenergiat. Näiteid on aga palju teisigi: peaaegu igast valgustipoest võib leida akumulatsioonipirne, mis tänu päeval kogunenud energiale töötavad ilma elektrita ka öösel.

Fotoelementidel põhinevaid paigaldusi kasutatakse aktiivselt igasugustes pumbajaamades ja ventilatsioonisüsteemides.

Eile, täna, homme

Üks inimkonna jaoks olulisemaid ressursse on päikeseenergia ja selle kasutamise väljavaated on äärmiselt suured. Seda tööstust rahastatakse, laiendatakse ja täiustatakse aktiivselt. Nüüd on päikeseenergia enim arenenud Ameerika Ühendriikides, kus mõned piirkonnad kasutavad seda täieõigusliku alternatiivse energiaallikana. Seda tüüpi elektrijaamad töötavad ka Mojave kõrbes. Teised riigid on pikka aega võtnud suuna sellise elektritootmise poole, mis võib peagi lahendada keskkonnareostuse probleemi.