Saules enerģijas izmantošana uz Zemes. Saules enerģijas izmantošanas perspektīvas uz Zemes

2024 Autors: Henry Conors | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-02-12 10:42

Mūsdienās enerģijas patēriņa problēma ir diezgan aktuāla - planētas resursi nav bezgalīgi, un savas pastāvēšanas laikā cilvēce ir diezgan daudz izpostījusi dabas doto. Šobrīd aktīvi tiek iegūtas ogles un nafta, kuru krājumi ar katru dienu kļūst mazāki. Domas spēks ļāva cilvēcei spert neticamu soli nākotnē un izmantot atomenerģiju, līdz ar šo svētību radot milzīgas briesmas visai videi.

Vides problēma ir ne mazāk aktuāla - aktīva resursu ieguve un to tālāka izmantošana nelabvēlīgi ietekmē planētas stāvokli, mainot ne tikai augšņu raksturu, bet pat klimatiskos apstākļus.

Tāpēc īpaša uzmanība vienmēr ir pievērsta dabīgiem enerģijas avotiem, piemēram, ūdenim vai vējam. Visbeidzot, pēc tik daudzu gadu aktīvas pētniecības un attīstības cilvēce ir “izaugusi” līdz saules enerģijas izmantošanai uz Zemes. Par viņu mēs runāsim tālāk.

Kas šajā ir tik pievilcīgs

Pirms pāriet pie konkrētiem piemēriem, noskaidrosim, kāpēc pētnieki visā pasaulē ir tik ieinteresēti šāda veida enerģijas ražošanā. Tās galveno vērtību var saukt par neizsmeļamu. Neskatoties uz daudzajām hipotēzēm, iespēja, ka tuvākajā nākotnē nodzisīs tāda zvaigzne kā Saule, ir ārkārtīgi maza. Tas nozīmē, ka cilvēcei ir iespēja saņemt tīru enerģiju pilnīgi dabiskā veidā.

Otra neapšaubāma saules enerģijas izmantošanas priekšrocība uz Zemes ir šīs iespējas videi draudzīgums. Ietekme uz vidi šādos apstākļos būs nulle, kas savukārt nodrošina visai pasaulei daudz gaišāku nākotni nekā tā, kas paveras ar pastāvīgu ierobežotu pazemes resursu ieguvi.

Beidzot īpaša uzmanība jāpievērš tam, ka saules enerģijas izmantošana rada vismazāko bīstamību cilvēkiem.

Tiešām

Tagad ķersimies pie lietas. Nedaudz poētiskais nosaukums "saules enerģija" patiesībā slēpj starojuma pārvēršanu elektroenerģijā, izmantojot īpaši izstrādātas tehnoloģijas. Šo procesu nodrošina fotoelementi, kurus cilvēce ārkārtīgi aktīvi izmanto saviem mērķiem, turklāt diezgan veiksmīgi.

Saules starojums

Vēsturiski ir noticis, ka lietvārds "starojums" izraisa vairāk negatīvas asociācijas nekā pozitīvas saistībā ar tām cilvēka izraisītajām katastrofām, kuras pasaulei savas dzīves laikā izdevās pārdzīvot. Tomēr Saules enerģijas izmantošanas tehnoloģija uz Zemes nodrošina darbu ar to.

Būtībā,šāda veida starojums ir elektromagnētiskais starojums, kura diapazons ir no 2,8 līdz 3,0 mikroniem.

Cilvēces tik veiksmīgi izmantotais saules spektrs patiesībā sastāv no trīs veidu viļņiem: ultravioletā (apmēram 2%), aptuveni 49% ir gaismas viļņi un, visbeidzot, tikpat daudz ir infrasarkanajā starojumā. Saules enerģijai ir neliels skaits citu komponentu, taču to loma ir tik nenozīmīga, ka tām nav īpašas ietekmes uz Zemes dzīvi.

Saules enerģijas daudzums, kas skar Zemi

Tagad, kad ir noteikts cilvēces labā izmantotā spektra sastāvs, jāatzīmē vēl viena svarīga šī resursa iezīme. Saules enerģijas izmantošana uz Zemes šķiet ļoti perspektīva arī tāpēc, ka tā ir pieejama diezgan lielos daudzumos par gandrīz minimālām apstrādes izmaksām. Kopējais zvaigznes izstarotās enerģijas daudzums ir ārkārtīgi liels, bet Zemes virsmu sasniedz aptuveni 47%, kas ir vienāds ar septiņsimt kvadriljonu kilovatstundu. Salīdzinājumam mēs atzīmējam, ka tikai viena kilovatstunda var nodrošināt spuldzes ar simts vatu jaudu desmit gadu darbību.

Saules starojuma jauda un enerģijas izmantošana uz Zemes, protams, ir atkarīga no vairākiem faktoriem: klimatiskajiem apstākļiem, staru krišanas leņķa uz virsmu, gadalaika un ģeogrāfiskās atrašanās vietas.

