Izgledi za solarnu energiju. Solarna energija kao alternativni izvor energije: vrste i karakteristike korištenja solarnih sistema

Hajde da pričamo o suncu.

Ovo nam govore ne tako davne vesti...

Jedna od vodećih kompanija za solarne ćelije u Sjedinjenim Državama, Abound Solar, bankrotirala je. Uprkos podršci američke vlade, koja je dala garancije za kredit u iznosu od 400 miliona dolara, nije bila u mogućnosti da proda svoje proizvode. Proces likvidacije kompanije, čija dugovanja premašuju 100 miliona dolara, zvanično je počela u ponedeljak, saopštilo je danas Udruženje. alternativne energije USA.

To bi izgledalo ovako obećavajući pravac. Uvijek sam mislio da su alternativni izvori budućnost, ali najnovije informacije govore da bez stalnih subvencija ove industrije apsolutno nisu održive u konkurentskom okruženju elektroprivrede. A čim iz države poteče vanjski keš, sve se pokrije bakrenim lavorom. Postoji i mišljenje da je sve ovo zavjera naftnih kompanija i vlasnika. Kažu da pokušavaju spriječiti pad značaja ugljovodonika na globalnom energetskom tržištu.

Naučimo više o solarnim panelima i modernim solarnim elektranama.

Prvo, na principima...

Solarna baterija se sastoji od fotoćelija povezanih serijski i paralelno. Sve fotoćelije se nalaze na okviru od neprovodnih materijala. Ova konfiguracija vam omogućava da sastavite solarne ćelije sa potrebnim karakteristikama (struja i napon). Osim toga, ovo omogućava zamjenu neispravnih fotoćelija jednostavnom zamjenom.

Princip rada fotonaponskih ćelija koje čine solarnu bateriju zasniva se na fotonaponskom efektu. Ovaj efekat je uočio Alexandre Edmond Becquerel 1839. godine. Nakon toga, Ajnštajnov rad na polju fotoelektričnog efekta omogućio je kvantitativno opisivanje ovog fenomena. Becquerelovi eksperimenti su pokazali da se sunčeva energija zračenja može transformisati u električnu energiju pomoću posebnih poluvodiča, koji su kasnije nazvani fotoćelijama.

Općenito, ovaj način proizvodnje električne energije trebao bi biti najefikasniji, jer je jednostepeni. U poređenju sa drugom tehnologijom pretvaranja solarne energije kroz termodinamički prelaz (Zraci -> Grijanje vode -> Para -> Rotacija turbine -> Električna energija), u prijelazima se gubi manje energije.

Fotoćelija na bazi poluprovodnika sastoji se od dva sloja različite provodljivosti. Za slojeve sa različite strane Kontakti koji se koriste za spajanje na eksterno kolo su zalemljeni. Ulogu katode ima sloj sa n-provodljivošću (elektronska provodljivost), ulogu anode ima p-sloj (provodljivost rupa).

Struja u n-sloju nastaje kretanjem elektrona, koji se "izbijaju" kada ih svjetlost udari zbog fotoelektričnog efekta. Struja u p-sloju nastaje „kretanjem rupa“. “Rupa” je atom koji je izgubio elektron u skladu s tim, skakanje elektrona iz “rupe” u “rupu” stvara “kretanje” rupa, iako se u prostoru same “rupe”, naravno, ne pomiču; .

Na spoju slojeva sa n- i p-provodljivošću, stvara se p-n spoj. Ispostavilo se da je to neka vrsta diode koja može stvoriti potencijalnu razliku zbog ulaska svjetlosnih zraka.

Kada svjetlosni zraci udare u n-sloj, nastaju slobodni elektroni zbog fotoelektričnog efekta. Osim toga, primaju dodatnu energiju i sposobni su da "skoče" preko potencijalne barijere pn spoja. Koncentracija elektrona i rupa se mijenja i stvara se razlika potencijala. Ako zatvorite eksterno kolo, struja će početi da teče kroz njega.

Razlika potencijala (i, prema tome, emf) koju fotoćelija može stvoriti ovisi o mnogim faktorima: intenzitetu sunčevo zračenje, površina fotoćelije, efikasnost dizajna, temperatura (vodljivost opada pri zagrijavanju).

Danas se solarne elektrane dijele na sljedeće vrste:

Solarna elektrana tipa tanjira;

Tower type;

Solarna elektrana, koja uključuje upotrebu paraboličkih koncentratora;

Elektrane koje koriste fotonaponske baterije;

Balon elektrane;

Kombinovane solarne elektrane.

