Korištenje solarne energije za proizvodnju električne energije. Kako se koristi solarna energija

Šta se obično naziva solarna energija? To je energija koju proizvodi sunce u obliku svjetlosti i topline. Osim toga, postoje sekundarni oblici sunčeve energije kao što su energija vjetra i valova. Sve ove vrste energije čine većinu obnovljive energije na Zemlji.

Zemlja prima 174 petavata (PW) sunčevog zračenja u gornjim slojevima atmosfere. 30% se reflektuje nazad u svemir, a ostatak apsorbuju oblaci, okeani i kopno. Zemljina površina, okeani i atmosfera apsorbuju sunčevo zračenje, što im povećava temperaturu. Topli vazduh koji sadrži vodu iz okeana diže se, izazivajući konvekciju. Kada zrak dosegne velike nadmorske visine gdje je temperatura niska, vodena para se kondenzira u oblake i uzrokuje kišu. Latentna toplina kondenzacije vode povećava konvekciju, stvarajući vjetar. Energiju apsorbuju okeani i kopno, održavajući površinu na prosječnoj temperaturi od oko 14 C.

Zelene biljke pretvaraju sunčevu energiju u hemijsku energiju fotosintezom. Naša proizvodnja hrane u potpunosti ovisi o solarnoj energiji. Nakon svog života, biljke umiru i propadaju u Zemlju, što je način na koji sunčeva energija daje biomasu koja je stvorila fosilna goriva koja poznajemo.

Načini korištenja solarne energije

Ljudi koriste solarnu energiju u mnogo različitih oblika: za grijanje i hlađenje prostorija, proizvodnju destilacije vode za piće, dezinfekciju, rasvjetu, proizvodnju tople vode i kuhanje. Načini na koje se solarna energija može iskoristiti ograničeni su samo ljudskom genijalnošću.

Solarne tehnologije su ili pasivne ili aktivne, ovisno o načinu hvatanja energije, koja se zatim pretvara i distribuira.

Aktivne solarne tehnologije

Aktivne solarne tehnologije uključuju fotonaponskih panela i solarnih termalnih kolektora.

Pasivne solarne tehnologije

Pasivne metode uključuju orijentacija objekta prema suncu radi primanja maksimalne količine dnevne svjetlosti i topline, kao i izbor materijala sa željenim toplinskim svojstvima.

Naša trenutna ovisnost o fosilnim gorivima polako se zamjenjuje alternativnim izvorima energije. Neka goriva mogu na kraju postati beskorisna, ali solarna energija nikada neće zastarjeti, kontrolirati strane sile ili nestati. Sunce koristi sopstvene rezerve vodika, proizvodiće korisnu energiju sve dok ne eksplodira. Izazov s kojim se ljudi susreću je uhvatiti ovu energiju, a do sada je najlakši način da to učinite korištenjem fosilnih goriva.

Poslednjih godina naučnici su posebno zainteresovani za alternativne izvore energije. Nafta i gas će pre ili kasnije nestati, pa moramo sada razmišljati kako ćemo opstati u ovoj situaciji. U Evropi se vjetroturbine aktivno koriste, neko pokušava izvući energiju iz okeana, a mi ćemo pričati o solarnoj energiji. Uostalom, zvijezda koju vidimo na nebu gotovo svaki dan može nam pomoći da spasimo i poboljšamo ekološku situaciju. Važnost Sunca za Zemlju teško je precijeniti – ono daje toplinu, svjetlost i omogućava funkcioniranje cijelog života na planeti. Pa zašto mu ne pronaći drugu upotrebu?

Malo istorije

Sredinom 19. vijeka, fizičar Alexandre Edmond Becquerel otkrio je fotonaponski efekat. I do kraja stoljeća, Charles Fritts stvorio je prvi uređaj sposoban za pretvaranje sunčeve energije u električnu. U tu svrhu korišten je selen presvučen tankim slojem zlata. Učinak je bio slab, ali se upravo ovaj izum često povezuje s početkom ere solarne energije. Neki naučnici se ne slažu sa ovom formulacijom. Svjetski poznatog naučnika Alberta Ajnštajna nazivaju osnivačem ere solarne energije. Godine 1921. dobio je Nobelovu nagradu za objašnjenje zakona vanjskog fotoelektričnog efekta.

Čini se da je solarna energija obećavajući put razvoja. Ali postoje mnoge prepreke njegovom ulasku u svaki dom - uglavnom ekonomske i ekološke. U nastavku ćemo saznati kolika je cijena solarnih panela, kakvu štetu mogu nanijeti okolišu i koje druge metode proizvodnje energije postoje.

Metode uštede

Najhitniji zadatak vezan za ukroćenje sunčeve energije nije samo njeno primanje, već i njeno akumuliranje. A to je upravo ono što je najteže. Trenutno su naučnici razvili samo 3 metode za potpuno pripitomljavanje sunčeve energije.