Kad un cik daudz

Ir viegli uzminēt, ka uz virsmas krītošais saules enerģijas daudzums dienāZeme pastāvīgi mainās, jo tā ir tieši atkarīga no planētas stāvokļa attiecībā pret Sauli un paša gaismekļa kustības. Jau sen zināms, ka pusdienlaikā starojums ir maksimāls, savukārt no rīta un vakarā staru skaits, kas sasniedz virsmu, ir daudz mazāks.

Ar pārliecību varam teikt, ka saules enerģijas izmantošana būs visproduktīvākā reģionos pēc iespējas tuvāk ekvatoriālajai joslai, jo tieši tur atšķirība starp augstākajiem un zemākajiem rādītājiem ir minimāla, kas norāda uz Maksimālais starojuma daudzums, kas sasniedz planētas virsmu. Piemēram, tuksnešainajos Āfrikas apgabalos radiācijas apjoms gadā sasniedz vidēji 2200 kilovatstundas, savukārt Kanādā vai, piemēram, Centrāleiropā, rādītāji nepārsniedz 1000 kilovatstundas.

Saules enerģija vēsturē

Ja domājat pēc iespējas plašāk, mēģinājumi "pieradināt" lielo spīdekli, kas silda mūsu planētu, aizsākās senatnē pagānisma laikā, kad katru elementu iemiesoja atsevišķa dievība. Tomēr, protams, tad par saules enerģijas izmantošanu nebija runas – pasaulē valdīja maģija.

Tēmu par Saules enerģijas izmantošanu uz Zemes sāka aktīvi aktualizēt tikai 14. gadsimta beigās - 20. gadsimta sākumā. Īstu izrāvienu zinātnē 1839. gadā veica Aleksandrs Edmonds Bekerels, kuram izdevās kļūt par fotoelektriskā efekta atklājēju. Šīs tēmas izpēte ir ievērojami palielinājusies, un pēc 44 gadiem Čārlzs Fritss varēja izveidot pirmomodulis, kura pamatā ir zeltīts selēns. Šāda Saules enerģijas izmantošana uz Zemes deva nelielu daudzumu izdalītās elektroenerģijas - kopējais saražotās produkcijas apjoms toreiz nesasniedza vairāk par 1%. Tomēr visai cilvēcei tas bija īsts izrāviens, kas pavēra jaunus zinātnes apvāršņus, par kādiem iepriekš nebija pat sapņos.

Pats Alberts Einšteins sniedza nozīmīgu ieguldījumu saules enerģijas attīstībā. Mūsdienu pasaulē zinātnieka vārds biežāk tiek saistīts ar viņa slaveno relativitātes teoriju, bet patiesībā viņam Nobela prēmija tika piešķirta tieši par ārējā fotoelektriskā efekta izpēti.

Līdz šai dienai Saules enerģijas izmantošanas tehnoloģija uz Zemes piedzīvo vai nu straujus kāpumus, vai ne mazāk straujus kritumus, tomēr šī zināšanu nozare tiek pastāvīgi papildināta ar jauniem faktiem, un mēs varam cerēt, ka pārskatāmā nākotnē, mūsu priekšā atvērsies durvis uz pilnīgi jaunu pasauli. miers.

Daba ir pret mums

Mēs jau esam runājuši par Saules enerģijas izmantošanas priekšrocībām uz Zemes. Tagad pievērsīsim uzmanību šīs metodes trūkumiem, kas diemžēl nav mazāki.

Tiešās atkarības no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, klimatiskajiem apstākļiem un Saules kustības dēļ saules enerģijas ražošana pietiekamā daudzumā prasa milzīgas teritoriālās izmaksas. Būtība ir tāda, ka jo lielāka ir saules starojuma patēriņa un apstrādes platība, jo lielāku videi draudzīgās enerģijas daudzumu mēs saņemsim izejā. Tādu izvietošanamilzīgām sistēmām ir nepieciešams daudz brīvas vietas, kas rada zināmas grūtības.

Vēl viena problēma saistībā ar saules enerģijas izmantošanu uz Zemes ir tieši saistīta ar diennakts laiku, jo naktī paaudze būs nulle, bet no rīta un vakarā tā būs ārkārtīgi nenozīmīga.

Papildu riska faktors ir paši laikapstākļi - pēkšņas apstākļu izmaiņas var ārkārtīgi negatīvi ietekmēt šāda veida sistēmas darbību, jo tās rada grūtības vajadzīgās jaudas atkļūdošanā. Savā ziņā situācijas ar krasām patēriņa un ražošanas apjoma izmaiņām var būt bīstamas.

