Využitie slnečnej energie na Zemi. Perspektívy využitia slnečnej energie na Zemi

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-12 12:26

Problém spotreby energie je dnes dosť akútny – zdroje planéty nie sú nekonečné a ľudstvo počas svojej existencie dosť zdevastovalo to, čo dala príroda. V súčasnosti sa aktívne ťaží uhlie a ropa, ktorých zásoby sa každým dňom zmenšujú. Sila myšlienky umožnila ľudstvu urobiť neuveriteľný krok do budúcnosti a využiť atómovú energiu, čo spolu s týmto dobrodením prinieslo obrovské nebezpečenstvo pre celé životné prostredie.

Otázka životného prostredia nie je o nič menej akútna - aktívna ťažba zdrojov a ich ďalšie využívanie nepriaznivo ovplyvňuje stav planéty, mení nielen charakter pôd, ale dokonca aj klimatické podmienky.

Preto bola vždy venovaná zvláštna pozornosť prírodným zdrojom energie, ako je voda alebo vietor. Napokon, po toľkých rokoch aktívneho výskumu a vývoja ľudstvo „dospelo“k využívaniu slnečnej energie na Zemi. Práve o ňom budeme ďalej diskutovať.

Čo je na tom také príťažlivé

Skôr než prejdeme na konkrétne príklady, poďme zistiť, prečo sa výskumníci z celého sveta tak zaujímajú o tento typ výroby energie. Jeho hlavnou devízou možno nazvať nevyčerpateľnosť. Napriek mnohým hypotézam je pravdepodobnosť, že hviezda ako Slnko v blízkej budúcnosti zhasne, extrémne malá. To znamená, že ľudstvo má možnosť prijímať čistú energiu úplne prirodzeným spôsobom.

Druhou nepochybnou výhodou využívania slnečnej energie na Zemi je šetrnosť tejto možnosti k životnému prostrediu. Vplyv na životné prostredie za takýchto podmienok bude nulový, čo zase poskytuje celému svetu oveľa svetlejšiu budúcnosť, ako tá, ktorá sa otvára neustálou ťažbou obmedzených podzemných zdrojov.

Nakoniec, osobitná pozornosť by sa mala venovať skutočnosti, že využívanie slnečnej energie predstavuje pre ľudí najmenšie nebezpečenstvo.

Naozaj

Teraz poďme k veci. Trochu poetický názov „slnečná energia“v skutočnosti skrýva premenu žiarenia na elektrinu pomocou špeciálne vyvinutých technológií. Tento proces zabezpečujú fotovoltické články, ktoré ľudstvo mimoriadne aktívne využíva pre svoje účely, a to celkom úspešne.

Slnečné žiarenie

Historicky sa stalo, že podstatné meno „žiarenie“vyvoláva v súvislosti s katastrofami spôsobenými človekom, ktoré svet počas svojho života prežil, viac negatívnych ako pozitívnych asociácií. Technológia využívania energie Slnka na Zemi však umožňuje s ňou pracovať.

V podstatetento typ žiarenia je elektromagnetické žiarenie, ktorého rozsah je medzi 2,8 a 3,0 mikrónov.

Slnečné spektrum, ktoré ľudstvo tak úspešne využíva, v skutočnosti pozostáva z troch typov vĺn: ultrafialové (asi 2 %), asi 49 % sú svetelné vlny a napokon, rovnaké množstvo je v infračervenom žiarení. Slnečná energia má malý počet ďalších zložiek, ale ich úloha je taká zanedbateľná, že nemajú osobitný vplyv na život na Zemi.

Množstvo slnečnej energie dopadajúcej na Zem

Teraz, keď bolo určené zloženie spektra používaného v prospech ľudstva, treba poznamenať ešte jednu dôležitú vlastnosť tohto zdroja. Využitie slnečnej energie na Zemi sa javí ako veľmi sľubné aj preto, že je dostupná v pomerne veľkých množstvách pri takmer minimálnych nákladoch na spracovanie. Celkové množstvo energie vyžarovanej hviezdou je extrémne vysoké, no na povrch Zeme sa dostane asi 47 %, čo sa rovná sedemsto kvadriliónom kilowatthodín. Pre porovnanie uvádzame, že iba jedna kilowatthodina dokáže zabezpečiť desaťročnú prevádzku žiarovky s výkonom sto wattov.