Prvi se bazira na upotrebi paraboličnog ogledala i pomalo liči na igru ​​sa lupom, što je svima poznato od djetinjstva. Svetlost prolazi kroz sočivo, konvergirajući u jednoj tački. Ako stavite komad papira na ovo mjesto, on će se zapaliti, jer je temperatura ukrštenih sunčevih zraka nevjerovatno visoka. Parabolično ogledalo je konkavni disk koji podsjeća na plitku zdjelu. Ovo ogledalo, za razliku od lupe, ne propušta, već reflektuje sunčevu svetlost, sakupljajući je u jednoj tački, koja je obično usmerena na crnu cev sa vodom. Ova boja se koristi jer najbolje upija svjetlost. Voda u cijevi zagrijava se sunčevim zracima i može se koristiti za proizvodnju električne energije ili za grijanje malih kuća.

Flat heater

Ova metoda koristi potpuno drugačiji sistem. Prijemnik solarne energije izgleda kao višeslojna struktura. Princip njegovog rada izgleda ovako.

Prolazeći kroz staklo, zraci udaraju u potamnjeli metal, za koji se zna da bolje apsorbira svjetlost. Sunčevo zračenje pretvara se i zagrijava u vodu koja se nalazi ispod željezne ploče. Tada se sve dešava kao u prvoj metodi. Zagrijana voda se može koristiti za grijanje prostora ili za proizvodnju električne energije. Istina, efikasnost ove metode nije toliko visoka da se može koristiti svugdje.

Po pravilu, solarna energija dobijena na ovaj način je toplota. Za proizvodnju električne energije mnogo se češće koristi treća metoda.

Solarne ćelije

Najpoznatiji nam je ovaj način dobijanja energije. Podrazumijeva korištenje raznih baterija ili solarnih panela, koji se mogu naći na krovovima mnogih modernih kuća. Ova metoda je složenija od prethodno opisane, ali mnogo više obećava. To je ono što omogućava da se sunce pretvori u električnu energiju u industrijskim razmjerima.

Specijalni paneli dizajnirani za hvatanje zraka napravljeni su od obogaćenih kristala silicija. Sunčeva svjetlost koja ih udara izbacuje elektron iz orbite. Drugi odmah nastoji zauzeti njegovo mjesto, stvarajući tako kontinuirani pokretni lanac, koji stvara struju. Ako je potrebno, odmah se koristi za napajanje uređaja ili se akumulira u obliku električne energije u posebnim baterijama.

Popularnost ove metode opravdava se činjenicom da vam omogućava da dobijete više od 120 W sa samo jednog kvadratnog metra solarne baterije. Istovremeno, ploče imaju relativno malu debljinu, što im omogućava da se postavljaju gotovo bilo gdje.

Vrste silikonskih panela

Postoji nekoliko vrsta solarnih panela. Prvi su napravljeni od monokristalnog silicijuma. Njihova efikasnost je oko 15%. Ovo su najskuplje.

Efikasnost elemenata napravljenih od polikristalnog silicijuma dostiže 11%. Oni koštaju manje jer se materijal za njih dobiva pomoću pojednostavljene tehnologije. Treći tip je najekonomičniji i ima minimalnu efikasnost. To su paneli napravljeni od amorfnog silicijuma, odnosno nekristalnog. Osim niske efikasnosti, imaju još jedan značajan nedostatak - krhkost.

Kako bi povećali efikasnost, neki proizvođači koriste obje strane solarne ploče - stražnju i prednju. To vam omogućava da uhvatite svjetlost u velikim količinama i povećavate količinu primljene energije za 15-20%.

Domaći proizvođači

Sunčeva energija na Zemlji postaje sve raširenija. I kod nas su zainteresovani za proučavanje ove industrije. Uprkos činjenici da razvoj alternativne energije u Rusiji nije previše aktivan, postignut je određeni uspjeh. Trenutno se nekoliko organizacija bavi stvaranjem panela za proizvodnju solarne energije - uglavnom naučni instituti različitih oblasti i fabrike za proizvodnju električne opreme.

1. NPF "Quark"
2. OJSC Kovrov mašinski pogon.
3. Sveruski istraživački institut za elektrifikaciju poljoprivrede.
4. NPO Mashinostroeniya.
5. JSC VIEN.
6. OJSC Ryazan Tvornica metalokeramičkih uređaja.
7. JSC Pravdinsky Eksperimentalna tvornica izvora energije "Pozit".

Ovo je samo mali dio preduzeća koja aktivno učestvuju u razvoju alternative

Uticaj na životnu sredinu

Napuštanje energetskih izvora uglja i nafte nije samo zbog činjenice da će ti resursi prije ili kasnije nestati. Činjenica je da uvelike štete okolišu – zagađuju tlo, zrak i vodu, doprinose razvoju bolesti kod ljudi i smanjuju imunitet. Zato alternativni izvori energije moraju biti sigurni sa ekološke tačke gledišta.

Silicijum, koji se koristi za proizvodnju solarnih ćelija, sam po sebi je siguran jer je prirodni materijal. Ali nakon čišćenja ostaje otpad. Mogu uzrokovati štetu ljudima i okolišu ako se nepravilno koriste.

Osim toga, u području potpuno ispunjenom solarnim panelima, prirodno osvjetljenje može biti poremećeno. To će dovesti do promjena u postojećem ekosistemu. Ali općenito, utjecaj na okoliš uređaja dizajniranih za pretvaranje sunčeve energije je minimalan.

