Utilizarea energiei solare pe Pământ. Perspective pentru utilizarea energiei solare pe Pământ

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-02-12 12:09

Astăzi, problema consumului de energie este destul de acută - resursele planetei nu sunt nesfârșite, iar în timpul existenței sale, omenirea a devastat destul de mult ceea ce a fost dat de natură. În prezent, cărbunele și petrolul sunt extrase în mod activ, ale căror rezerve devin mai mici pe zi ce trece. Puterea gândirii a permis omenirii să facă un pas incredibil în viitor și să folosească energia atomică, aducând împreună cu această binefacere un pericol uriaș pentru întregul mediu.

Problema de mediu nu este mai puțin acută - extracția activă a resurselor și utilizarea lor ulterioară afectează negativ starea planetei, modificând nu numai natura solurilor, ci chiar și condițiile climatice.

De aceea s-a acordat întotdeauna o atenție deosebită surselor naturale de energie, cum ar fi apa sau vântul. În cele din urmă, după atâția ani de cercetare și dezvoltare activă, omenirea a „crescut” la utilizarea energiei solare pe Pământ. Despre el vom discuta în continuare.

Ce este atât de atractiv la asta

Înainte de a trece la exemple specifice, haideți să aflăm de ce cercetătorii din întreaga lume sunt atât de interesați de acest tip de producție de energie. Principalul său atu poate fi numit inepuizabilitate. În ciuda numeroaselor ipoteze, probabilitatea ca o stea precum Soarele să se stingă în viitorul apropiat este extrem de mică. Aceasta înseamnă că omenirea are oportunitatea de a primi energie curată într-un mod complet natural.

Al doilea avantaj indubitabil al utilizării energiei solare pe Pământ este prietenosul cu mediul înconjurător al acestei opțiuni. Impactul asupra mediului în astfel de condiții va fi zero, ceea ce, la rândul său, oferă întregii lumi un viitor mult mai luminos decât cel care se deschide odată cu extracția constantă a resurselor subterane limitate.

În sfârșit, ar trebui acordată o atenție deosebită faptului că utilizarea energiei solare prezintă cel mai mic pericol pentru oameni.

Serios

Acum să trecem la subiect. Denumirea oarecum poetică „energie solară” ascunde de fapt conversia radiațiilor în electricitate folosind tehnologii special dezvoltate. Acest proces este asigurat de celulele fotovoltaice, pe care umanitatea le folosește extrem de activ în propriile sale scopuri și cu destul de mult succes.

Radiația solară

S-a întâmplat istoric ca substantivul „radiație” să evoce mai multe asocieri negative decât pozitive în legătură cu acele dezastre provocate de om la care lumea a reușit să supraviețuiască în timpul vieții sale. Cu toate acestea, tehnologia de utilizare a energiei Soarelui pe Pământ asigură lucrul cu aceasta.

Practic,acest tip de radiație este radiația electromagnetică, al cărei interval este între 2,8 și 3,0 microni.

Spectrul solar folosit cu atât de succes de omenire constă de fapt din trei tipuri de unde: ultraviolete (aproximativ 2%), aproximativ 49% sunt unde luminoase și, în final, aceeași cantitate este în radiația infraroșie. Energia solară are un număr mic de alte componente, dar rolul lor este atât de nesemnificativ încât nu au un impact deosebit asupra vieții Pământului.

Cantitatea de energie solară care lovește Pământul

Acum că a fost determinată compoziția spectrului folosit în folosul omenirii, ar trebui remarcată încă o caracteristică importantă a acestei resurse. Utilizarea energiei solare pe Pământ pare foarte promițătoare și pentru că este disponibilă în cantități destul de mari la costuri de procesare aproape minime. Cantitatea totală de energie emisă de o stea este extrem de mare, dar aproximativ 47% ajunge la suprafața Pământului, ceea ce este egal cu șapte sute de cvadrilioane de kilowați-oră. Pentru comparație, observăm că doar un kilowatt-oră poate asigura o funcționare de zece ani a unui bec cu o putere de o sută de wați.

Puterea radiației Soarelui și utilizarea energiei pe Pământ, desigur, depind de o serie de factori: condițiile climatice, unghiul de incidență al razelor la suprafață, anotimp și locația geografică.