Sila slnečného žiarenia a využitie energie na Zemi, samozrejme, závisí od množstva faktorov: klimatických podmienok, uhla dopadu lúčov na povrch, ročného obdobia a geografickej polohy.

Kedy a koľko

Je ľahké uhádnuť, aké denné množstvo slnečnej energie dopadá na povrchZem sa neustále mení, pretože priamo závisí od polohy planéty vo vzťahu k Slnku a od pohybu samotného svietidla. Už dlho je známe, že na poludnie je žiarenie maximálne, zatiaľ čo ráno a večer je počet lúčov dopadajúcich na povrch oveľa menší.

Môžeme s istotou povedať, že využitie slnečnej energie bude najproduktívnejšie v regiónoch čo najbližšie k rovníkovému pásu, keďže práve tam je rozdiel medzi najvyšším a najnižším ukazovateľom minimálny, čo naznačuje maximálne množstvo žiarenia dopadajúceho na povrch planéty. Napríklad v púštnych afrických oblastiach dosahuje ročné množstvo žiarenia v priemere 2200 kilowatthodín, kým v Kanade alebo napríklad v strednej Európe nepresahujú čísla 1000 kilowatthodín.

Slnečná energia v histórii

Ak uvažujete čo najširšie, pokusy „skrotiť“veľké svietidlo, ktoré ohrieva našu planétu, sa začali v dávnych dobách počas pohanstva, keď každý prvok stelesňovalo samostatné božstvo. Avšak, samozrejme, potom o využití slnečnej energie nemohla byť reč – vo svete vládla mágia.

Téma využívania energie Slnka na Zemi sa začala aktívne otvárať až koncom 14. – začiatkom 20. storočia. Skutočný prielom vo vede urobil v roku 1839 Alexander Edmond Becquerel, ktorému sa podarilo stať sa objaviteľom fotovoltaického efektu. Štúdium tejto témy sa výrazne zvýšilo a po 44 rokoch bol Charles Fritts schopný navrhnúť vôbec prvýmodul na báze pozláteného selénu. Toto využitie energie Slnka na Zemi poskytlo malé množstvo uvoľnenej elektriny - celkové množstvo produkcie potom predstavovalo nie viac ako 1%. Pre celé ľudstvo to však bol skutočný prielom, ktorý otvoril nové obzory vedy, o ktorých sa predtým ani nesnívalo.

Sám Albert Einstein významne prispel k rozvoju solárnej energie. V modernom svete sa meno vedca častejšie spája s jeho slávnou teóriou relativity, no v skutočnosti mu bola udelená Nobelova cena práve za štúdium vonkajšieho fotoelektrického javu.

Technológia využívania slnečnej energie na Zemi do dnešného dňa zažíva buď rýchle vzostupy, alebo nemenej rýchle pády, avšak toto odvetvie poznania je neustále aktualizované o nové skutočnosti a môžeme dúfať, že v dohľadnej dobe, otvoria sa pred nami dvere do úplne nového sveta. mier.

Príroda je proti nám

O výhodách využívania energie Slnka na Zemi sme už hovorili. Teraz venujme pozornosť nevýhodám tejto metódy, ktoré, žiaľ, nie sú o nič menšie.

Vzhľadom na priamu závislosť od geografickej polohy, klimatických podmienok a pohybu Slnka si výroba slnečnej energie v dostatočnom množstve vyžaduje obrovské územné náklady. Základom je, že čím väčšia plocha spotreby a spracovania slnečného žiarenia, tým väčšie množstvo ekologickej energie získame na výstupe. Umiestnenie takýchobrovské systémy vyžadujú veľa voľného miesta, čo spôsobuje určité ťažkosti.

Ďalší problém týkajúci sa využívania slnečnej energie na Zemi je v priamej súvislosti s dennou dobou, keďže v noci bude jej generovanie nulové a ráno a večer mimoriadne zanedbateľné.

Dodatočným rizikovým faktorom je samotné počasie – prudké zmeny podmienok môžu mať mimoriadne negatívny vplyv na prevádzku tohto druhu systému, pretože spôsobujú ťažkosti pri odlaďovaní potrebného výkonu. V istom zmysle môžu byť situácie s prudkou zmenou množstva spotreby a výroby nebezpečné.

Čisté, ale drahé

Využitie slnečnej energie na Zemi je v súčasnosti náročné kvôli jej vysokým nákladom. Fotobunky potrebné na realizáciu hlavných procesov majú pomerne vysoké náklady. Samozrejme, vďaka pozitívnym aspektom využívania tohto druhu zdrojov sa to vypláca, ale z ekonomického hľadiska v súčasnosti nie je potrebné hovoriť o plnej návratnosti hotovostných nákladov.