Ekonomičan

Najveći troškovi povezani su s visokom cijenom sirovina. Kao što smo već saznali, posebni paneli se izrađuju pomoću silicija. Unatoč činjenici da je ovaj mineral rasprostranjen u prirodi, njegovo vađenje predstavlja velike izazove. Činjenica je da silicijum, koji čini više od četvrtine mase zemljine kore, nije pogodan za proizvodnju solarnih ćelija. Za ove svrhe prikladan je samo najčistiji materijal dobiven industrijskim putem. Nažalost, izuzetno je teško dobiti čisti silicijum iz peska.

Cijena ovog resursa je uporediva sa uranijumom koji se koristi u nuklearnim elektranama. Zbog toga je cijena solarnih panela trenutno na prilično visokom nivou.

Moderne tehnologije

Prvi pokušaji ukroćivanja solarne energije pojavili su se dosta davno. Od tada su mnogi naučnici aktivno tragali za najefikasnijom opremom. Ne samo da bi trebao biti isplativ, već i kompaktan. Njegova efikasnost treba da teži maksimalnom.

Prvi koraci ka idealnom uređaju za primanje i pretvaranje sunčeve energije napravljeni su izumom silicijumskih baterija. Naravno, cijena je prilično visoka, ali paneli se mogu postaviti na krovove i zidove kuća, gdje nikome neće smetati. A efikasnost takvih baterija je neosporna.

Ali najbolji način da povećate popularnost solarne energije je da je učinite jeftinijom. Njemački naučnici već su predložili zamjenu silicija sintetičkim vlaknima koja se mogu integrirati u tkaninu ili druge materijale. Efikasnost takve solarne baterije nije velika. Ali košulja prošarana sintetičkim vlaknima može barem osigurati električnu energiju pametnom telefonu ili igraču. Aktivno se radi i na polju nanotehnologije. Vjerovatno će omogućiti suncu da postane najpopularniji izvor energije u ovom vijeku. Stručnjaci iz Scates AS iz Norveške već su izjavili da će nanotehnologija smanjiti cijenu solarnih panela za 2 puta.

Solarna energija za dom

Mnogi ljudi vjerovatno sanjaju o stanovanju koji će sam sebe osigurati: nema ovisnosti o centraliziranom grijanju, nema poteškoća s plaćanjem računa i nema štete po okoliš. Već sada se u mnogim zemljama aktivno grade stambeni objekti koji troše samo energiju dobivenu iz alternativnih izvora. Upečatljiv primjer je takozvana solarna kuća.

Tokom procesa izgradnje biće potrebna veća ulaganja od tradicionalnog. Ali nakon nekoliko godina rada, svi troškovi će se nadoknaditi - nećete morati plaćati grijanje, toplu vodu i struju. U solarnoj kući sve ove komunikacije su vezane za posebne fotonaponske panele postavljene na krov. Štaviše, energetski resursi dobijeni na ovaj način ne troše se samo na tekuće potrebe, već se i akumuliraju za korištenje noću i po oblačnom vremenu.

Trenutno se izgradnja takvih kuća izvodi ne samo u zemljama blizu ekvatora, gdje je najlakše izvlačiti sunčevu energiju. Takođe se grade u Kanadi, Finskoj i Švedskoj.

Za i protiv

Razvoj tehnologija koje omogućavaju široku upotrebu solarne energije mogao bi se odvijati aktivnije. Ali postoje određeni razlozi zašto to još uvijek nije prioritet. Kao što smo već rekli, proizvodnja panela proizvodi tvari štetne za okoliš. Osim toga, gotova oprema sadrži galijum, arsen, kadmijum i olovo.

Potreba za recikliranjem fotonaponskih panela također postavlja mnoga pitanja. Nakon 50 godina rada postat će nesposobni za upotrebu i morat će se nekako uništiti. Neće li to uzrokovati ogromnu štetu prirodi? Također je vrijedno uzeti u obzir da je solarna energija nestalan resurs, čija efikasnost ovisi o dobu dana i vremenskim prilikama. A ovo je značajan nedostatak.

Ali, naravno, postoje prednosti. Sunčeva energija može se proizvoditi gotovo bilo gdje na Zemlji, a oprema za njeno dobivanje i pretvaranje može biti toliko mala da stane na poleđinu pametnog telefona. Ono što je takođe važno jeste da je to obnovljiv izvor, što znači da će količina sunčeve energije ostati ista najmanje hiljadama godina.

Izgledi

Razvoj tehnologija solarne energije trebao bi dovesti do nižih troškova za stvaranje ćelija. Već se pojavljuju staklene ploče koje se mogu ugraditi na prozore. Razvoj nanotehnologije omogućio je izmišljanje boje koja će se prskati na solarne panele i koja može zamijeniti silikonski sloj. Ako se cijena solarne energije zapravo smanji nekoliko puta, njena popularnost će se također višestruko povećati.

