Utilizarea energiei solare, energie solară - istorie a dezvoltării, argumente pro și contra

Moda energiei alternative ia amploare. În plus, accentul se pune pe sursele de energie regenerabilă - maree, vânt, solar. Energia solară (sau fotovoltaica) este considerată unul dintre sectoarele industriale cu cea mai rapidă creștere. Destul de des afirmații foarte optimiste precum faptul că toată energia din timpurile viitoare, nu mai puțin, se va baza pe energia solară.

Strict vorbind, energia unei stele numită Soare este prezentă într-o formă „conservată” în toate tipurile de combustibili fosili – cărbune, petrol, gaz. Această energie începe să se acumuleze în stadiul de creștere a plantelor, care consumă lumina solară și căldură, care, datorită proceselor biologice complexe, se transformă în fosile de carbon. Energia apei, circulația ei este susținută și de Soare.

Densitatea energiei solare la limita superioară a atmosferei este de 1350 W/m2, se numește „constantă solară”. Când razele soarelui trec prin atmosfera Pământului, o parte din radiație este împrăștiată.Dar chiar și pe suprafața Pământului, densitatea sa este suficientă pentru o posibilă utilizare, chiar și pe vreme înnorată.

Istoria dezvoltării

Efectul fotovoltaic (adică apariția unui curent staționar într-un material omogen cu fotoexcitația sa omogenă) a fost descoperit în 1839 de către fizicianul francez Alexandre-Edmond Becquerel. Puțin mai târziu, englezul Willoughby Smith și germanul Heinrich-Rudolph Hertz au descoperit în mod independent fotoconductivitatea seleniului și fotoconductivitatea ultravioletă.

În 1888, primul „dispozitiv de recuperare a radiațiilor solare” a fost brevetat în America. Primele realizări ale oamenilor de știință ruși în domeniul fotoconductivității datează din 1938. Apoi, în laboratorul academicianului Abram Joffe, a fost creat pentru prima dată un element de conversie a energiei solare, care era planificat să fie folosit în energia solară.

Dezvoltarea energiei solare terestre a fost precedată de o mare activitate a oamenilor de știință (inclusiv fizicienii de la Școala științifică Leningrad-Petersburg Boris Kolomiets și Yuri Maslakovts) în domeniul bateriilor solare pentru scopuri spațiale. Ei au creat în Institutul de Fizică și Tehnologie din Leningrad fotocelule din sulf de taliu, a căror eficiență era egală cu 1% - un adevărat record pentru acea vreme.

Abram Joffe a devenit și autorul soluției de instalare acum populare fotocelule pe acoperișuri (deși ideea nu a prins prea mult la început pur și simplu din cauza faptului că nimeni nu se confrunta cu o penurie de combustibili fosili la acea vreme). Astăzi, țări precum Germania, SUA, Japonia, Israel instalează din ce în ce mai mult panouri solare pe acoperișurile clădirilor, creând astfel „case eficiente din punct de vedere energetic”.

Energia solară a început să atragă mai mult interes în a doua jumătate a secolului XX.Datorită dezvoltărilor practice din acest domeniu, au fost create centrale termice, unde lichidul de răcire este încălzit prin radiația solară directă, iar un generator turbo-electric antrenează aburul generat în cazan.

Odată cu acumularea de cunoștințe și progresul de la teorie la practică, se pune problema rentabilității generației solare. Inițial, sarcinile energiei solare nu au depășit furnizarea de obiecte locale, de exemplu, greu accesibile sau îndepărtate de sistemul electric central. Deja în 1975, puterea totală a tuturor instalațiilor solare de pe planetă era de doar 300 kW, iar prețul unui kilowatt de putere a ajuns la 20 de mii de dolari.

Principiul de funcționare al centralelor solare:

Cum se transformă energia solară în electricitate

Tipuri comune de panouri solare

Dar, desigur, scoaterea din sol a energiei solare – chiar și fără a lua în considerare componenta economică – a necesitat o eficiență semnificativ mai mare. Și au reușit oarecum să o atingă. Eficiența generatoarelor moderne de semiconductori din siliciu este deja de 15-24% (vezi - Eficiența celulelor și modulelor solare), motiv pentru care (precum și scăderea prețului lor) există o cerere constantă astăzi.

Producția de panouri solare a fost stăpânită de mari companii globale precum Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell și altele. Costul unui watt de energie electrică instalată a celulelor solare semiconductoare a scăzut la 2 USD.

Chiar și în epoca sovietică, s-a estimat că 4 mii km2 de module solare erau capabile să acopere nevoile anuale de electricitate ale întregii lumi. Și eficiența bateriilor la acel moment nu depășea 6%.