Când și cât de mult

Este ușor de ghicit că cantitatea zilnică de energie solară cade la suprafațăPământul este în continuă schimbare, deoarece depinde direct de poziția planetei în raport cu Soarele și de mișcarea luminii în sine. Se știe de mult că la prânz radiația este maximă, în timp ce dimineața și seara numărul de raze care ajung la suprafață este mult mai mic.

Putem spune cu încredere că utilizarea energiei solare va fi cea mai productivă în regiuni cât mai apropiate de fâșia ecuatorială, deoarece aici diferența dintre cei mai înalți și cei mai mici indicatori este minimă, ceea ce indică cantitatea maximă de radiație care ajunge la suprafața planetei. De exemplu, în zonele deșertice din Africa, cantitatea anuală de radiații atinge o medie de 2200 de kilowați-oră, în timp ce în Canada sau, de exemplu, Europa Centrală, cifrele nu depășesc 1000 de kilowați-oră.

Energia solară în istorie

Dacă gândiți cât mai larg posibil, încercările de a „îmblânzi” marele luminator care ne încălzește planeta au început în vremuri străvechi, în timpul păgânismului, când fiecare element era întruchipat de o divinitate separată. Cu toate acestea, desigur, atunci folosirea energiei solare era exclusă - magia domnea în lume.

Tema folosirii energiei Soarelui pe Pământ a început să fie pusă în discuție abia la sfârșitul secolului al XIV-lea - începutul secolului al XX-lea. O adevărată descoperire în știință a fost făcută în 1839 de Alexander Edmond Becquerel, care a reușit să devină descoperitorul efectului fotovoltaic. Studiul acestui subiect a crescut semnificativ și, după 44 de ani, Charles Fritts a reușit să proiecteze primulmodul bazat pe seleniu placat cu aur. Această utilizare a energiei Soarelui pe Pământ a dat o cantitate mică de electricitate eliberată - cantitatea totală de producție a fost atunci nu mai mare de 1%. Cu toate acestea, pentru întreaga omenire, aceasta a fost o adevărată descoperire, deschizând noi orizonturi ale științei, la care nici măcar nu fusese visat înainte.

Albert Einstein însuși a avut o contribuție semnificativă la dezvoltarea energiei solare. În lumea modernă, numele omului de știință este mai des asociat cu celebra sa teorie a relativității, dar, de fapt, i s-a acordat Premiul Nobel tocmai pentru studierea efectului fotoelectric extern.

Până în prezent, tehnologia de utilizare a energiei solare pe Pământ se confruntă fie cu creșteri rapide, fie scăderi nu mai puțin rapide, cu toate acestea, această ramură a cunoașterii este actualizată constant cu fapte noi și putem spera că în viitorul apropiat, ușa către o lume complet nouă se va deschide în fața noastră. pace.

Natura este împotriva noastră

Am vorbit deja despre avantajele utilizării energiei Soarelui pe Pământ. Acum să fim atenți la dezavantajele acestei metode, care, din păcate, nu sunt mai puține.

Din cauza dependenței directe de locația geografică, condițiile climatice și mișcarea Soarelui, producerea energiei solare în cantități suficiente necesită costuri teritoriale uriașe. Concluzia este că, cu cât aria de consum și procesare a radiației solare este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de energie ecologică pe care o vom primi la ieșire. Amplasarea unui astfel desistemele uriașe necesită mult spațiu liber, ceea ce provoacă anumite dificultăți.

O altă problemă privind utilizarea energiei solare pe Pământ este în relație directă cu ora din zi, deoarece generarea va fi zero noaptea, și extrem de nesemnificativă dimineața și seara.

Un factor de risc suplimentar este vremea în sine - schimbările bruște ale condițiilor pot avea un impact extrem de negativ asupra funcționării acestui tip de sistem, deoarece provoacă dificultăți în depanarea puterii necesare. Într-un fel, situațiile cu o schimbare bruscă a cantității de consum și producție pot fi periculoase.

Curat, dar scump

Folosirea energiei solare pe Pământ este dificilă în acest moment din cauza costului ridicat. Fotocelulele necesare pentru implementarea proceselor principale au un cost destul de ridicat. Bineînțeles, aspectele pozitive ale utilizării acestui tip de resurse îl fac să plătească, dar din punct de vedere economic, momentan nu este nevoie să vorbim despre rambursarea integrală a costurilor în numerar.