Kreiranje malih panela za individualnu upotrebu omogućit će ljudima da koriste solarnu energiju u bilo kojem okruženju - kod kuće, u automobilu ili čak van grada. Zahvaljujući njihovoj distribuciji, smanjit će se opterećenje centraliziranih elektroenergetskih mreža, jer će ljudi moći sami puniti malu elektroniku.

Stručnjaci Shella vjeruju da će se do 2040. godine oko polovice svjetske energije proizvoditi iz obnovljivih izvora. Već u Njemačkoj potrošnja solarne energije aktivno raste, a kapacitet baterije je veći od 35 gigavata. Japan također aktivno razvija ovu industriju. Ove dvije zemlje su lideri u potrošnji solarne energije u svijetu. Sjedinjene Države će im se vjerovatno uskoro pridružiti.

Ostali alternativni izvori energije

Naučnici nastavljaju da zagonetkaju šta se još može koristiti za proizvodnju električne ili toplotne energije. Navedimo primjere najperspektivnijih alternativnih izvora energije.

Vjetroturbine se sada mogu naći u gotovo svakoj zemlji. Čak i na ulicama mnogih ruskih gradova postavljeni su lampioni koji se snabdijevaju električnom energijom koristeći energiju vjetra. Sigurno je njihov trošak veći od prosjeka, ali s vremenom će nadoknaditi ovu razliku.

Davno je izumljena tehnologija koja omogućava dobivanje energije korištenjem razlike u temperaturama vode na površini oceana iu dubini. Kina aktivno planira razvoj ove oblasti. U narednim godinama planiraju izgradnju najveće elektrane po ovoj tehnologiji uz obalu Kine. Postoje i drugi načini korištenja mora. Na primjer, u Australiji planiraju stvoriti elektranu koja proizvodi energiju iz struje.

Postoje mnoge druge ili vrućine. Ali u poređenju sa mnogim drugim opcijama, solarna energija je zaista obećavajući pravac u razvoju nauke.

Sunce je jedan od obnovljivih alternativnih izvora energije. Danas se alternativni izvori toplote široko koriste u poljoprivredi i za domaće potrebe stanovništva.

Upotreba sunčeve energije na Zemlji igra važnu ulogu u ljudskom životu. Koristeći svoju toplinu, Sunce, kao izvor energije, zagrijava cijelu površinu naše planete. Zahvaljujući njegovoj toplotnoj snazi, pušu vjetrovi, zagrijavaju se mora, rijeke, jezera i postoji sav život na zemlji.

Ljudi su počeli koristiti obnovljive izvore topline prije mnogo godina, kada moderne tehnologije još nisu postojale. Sunce je danas najpristupačniji dobavljač toplotne energije na zemlji.

Područja korištenja solarne energije

Svake godine korištenje solarne energije postaje sve popularnije. Prije samo nekoliko godina koristio se za grijanje vode za seoske kuće i ljetne tuševe, a sada se obnovljivi izvori topline koriste za proizvodnju električne energije i tople vode u stambenim zgradama i industrijskim objektima.

Danas se obnovljivi izvori topline koriste u sljedećim područjima:

• u poljoprivredi, za potrebe napajanja električnom energijom i grijanja plastenika, hangara i drugih objekata;
• za napajanje sportskih objekata i zdravstvenih ustanova;
• u oblasti avijacije i svemirske industrije;
• u rasvjeti ulica, parkova i drugih gradskih objekata;
• za elektrifikaciju naseljenih mjesta;
• za grijanje, snabdijevanje električnom energijom i toplom vodom stambenih zgrada;
• za potrebe domaćinstva.

Karakteristike primjene

Svjetlost koju Sunce emituje na Zemlji pretvara se u toplotnu energiju koristeći pasivne i aktivne sisteme. Pasivni sistemi obuhvataju zgrade u čijoj izgradnji se koriste građevinski materijali koji najefikasnije apsorbuju energiju sunčevog zračenja. Zauzvrat, aktivni sistemi uključuju kolektore koji pretvaraju sunčevo zračenje u energiju, kao i fotoćelije koje ga pretvaraju u električnu energiju.

Pogledajmo pobliže kako pravilno koristiti obnovljive izvore topline.

Pasivni sistemi

Ovakvi solarni sistemi omogućavaju maksimalno korištenje solarne energije, a brzo vraćaju troškove svoje izgradnje smanjenjem troškova energije. Oni su ekološki prihvatljivi i također vam omogućavaju stvaranje energetske neovisnosti. Zbog toga je upotreba ovakvih tehnologija vrlo obećavajuća.

Aktivni sistemi

U ovu grupu spadaju kolektori, baterije, pumpe, cjevovodi za opskrbu toplinom i toplom vodom u domu. Prvi se postavljaju direktno na krovove kuća, a ostali su smješteni u podrumima za dovod tople vode i grijanje.

Solarne fotoćelije

Kako bi se što efikasnije realizovala sva solarna energija, koriste se izvori sunčeve energije kao što su fotoćelije ili kako ih još zovu solarne ćelije. Na svojoj površini imaju poluvodiče, koji se, kada su izloženi sunčevim zracima, počinju kretati i tako stvaraju električnu struju. Ovaj princip trenutne generacije ne sadrži nikakve hemijske reakcije, što omogućava fotoćelijama da rade dugo vremena.