Tīrs, bet dārgs

Saules enerģijas izmantošana uz Zemes šobrīd ir sarežģīta tās augsto izmaksu dēļ. Galveno procesu īstenošanai nepieciešamajiem fotoelementiem ir diezgan augstas izmaksas. Protams, šāda veida resursa izmantošanas pozitīvie aspekti atmaksājas, taču no ekonomiskā viedokļa šobrīd nav jārunā par pilnu skaidras naudas izmaksu atmaksu.

Tomēr, kā liecina tendence, saules bateriju cena pamazām krītas, tāpēc ar laiku šī problēma var tikt pilnībā atrisināta.

Procesa neērtības

Saules kā enerģijas avota izmantošana ir arī sarežģīta, jo šī resursu apstrādes metode ir diezgan darbietilpīga un neērta. Radiācijas patēriņš un apstrāde ir tieši atkarīga no plākšņu tīrības, ko nodrošināt ir diezgan problemātiski. Turklāt ārkārtīgiElementu sasilšana negatīvi ietekmē arī procesu, ko var novērst, tikai izmantojot jaudīgākās dzesēšanas sistēmas, kas prasa papildu materiālu izmaksas un ievērojamas.

Turklāt saules kolektoros izmantotās plāksnes pēc 30 gadu aktīva darba pamazām kļūst nelietojamas, un par saules bateriju izmaksām tika runāts jau iepriekš.

Vides problēma

Iepriekš tika runāts, ka šāda veida resursa izmantošana nākotnē var glābt cilvēci no diezgan nopietnām problēmām ar vidi. Resursu avots un gala produkts patiešām ir pēc iespējas videi draudzīgāks.

Tomēr saules enerģijas izmantošana, saules kolektoru darbības princips ir izmantot īpašas plāksnes ar fotoelementiem, kuru izgatavošanai nepieciešams daudz toksisku vielu: svina, arsēna vai kālija. To izmantošana nenodara nekādu kaitējumu videi, tomēr, ņemot vērā to ierobežoto kalpošanas laiku, laika gaitā plākšņu likvidēšana var kļūt par nopietnu problēmu.

Lai ierobežotu negatīvo ietekmi uz vidi, ražotāji pakāpeniski pāriet uz plānplēves vafelēm, kurām ir zemākas izmaksas un mazāk kaitīga ietekme uz vidi.

Metodes starojuma pārvēršanai enerģijā

Filmas un grāmatas par cilvēces nākotni gandrīz vienmēr sniedz mums aptuveni vienādu priekšstatu par šo procesu, kas patiesībāvar būtiski atšķirties no realitātes. Ir vairāki konvertēšanas veidi.

Visizplatītākā ir iepriekš aprakstītā fotoelementu izmantošana.

Kā alternatīvu cilvēce aktīvi izmanto saules siltumenerģiju, kuras pamatā ir speciālu virsmu sildīšana, kas ļauj sildīt ūdeni ar atbilstošu iegūtās temperatūras virzienu. Ja šo procesu maksimāli vienkāršo, to var salīdzināt ar tvertnēm, kuras izmanto vasaras dušām privātmājās.

Cits veids, kā izmantot starojumu enerģijas iegūšanai, ir "saules bura", kas var darboties tikai vakuumā. Šāda sistēma pārvērš starojumu kinētiskā enerģijā.

Ražošanas trūkuma problēmu naktī daļēji risina saules balonu elektrostacijas, kuru darbība turpinās, pateicoties izdalītās enerģijas uzkrāšanai un dzesēšanas procesa ilgumam.

Mēs un saules enerģija

Saules un vēja enerģijas resursi uz Zemes tiek izmantoti diezgan aktīvi, lai gan mēs bieži to nepamanām. Iepriekš jau tika pieminēta tautas ūdens sildīšana āra dušā. Patiesībā šiem nolūkiem visbiežāk tiek izmantota saules enerģija. Tomēr ir arī daudzi citi piemēri: gandrīz katrā apgaismojuma veikalā var atrast akumulācijas spuldzes, kas, pateicoties dienā uzkrātajai enerģijai, var darboties bez elektrības pat naktī.

Uz fotoelementiem balstītas iekārtas tiek aktīvi izmantotas visu veidu sūkņu stacijās un ventilācijas sistēmās.

Vakar, šodien, rīt

Viens no svarīgākajiem cilvēces resursiem ir saules enerģija, un tās izmantošanas izredzes ir ārkārtīgi lielas. Šī nozare tiek aktīvi finansēta, paplašināta un pilnveidota. Tagad saules enerģija ir visvairāk attīstīta Amerikas Savienotajās Valstīs, kur daži reģioni to izmanto kā pilnvērtīgu alternatīvu enerģijas avotu. Arī Mohaves tuksnesī darbojas šāda veida spēkstacijas. Citas valstis jau sen ir virzījušās uz šāda veida elektroenerģijas ražošanu, kas drīzumā var atrisināt vides piesārņojuma problēmu.