Ako však ukazuje trend, cena solárnych článkov postupne klesá, takže časom možno tento problém úplne vyriešiť.

Nepohodlnosť procesu

Využitie Slnka ako zdroja energie je náročné aj preto, že tento spôsob spracovania zdrojov je dosť prácny a nepohodlný. Spotreba a spracovanie žiarenia priamo závisí od čistoty platní, čo je dosť problematické zabezpečiť. Navyše extrémneZahrievanie prvkov tiež negatívne ovplyvňuje proces, ktorému sa dá zabrániť iba použitím najvýkonnejších chladiacich systémov, čo si vyžaduje dodatočné materiálové náklady, a to značné.

Okrem toho sa dosky používané v solárnych kolektoroch po 30 rokoch aktívnej práce postupne stávajú nepoužiteľnými a cena solárnych článkov bola spomenutá už skôr.

Environmentálny problém

Skôr sa hovorilo, že využívanie tohto druhu zdrojov môže ľudstvo v budúcnosti zachrániť pred dosť vážnymi problémami so životným prostredím. Zdroj zdrojov a konečný produkt sú skutočne maximálne šetrné k životnému prostrediu.

Napriek tomu využitie slnečnej energie, princíp fungovania slnečných kolektorov spočíva v použití špeciálnych platní s fotočlánkami, na výrobu ktorých je potrebné množstvo toxických látok: olovo, arzén či draslík. Ich používanie nepoškodzuje životné prostredie, avšak vzhľadom na ich obmedzenú životnosť sa časom môže stať likvidácia tanierov vážnym problémom.

Na obmedzenie negatívneho vplyvu na životné prostredie výrobcovia postupne prechádzajú na tenkovrstvové doštičky, ktoré majú nižšie náklady a menej škodlivý vplyv na životné prostredie.

Metódy premeny žiarenia na energiu

Filmy a knihy o budúcnosti ľudstva nám takmer vždy poskytujú približne rovnaký obraz tohto procesu, ktorý v skutočnostisa môže výrazne líšiť od skutočnosti. Existuje niekoľko spôsobov konverzie.

Najbežnejšie je už opísané použitie fotobuniek.

Ako alternatívu ľudstvo aktívne využíva solárnu tepelnú energiu založenú na ohreve špeciálnych povrchov, čo umožňuje ohrev vody v správnom smere získanej teploty. Ak tento proces čo najviac zjednodušíte, možno ho porovnať s nádržami, ktoré sa používajú na letné sprchy v súkromných domoch.

Ďalším spôsobom využitia žiarenia na výrobu energie je „slnečná plachta“, ktorá môže fungovať iba vo vákuu. Tento druh systému premieňa žiarenie na kinetickú energiu.

Problém nedostatku výroby v noci čiastočne riešia solárne balónové elektrárne, ktorých prevádzka pokračuje v dôsledku akumulácie uvoľnenej energie a trvania chladiaceho procesu.

My a solárna energia

Zdroje slnečnej a veternej energie sa na Zemi využívajú pomerne aktívne, aj keď si to často nevšimneme. Dávnejšie sa už spomínalo ľudové ohrievanie vody vo vonkajšej sprche. V skutočnosti sa na tieto účely najčastejšie využíva slnečná energia. Existuje však mnoho ďalších príkladov: takmer v každom obchode so svietidlami nájdete akumulačné žiarovky, ktoré môžu fungovať bez elektriny aj v noci vďaka energii naakumulovanej počas dňa.

Inštalácie založené na fotobunkách sa aktívne používajú vo všetkých druhoch čerpacích staníc a ventilačných systémov.

Včera, dnes, zajtra

Jedným z najdôležitejších zdrojov pre ľudstvo je solárna energia a vyhliadky na jej využitie sú mimoriadne vysoké. Toto odvetvie je aktívne financované, rozširované a zlepšované. Teraz je solárna energia najviac rozvinutá v Spojených štátoch, kde ju niektoré regióny využívajú ako plnohodnotný alternatívny zdroj energie. Elektrárne tohto typu fungujú aj v Mohavskej púšti. Ostatné krajiny už dlho smerujú k tomuto typu výroby elektriny, čo môže čoskoro vyriešiť problém znečistenia životného prostredia.