Takvi fotonaponski pretvarači kao izvori solarne energije su jednostavni za korištenje jer su lagani, laki za održavanje i također su vrlo efikasni u korištenju solarne energije.

Danas se solarni paneli, kao izvor solarne energije na zemlji, koriste za proizvodnju tople vode, grijanja i struje u toplim zemljama kao što su Turska, Egipat i azijske zemlje. U našim krajevima sunce se koristi kao izvor energije za snabdevanje električnom energijom autonomnih elektroenergetskih sistema, elektronike male snage i pogona aviona.

Solarni kolektori

Korištenje solarne energije od strane kolektora je da oni pretvaraju zračenje u toplinu. Podijeljeni su u sljedeće glavne grupe:

• Ravni solarni kolektori. Oni su najčešći. Pogodni su za korištenje za potrebe grijanja u domaćinstvu, kao i za grijanje vode za opskrbu toplom vodom;
• Vakumski kolektori. Koriste se za kućne potrebe kada je potrebna voda visoke temperature. Sastoje se od nekoliko staklenih cijevi, prolazeći kroz koje ih griju sunčeve zrake, a one zauzvrat odaju toplinu vodi;
• Vazdušni solarni kolektori. Koriste se za grijanje zraka, povrat zračne mase i instalacije za sušenje;
• Integrisani kolektori. Najjednostavniji modeli. Koriste se za predgrijavanje vode, na primjer, za plinske kotlove. U svakodnevnom životu zagrijana voda se skuplja u poseban rezervoar - rezervoare i zatim se koristi za različite potrebe.

Korištenje solarne energije od strane kolektora vrši se akumuliranjem u tzv. modulima. Postavljaju se na krovove zgrada i sastoje se od staklenih cijevi i ploča koje su obojene u crno kako bi apsorbirale više sunčeve svjetlosti.

Solarni kolektori se koriste za zagrijavanje vode za opskrbu toplom vodom i grijanje stambenih zgrada.

Prednosti solarnih instalacija

• potpuno su besplatni i neiscrpni;
• potpuno su bezbedni za upotrebu;
• autonomno;
• ekonomičan, jer se sredstva troše samo na kupovinu opreme za instalacije;
• njihova upotreba jamči odsustvo strujnih udara, kao i stabilnost napajanja;
• izdržljiv;
• jednostavan za korištenje i održavanje.

Korištenje solarne energije korištenjem ovakvih instalacija svake godine postaje sve popularnije. Solarni paneli omogućavaju uštedu novca na grijanju i opskrbi toplom vodom, osim toga, ekološki su i ne štete ljudskom zdravlju.

Sunčeva energija daje život čitavom životu na Zemlji. Pod njegovim uticajem voda isparava iz mora i okeana, pretvarajući se u kapi vode, stvarajući magle i oblake. Kao rezultat, ova vlaga pada nazad na Zemlju, stvarajući stalan ciklus. Stoga stalno promatramo snijeg, kišu, mraz ili rosu. Ogroman sistem grijanja koji stvara sunce omogućava najoptimalniji raspored topline po površini Zemlje. Da bismo pravilno razumjeli i iskoristili ove procese, potrebno je zamisliti izvor sunčeve energije i od čega ovisi njen utjecaj na našu planetu.

Vrste solarne energije

Glavna vrsta energije koju oslobađa Sunce s pravom se smatra energijom zračenja, koja ima direktan utjecaj na sve najvažnije procese koji se odvijaju na Zemlji. Ako s njim uporedimo druge zemaljske izvore energije, njihove rezerve su beskonačno male i ne dozvoljavaju nam da riješimo sve probleme.

Od svih zvijezda, Sunce je najbliže Zemlji. Po svojoj strukturi, to je plinska lopta, mnogo puta veća od prečnika i zapremine naše planete. Budući da su dimenzije plinske kugle prilično proizvoljne, njenim granicama se smatra solarni disk vidljiv sa Zemlje.

Izvor i fizička svojstva sunčeve energije

Svi procesi koji se dešavaju na Suncu mogu se posmatrati samo na njegovoj površini. Međutim, glavne reakcije se odvijaju u njegovoj unutrašnjosti. U suštini, ovo je ogromna nuklearna elektrana sa pritiskom od približno 100 milijardi atmosfera. Ovdje, u uvjetima složenih nuklearnih reakcija, vodonik se pretvara u helijum. Upravo te reakcije čine glavni izvor sunčeve energije. Unutrašnja temperatura u prosjeku iznosi oko 16 miliona stepeni.

Gas koji bjesni unutar Sunca ne samo da ima ultra-visoku temperaturu, već je i izuzetno težak, sa gustinom mnogo puta većom od prosječne sunčeve gustine. Istovremeno se pojavljuju rendgenske zrake koje, približavajući se Zemlji, povećavaju svoju talasnu dužinu i smanjuju frekvenciju oscilovanja. Tako postepeno postaju vidljive i ultraljubičaste svjetlosti.