În ultimul secol, au fost înființate centrale solare de 10 megawați (SPP) în SUA, Franța, Spania, Italia și alte țări „solare”. În URSS, prima centrală solară experimentală cu o capacitate de 5 MW a fost construită în Peninsula Kerci, unde numărul de zile însorite pe an este unul dintre cele mai mari din regiune.

Unele dintre aceste stații sunt încă în funcțiune, multe au încetat să mai funcționeze, dar este sigur că nu pot concura în principiu cu sistemele solare fotovoltaice moderne.

Centrale solare:

Tipuri de centrale solare

Centrale solare plutitoare

Concentratoare solare

profesionisti

Punctele forte ale energiei solare sunt evidente pentru toți și nu au nevoie de explicații detaliate.

În primul rând, resursele Soarelui vor dura mult timp – durata de viață a unei stele este estimată de oamenii de știință la aproximativ 5 miliarde de ani.

În al doilea rând, utilizarea energiei solare nu amenință emisiile de gaze cu efect de seră, încălzirea globală și poluarea generală a mediului, de exemplu. nu afectează echilibrul ecologic al planetei.

O centrală fotovoltaică cu o capacitate de 1 MW produce anual circa 2 milioane kW, ceea ce previne emisiile de dioxid de carbon în comparație cu o centrală cu ardere în următoarele volume: pe gaz aproximativ 11 mii tone, pe produse petroliere 1,1-1,5 mii tone, pe cărbune. 1,7-2,3 mii tone...

Contra

Blocajele energiei solare includ, în primul rând, eficiența încă insuficientă și, în al doilea rând, costul nu suficient de mic pe kilowatt oră - ceva care ridică semne de întrebare cu privire la utilizarea pe scară largă a oricărei surse de energie regenerabilă.

La aceasta se adaugă și faptul că o cantitate suficientă de radiație solară de pe suprafața pământului este împrăștiată necontrolat.

Siguranța mediului este, de asemenea, strict sub semnul întrebării - la urma urmei, încă nu este clar ce să faci cu eliminarea elementelor uzate.

În cele din urmă, gradul de studiu al energiei solare – orice ar spune ei – este încă departe de a fi perfect.

Cea mai slabă verigă a energiei solare este eficiența scăzută a bateriilor; rezolvarea acestei probleme este doar o chestiune de timp.

Utilizare

Da, obținerea energiei de la Soare nu este cel mai ieftin proiect. Dar, mai întâi, în ultimii treizeci de ani, un watt generat cu ajutorul fotocelulelor a devenit de zece ori mai ieftin. Și în al doilea rând, dorința țărilor europene de a reduce dependența de sursele tradiționale de energie joacă rolul energiei solare. De asemenea, nu uitați de Protocolul de la Kyoto. Putem spune acum că energia solară se dezvoltă într-un ritm constant atât din punct de vedere al științei, cât și din punct de vedere al comerțului.

Astăzi, energia solară este utilizată cel mai activ în trei scopuri:

• incalzire si apa calda si aer conditionat;

• conversie în energie electrică folosind convertoare solare fotovoltaice;

• producerea de energie pe scară largă pe baza ciclului termic.

Energia solară nu trebuie convertită în energie electrică, dar este foarte posibil să o folosești ca căldură. De exemplu, pentru încălzirea și apă caldă a unităților rezidențiale și industriale.

Baza principiului de funcționare a proiectării sistemelor de încălzire solară este încălzirea antigelului.Căldura este apoi transferată în rezervoarele de stocare, situate de obicei în subsol, și consumată de acolo.

Unul dintre cei mai mari consumatori potențiali de energie fotovoltaică este sectorul agricol, care poate consuma în mod independent sute de megawați de energie solară de vârf pe an. La aceasta se pot adăuga suport de navigație, energie pentru sisteme de telecomunicații, sisteme pentru stațiune și afaceri de sănătate și turism, precum și vile, lumini solare stradale și multe altele.

Astăzi se ia în considerare cu seriozitate posibilitatea unor modalități absolut fantastice, din punctul de vedere al profanului, de a folosi energia solară. De exemplu, proiecte pentru orbită în jurul stațiilor solare sau, și mai fantastic, centrale solare de pe Lună.

Și într-adevăr există astfel de proiecte. În spațiu, concentrația de energie solară este mult mai mare în comparație cu planeta noastră albastră. Transmiterea energiei pe Pământ este posibilă utilizând radiația de lumină direcționată (laser) sau de ultraînaltă frecvență (microunde).

Continuând subiectul: Creșteți energia solară în lume