Cu toate acestea, după cum arată tendința, prețul celulelor solare scade treptat, astfel încât în timp această problemă poate fi complet rezolvată.

Inconvenientul procesului

Folosirea Soarelui ca sursă de energie este, de asemenea, dificilă, deoarece această metodă de procesare a resurselor este destul de laborioasă și incomodă. Consumul și procesarea radiațiilor depind direct de curățenia plăcilor, ceea ce este destul de problematic de asigurat. În plus, extrem deÎncălzirea elementelor afectează negativ și procesul, care poate fi prevenit doar prin utilizarea celor mai puternice sisteme de răcire, care necesită costuri suplimentare cu materiale și considerabile.

În plus, plăcile folosite la colectoarele solare, după 30 de ani de muncă activă, treptat devin inutilizabile, iar costul celulelor solare a fost menționat mai devreme.

Problemă de mediu

Se spunea mai devreme că utilizarea acestui tip de resursă poate salva omenirea de probleme destul de grave cu mediul în viitor. Sursa de resurse și produsul final sunt cu adevărat cât mai ecologice posibil.

Cu toate acestea, la utilizarea energiei solare, principiul de funcționare al colectoarelor solare este utilizarea plăcilor speciale cu fotocelule, a căror fabricare necesită o mulțime de substanțe toxice: plumb, arsen sau potasiu. Utilizarea lor nu dăunează mediului, însă, având în vedere durata lor limitată de viață, în timp, eliminarea plăcilor poate deveni o problemă serioasă.

Pentru a limita impactul negativ asupra mediului, producătorii trec treptat la napolitane cu peliculă subțire, care au un cost mai mic și un efect mai puțin dăunător asupra mediului.

Metode pentru transformarea radiațiilor în energie

Filmele și cărțile despre viitorul omenirii aproape întotdeauna ne oferă aproximativ aceeași imagine a acestui proces, care, de fapt,poate diferi semnificativ de realitate. Există mai multe moduri de conversie.

Cea mai comună este utilizarea descrisă anterior a fotocelulelor.

Ca alternativă, omenirea folosește în mod activ energia termică solară, bazată pe încălzirea unor suprafețe speciale, care permite încălzirea apei cu direcția corectă a temperaturii obținute. Dacă simplificați pe cât posibil acest proces, acesta poate fi comparat cu rezervoarele care sunt folosite pentru dușurile de vară în casele particulare.

O altă modalitate de a folosi radiația pentru a genera energie este „vela solară”, care poate funcționa doar în vid. Acest tip de sistem convertește radiația în energie cinetică.

Problema lipsei de generare pe timp de noapte este parțial rezolvată de centralele cu baloane solare, a căror funcționare continuă datorită acumulării de energie eliberată și a duratei procesului de răcire.

Noi și energia solară

Resursele de energie solară și eoliană de pe Pământ sunt folosite destul de activ, deși adesea nu observăm acest lucru. Anterior, încălzirea populară a apei într-un duș în aer liber a fost deja menționată. De fapt, cel mai adesea energia solară este folosită în aceste scopuri. Cu toate acestea, există multe alte exemple: în aproape fiecare magazin de iluminat găsești becuri de stocare care pot funcționa fără electricitate chiar și noaptea datorită energiei acumulate în timpul zilei.

Instalațiile bazate pe fotocelule sunt utilizate în mod activ în toate tipurile de stații de pompare și sisteme de ventilație.

Ieri, azi, mâine

Una dintre cele mai importante resurse pentru umanitate este energia solară, iar perspectivele de utilizare a acesteia sunt extrem de mari. Această industrie este finanțată în mod activ, extinsă și îmbunătățită. Acum energia solară este cel mai dezvoltată în Statele Unite, unde unele regiuni o folosesc ca sursă alternativă de energie cu drepturi depline. De asemenea, centralele electrice de acest tip funcționează în deșertul Mojave. Alte țări s-au îndreptat de mult către acest tip de generare de energie electrică, care ar putea rezolva în curând problema poluării mediului.