Kako se udaljavate od centra, priroda energije zračenja se mijenja, što utiče na temperaturu. Dolazi do postepenog pada, prvo do 150 hiljada stepeni. Sa Zemlje je jasno vidljiva samo spoljašnja ljuska Sunca, takozvana fotosfera. Debljina mu je oko 300 km, a temperatura gornjeg sloja pada na 5700 stepeni.

Iznad fotosfere je solarna atmosfera, koja se sastoji od dva dijela. Donji sloj se naziva hromosfera, a gornji sloj, koji nema granica, je solarna korona. Ovde se gasovi zagrevaju na nekoliko miliona stepeni pod uticajem udarnih talasa monstruozne sile.

Bez energije život na planeti je nemoguć. Fizički zakon održanja energije kaže da energija ne može nastati ni iz čega i da ne nestaje bez traga. Može se dobiti iz prirodnih resursa kao što su ugalj, prirodni gas ili uranijum i pretvoriti u oblike koje možemo koristiti, kao što su toplota ili svetlost. U svijetu oko nas možemo pronaći različite oblike akumulacije energije, ali za čovjeka je najvažnija energija koju pružaju sunčevi zraci – sunčeva energija.

Solarna energija odnosi se na obnovljive izvore energije, odnosno obnavlja se bez ljudske intervencije, prirodno. Ovo je jedan od ekološki prihvatljivih izvora energije koji ne zagađuje okoliš. Moguće primjene solarna energija su praktično neograničeni i naučnici širom svijeta rade na razvoju sistema koji proširuju mogućnosti korištenja solarna energija.

Jedan kvadratni metar Sunca emituje 62.900 kW energije. To otprilike odgovara snazi ​​1 milion električnih lampi. Ova brojka je impresivna - Sunce daje Zemlji 80 hiljada milijardi kW svake sekunde, odnosno nekoliko puta više od svih elektrana na svijetu. Savremena nauka je suočena sa zadatkom da nauči kako najpotpunije i najefikasnije iskoristiti energiju Sunca, kao najsigurniju. Naučnici vjeruju da je široko rasprostranjena upotreba solarna energija- ovo je budućnost čovečanstva.

Svjetske rezerve otvorenih nalazišta uglja i plina, pri ovakvim stopama njihovog korištenja kao danas, trebale bi biti iscrpljene u narednih 100 godina. Procjenjuje se da bi u još neistraženim nalazištima rezerve fosilnih goriva bile dovoljne za 2-3 stoljeća. Ali u isto vrijeme, naši potomci bi bili lišeni ovih energetskih resursa, a proizvodi njihovog sagorijevanja nanijeli bi kolosalnu štetu okolišu.

Nuklearna energija ima ogroman potencijal. Međutim, nesreća u Černobilu u aprilu 1986. godine pokazala je kakve ozbiljne posljedice može imati korištenje nuklearne energije. Javnost širom svijeta prepoznala je da je korištenje atomske energije u miroljubive svrhe ekonomski opravdano, ali se pri njenom korištenju moraju poštovati najstrože sigurnosne mjere.

Dakle, najčistiji, najsigurniji izvor energije je Sunce!

Solarna energija može se pretvoriti u korisnu energiju korištenjem aktivnih i pasivnih solarnih energetskih sistema.

Sistemi pasivne solarne energije.

Najprimitivniji način pasivne upotrebe solarna energija- Ovo je posuda za vodu tamne boje. Tamna boja, nakuplja se solarna energija, pretvara u toplinu - voda se zagrijava.

Međutim, postoje naprednije metode pasivne upotrebe solarna energija. Razvijene su građevinske tehnologije koje maksimalno koriste solarna energija za grijanje ili hlađenje, rasvjetu zgrada. Sa ovim dizajnom, sama građevinska konstrukcija je kolektor koji se akumulira solarna energija.

Dakle, 100. godine nove ere, Plinije Mlađi je sagradio malu kuću u sjevernoj Italiji. U jednoj od prostorija prozori su od liskuna. Ispostavilo se da je ova prostorija toplija od ostalih i da je potrebno manje drva za grijanje. U ovom slučaju liskun je djelovao kao izolator koji je zadržavao toplinu.

Moderni projekti zgrada uzimaju u obzir geografski položaj zgrada. Tako je u sjevernim regijama predviđen veliki broj prozora koji gledaju na južnu stranu kako bi se omogućilo ulazak više sunčeve svjetlosti i topline, a broj prozora na istočnoj i zapadnoj strani je ograničen kako bi se ograničila količina sunčeve svjetlosti ljeti. U takvim zgradama, orijentacija i lokacija prozora, toplinsko opterećenje i toplinska izolacija predstavljaju jedinstven projektni sistem za projektovanje.

Takve zgrade su ekološki prihvatljive, energetski neovisne i udobne. U sobama ima puno prirodnog svjetla, potpunije se osjeća povezanost s prirodom, a značajno se štedi i struja. Toplina u takvim zgradama se čuva zahvaljujući odabranim termoizolacionim materijalima zidova, plafona i podova. Ove prve "solarne" zgrade stekle su ogromnu popularnost u Americi nakon Drugog svjetskog rata. Nakon toga, zbog nižih cijena nafte, interesovanje za dizajn ovakvih zgrada je donekle izblijedjelo. Međutim, sada, zbog globalne ekološke krize, sve je veća pažnja na ekološke projekte sa sistemima obnovljivih izvora energije.