Solarne elektrane tipa toranj zasnovane su na principima korištenja sunčevog zračenja i stvaranja vodene pare. U samom središtu ove građevine nalazi se toranj čija visina može biti od 18 do 24 metra (u zavisnosti od snage i mnogih drugih parametara). Treba napomenuti da se na njegovom vrhu nalazi rezervoar napunjen vodom. Ima crnu boju, što doprinosi najefikasnijem upijanju sunčevog zračenja. Osim toga, ovaj toranj ima pumpnu grupu koja isporučuje paru u turbogenerator. Od tornja u krugu na određenoj udaljenosti nalaze se heliostati, koji su ogledala postavljena na oslonac i povezana u jedinstveni sistem pozicioniranja.

Još jedna uobičajena solarna elektrana danas je instalacija koja koristi paraboličke koncentratore. Suština funkcioniranja ovih SES-a je zagrijavanje rashladne tekućine do parametara koji su prikladni za upotrebu u turbogeneratoru. Njihov dizajn predviđa ugradnju paraboličnog ogledala velike dužine. Treba napomenuti da je posebna cijev ugrađena u fokus parabole. Unutar njega je rashladno sredstvo (u većini slučajeva ulje). Zagreva se, prenosi toplotu na vodu, koja se postepeno pretvara u paru i ulazi u turbogenerator.

Solarne elektrane tipa tanjira podrazumijevaju korištenje principa za proizvodnju električne energije sličnog modelima tornjeva. Jedina razlika je dizajn. Stanica predviđa prisustvo zasebnih modula koji se sastoje od nosača u koji je pričvršćena rešetkasta struktura reflektora i prijemnika. Prijemnik se nalazi na određenoj udaljenosti od reflektora. Treba napomenuti da postoji koncentracija reflektovanog sunčeve zrake. Reflektor se sastoji od nekoliko zrcala u obliku ploča, smještenih radijalno na rešetki. Što se tiče prečnika ovih ogledala, oni mogu doseći dva metra, a broj ogledala može biti i do nekoliko desetina (u zavisnosti od snage modula).

Suština kombinovanih solarnih elektrana je da dodatno ugrađuju izmenjivače toplote odgovorne za dobijanje toplu vodu, koristi se kako za grijanje i toplu vodu, tako i za tehničke potrebe.

Pogledajmo neke od najpoznatijih projekata.

Evo paraboličnog tipa solarnog koncentratora.

Ali pogledajte kakav zanimljiv projekat.

Komercijalna solarna elektrana Gemasolar Power Plant pokrenuta je u Fuentes de Andalucia (Španija).

Solarni kompleks izgradile su španske vlasti zajedno sa Sjedinjenim Državama Ujedinjeni Arapski Emirati(UAE). Ukupna investicija u projekat iznosila je oko 427 miliona dolara.

Kliknite na sliku i osjetite punu snagu stanice :-)

Elektrana će moći proizvoditi struju oko 270 dana u godini, a njen kapacitet je oko 110 gigavata godišnje. Prema procjenama stručnjaka, solarni kompleks će moći snabdjeti električnom energijom grad sa oko 100.000 stanovnika.

Opisana fantastična saga Larryja Nivena "Svijet prstena". ogledalo cveća, koji se koncentrirao sunčeve zrake na tučak i dobili energiju neophodnu za preživljavanje. Solarna stanica Gemasolar Power Plant u blizini Sevilje, Španija, radi na istom principu. Više od 2.600 ogledala postavljenih na površini od 185 hektara sakuplja zrake sunca na, grubo rečeno, buretu soli. soli azotna kiselina Dobro zadržavaju toplotu i zagrevaju rezervoare sa vodom, koja se pretvara u paru i vrti turbinu.

3000 px na koji se može kliknuti

Gemasolarna elektrana je prva solarna stanica koja proizvodi energiju noću, a sve zahvaljujući soli koja se u mraku polako hladi. Nije uzalud što su riječi sol i sunce saglasne! Produktivnost stanice, čija je izgradnja koštala 260 miliona evra, iznosi 20 megavata. Ovo je dva reda veličine manje od mogućeg
primaju iz nuklearnih elektrana, ali sunčeva energija ne šteti okolišu i eliminira ekološke katastrofe. Da bi se ista energija dobila sagorevanjem goriva, bilo bi potrebno emitovati 30.000
tona ugljičnog dioksida godišnje! Gemasolarna elektrana je najveća i možda najljepša elektrana te vrste u Evropi.