Sistemi aktivne solarne energije

Zasnovano na sistemima aktivne upotrebe solarna energija koriste se solarni kolektori. Kolektor, upijajući solarna energija, pretvara je u toplinu, koja preko rashladnog sredstva zagrijava zgrade, zagrijava vodu, može je pretvoriti u električnu energiju itd. Solarni kolektori se mogu koristiti u svim procesima u industriji, poljoprivredi i domaćim potrebama gdje se koristi toplina.

Vrste kolektora

Ovo je najjednostavniji tip solarnih kolektora. Njegov dizajn je izuzetno jednostavan i podsjeća na učinak običnog staklenika koji se nalazi na bilo kojoj ljetnoj kućici. Probajte mali eksperiment. Po sunčanom zimskom danu stavite bilo koji predmet na prozorsku dasku tako da sunčeve zrake padaju na njega i nakon nekog vremena stavite dlan na njega. Osjetit ćete da je predmet postao topli. A izvan prozora bi moglo biti 20! Rad solarnog kolektora zraka zasniva se na ovom principu.

Glavni element kolektora je toplinski izolirana ploča od bilo kojeg materijala koji dobro provodi toplinu. Ploča je obojena tamno. Sunčeve zrake prolaze kroz prozirnu površinu, zagrijavaju ploču, a zatim strujanjem zraka prenose toplinu u prostoriju. Zrak struji prirodnom konvekcijom ili uz pomoć ventilatora, što poboljšava prijenos topline.

Međutim, nedostatak ovog sistema je što zahtijeva dodatne troškove za rad ventilatora. Ovi kolektori rade tokom dana, tako da ne mogu zamijeniti glavni izvor grijanja. Međutim, ako kolektor ugradite u glavni izvor grijanja ili ventilacije, njegova učinkovitost se nesrazmjerno povećava. Solarni kolektori vazduha mogu se koristiti i za desalinizaciju morske vode, što njenu cenu smanjuje na 40 evrocenti po kubnom metru.

Solarni kolektori mogu biti ravni i vakuumski.

Kolektor se sastoji od elementa koji apsorbira sunčevu energiju, premaza (staklo sa smanjenim sadržajem metala), cjevovoda i termoizolacionog sloja. Prozirni premaz štiti kućište od nepovoljnih klimatskih uslova. Unutar kućišta, panel apsorbera solarne energije (apsorber) je povezan sa rashladnom tečnošću koja cirkuliše kroz cevi. Cjevovod može biti u obliku rešetke ili u obliku serpentine. Rashladno sredstvo se kreće kroz njih od ulaznih do izlaznih cijevi, postepeno se zagrijavajući. Ploča apsorbera je izrađena od metala koji dobro provodi toplotu (aluminijum, bakar).

Kolektor hvata toplotu, pretvarajući je u toplotnu energiju. Takvi kolektori se mogu ugraditi u krov ili postaviti na krov zgrade, ili se mogu postaviti zasebno. Ovo će dizajnu stranice dati moderan izgled.

Vakumski solarni kolektor

Vakum kolektori se mogu koristiti tokom cijele godine. Glavni element kolektora su vakuumske cijevi. Svaki od njih se sastoji od dvije staklene cijevi. Cijevi su izrađene od borosilikatnog stakla, a iznutra su obložene posebnim premazom koji osigurava apsorpciju topline uz minimalnu refleksiju. Vazduh je ispumpan iz prostora između cevi. Za održavanje vakuuma koristi se apsorber barijuma. Kada je u dobrom stanju, vakuumska cijev je srebrne boje. Ako izgleda bijelo, vakuum je nestao i cijev je potrebno zamijeniti.

Vakumski kolektor se sastoji od seta vakuumskih cijevi (10-30) i prenosi toplinu u spremnik kroz tekućinu koja ne smrzava (rashladno sredstvo). Efikasnost vakuumskih razvodnika je visoka:

- po oblačnom vremenu, jer vakuumske cijevi mogu apsorbirati energiju iz infracrvenih zraka koje prolaze kroz oblake

- može raditi na temperaturama ispod nule.

Solarni paneli.

Solarna baterija je skup modula koji primaju i pretvaraju sunčevu energiju, uključujući toplinsku energiju. Ali ovaj termin se tradicionalno pripisuje fitoelektričnim pretvaračima. Stoga, kada kažemo "solarna baterija" mislimo na fitoelektrični uređaj koji pretvara sunčevu energiju u električnu energiju.

Solarni paneli su sposobni kontinuirano generirati električnu energiju ili je skladištiti za dalju upotrebu. Po prvi put su fotonaponske baterije korištene na svemirskim satelitima.

Prednost solarnih panela je maksimalna jednostavnost dizajna, jednostavna instalacija, minimalni zahtjevi za održavanjem i dug vijek trajanja. Ne zahtijevaju dodatni prostor tokom instalacije. Jedini uslov je da ih ne zasjenjujete dugo i uklanjate prašinu sa radne površine. Moderni solarni paneli mogu ostati u funkciji decenijama! Teško je naći sistem koji je tako siguran, efikasan i traje tako dugo! Oni proizvode energiju tokom cijelog dana, čak i po oblačnom vremenu.

Solarne baterije imaju svoje nedostatke u primjeni:

- osjetljivost na zagađenje. (Ako bateriju postavite pod uglom od 45 stepeni, ona će biti očišćena od kiše ili snijega, tako da neće biti potrebno dodatno održavanje)

- osetljivost na visoke temperature. (Da, kada se zagreje na 100 - 125 stepeni, solarna baterija se može čak i isključiti i može biti potreban sistem za hlađenje. Sistem za ventilaciju će trošiti mali deo energije koju generiše baterija. Moderni dizajn solarnih panela obezbeđuje sistem za odliv toplog vazduha.)

- visoka cijena. (Uzimajući u obzir dugi vijek trajanja solarnih panela, ne samo da će nadoknaditi troškove njihove kupovine, već će i uštedjeti novac na potrošnji električne energije, uštedjeti tone tradicionalnih goriva i biti ekološki prihvatljiv)

Upotreba solarnih energetskih sistema u građevinarstvu.

U modernoj arhitekturi sve se više planira izgradnja kuća sa ugrađenim punjivim solarnim izvorima energije. Solarni paneli se postavljaju na krovove zgrada ili na posebne nosače. Ove zgrade koriste tih, pouzdan i siguran izvor energije - Sunce. Solarna energija se koristi za rasvjetu, grijanje prostora, hlađenje zraka, ventilaciju i proizvodnju električne energije.

Predstavljamo nekoliko inovativnih arhitektonskih projekata koji koriste solarne sisteme.

Upotreba solarnih energetskih sistema u svijetu.

Sistemi upotrebe solarna energija savršeno i ekološki prihvatljivo. Za njima postoji ogromna potražnja širom svijeta. Širom svijeta ljudi počinju napuštati korištenje tradicionalnih goriva zbog rasta cijena plina i nafte. Tako je u Njemačkoj 2004. 47% kuća ima solarne kolektore za grijanje vode.

U mnogim zemljama širom svijeta razvijeni su vladini programi za razvoj upotrebe solarna energija. U Njemačkoj je ovo program “100.000 solarnih krovova”, u SAD-u postoji sličan program “Milion solarnih krovova”. Godine 1996 arhitekte iz Njemačke, Austrije, Velike Britanije, Grčke i drugih zemalja izradile su Evropsku povelju o solarna energija u građevinarstvu i arhitekturi. Kina je lider u Aziji, gde se na osnovu savremenih tehnologija sistemi solarnih kolektora uvode u izgradnju zgrada i korišćenje solarna energija u industriji.

Činjenica koja dovoljno govori: jedan od uslova za ulazak u Evropsku uniju je povećanje udjela alternativnih izvora u energetskom sistemu zemlje. Godine 2000 U svijetu je radilo 60 miliona kvadratnih kilometara solarnih kolektora do 2010. godine, a površina se povećala na 300 miliona kvadratnih kilometara.

Stručnjaci napominju da je tržište sistema solarna energija na teritoriji Rusije, Ukrajine i Bjelorusije tek se formira. Solarni sistemi se nikada nisu masovno proizvodili, jer su sirovine bile toliko jeftine da skupa oprema za solarne sisteme nije bila tražena... Proizvodnja kolektora, u Rusiji, na primjer, gotovo je potpuno prestala.

Zbog rasta cijena tradicionalnih energenata, došlo je do oživljavanja interesa za korištenje solarnih sistema. U nizu regiona ovih zemalja koji se suočavaju sa nedostatkom energetskih resursa, usvajaju se lokalni programi korišćenja solarnih sistema, ali solarni sistemi su praktično nepoznati širokom potrošačkom tržištu.

Glavni razlog sporog razvoja tržišta prodaje i korišćenja solarnih sistema je, prvo, njihova visoka početna cena, a drugo, nedostatak informacija o mogućnostima solarnih sistema, naprednim tehnologijama za njihovu upotrebu, kao io programeri i proizvođači solarnih sistema. Sve ovo ne može omogućiti ispravnu procjenu efikasnosti korištenja sistema na kojima rade solarna energija.

Mora se imati na umu da solarni kolektor nije konačni proizvod. Da biste dobili finalni proizvod – toplotu, struju, toplu vodu – potrebno je proći kroz proces od projektovanja, instalacije do puštanja u rad solarnih sistema. Malo postojeće iskustvo u korištenju solarnih kolektora pokazuje da ovaj posao nije ništa teži od ugradnje tradicionalnog grijanja, ali je ekonomska efikasnost mnogo veća.

U Bjelorusiji, Rusiji i Ukrajini postoji mnogo kompanija koje se bave projektovanjem i montažom opreme za grijanje, ali danas prioritet imaju tradicionalni izvori energije. Razvoj ekonomskih procesa, svjetsko iskustvo u korištenju sistema solarna energija pokazuje da je budućnost u alternativnim izvorima energije. U bliskoj budućnosti može se primijetiti da su solarni sistemi nova, praktično nezauzeta pozicija na našem tržištu.