Može se kliknuti

Solarna stanica, otvoren početkom oktobra 2011. godine, trenutno radi sa 70% kapaciteta, ali njegovi kreatori, Torresol Energy i arapski investitor Masdar, očekuju da će dostići punu brzinu 2012. godine. To će im pomoći u tome
samo vreme u Sevilji, gde je skoro uvek sunčano. Pa čak i u tihom sumraku noći od Sevilje do Grenade, sada se neće čuti zveket mačeva, već tiho šištanje soli zagrijane suncem.

Sunčeve zrake, hiljadu puta komprimirane ogledalima, zagrijavaju so, koja prolazi kroz centralni prijemnik, do temperature od preko 500 °C.

Zahvaljujući tako snažnom termičkom puferu, nova elektrana može biti pokrivena rezervom tokom cijele noći ili oblačnog dana. Stoga, Gemasolarna elektrana može raditi bez prekida 24 sata dnevno i većina dana u godini.

Kapacitet termičkog tampona nove elektrane dovoljan je da pokrije cijelu noć ili, na primjer, cijeli oblačan dan. Ovo svojstvo omogućava instalaciji da radi bez prekida 24 sata dnevno i većinu dana u godini.

Gemasolarna stanica, koja je partnere koštala 427 miliona dolara, već je priključena na energetsku mrežu. Može snabdijevati energijom do 25 hiljada domova, dok je procijenjena ušteda u emisiji CO 2 30 hiljada tona godišnje.

Enrique Sendagorta, predsjednik Torresol Energy-a, kaže: “Standardizacija ove tehnologije će značiti stvarno smanjenje investicijskih troškova za solarne elektrane. Komercijalni rad elektrane otvorit će put drugim postrojenjima sa centralnim tornjem i rastopljenim hladnjakom, povećavajući količinu energije dobivene iz obnovljivih izvora.”

Može se kliknuti

Partneri su potrošili 427 miliona dolara na stvaranje stanice. Trenutno je već priključen na energetsku mrežu. Postrojenje je sposobno da zadovolji potrebe za električnom energijom oko 25.000 domova. Prema proračunima, ušteda u emisiji ugljen-dioksida iznosiće 30.000 tona godišnje.

Prema riječima predsjednika Torresol Energya Enriquea Sendagorte, standardizacija ove tehnologije smanjit će troškove ulaganja za solarne elektrane.

Evo još jednog projekta:

Pred vama je solarna elektrana takozvanog toranjskog tipa sa centralnim prijemnikom. U ovim elektranama za pretvaranje u električnu energiju sunčeva svetlost Koristi se rotirajuće polje reflektora heliostata. Oni fokusiraju sunčevu svetlost na centralni prijemnik izgrađen na vrhu tornja, koji apsorbuje toplotnu energiju i pokreće turbogenerator. Svakim ogledalom upravlja centralni kompjuter, koji orijentiše njegovu rotaciju i nagib tako da su reflektovani zraci sunca uvek usmereni ka prijemniku. Tečnost koja cirkuliše u prijemniku prenosi toplotu na termalna baterija u obliku pare. Para rotira generatorsku turbinu koja proizvodi električnu energiju ili se koristi direktno u industrijskim procesima. Temperature prijemnika se kreću od 538 do 1482 C.

Prva toranjska elektrana, nazvana “Solar One”, u blizini Barstowa (Južna Kalifornija) izgrađena je davne 1980. godine i uspješno je demonstrirala korištenje ove tehnologije za proizvodnju električne energije. Ova stanica koristi vodeno-parni sistem snage 10 MW.

Najveću solarnu elektranu u obliku tornja pokrenuo je Abengoa Solar. Njegova snaga je 20 MW. Solarni toranj PS20 nalazi se u blizini Sevilje, Španija, i izgrađen je pored manjeg solarnog tornja PS10.

Solarna elektrana PS20 koncentriše zrake reflektirane od 1.255 heliostata na toranj visok 161 metar. Svako ogledalo heliostata, površine 120 m2, usmjerava sunčeve zrake na solarni kolektor koji se nalazi na vrhu tornja od 165 metara. Kolektor pretvara vodu u paru, koja pokreće turbinu. Stanica je izgrađena 2007. Do 2013. Španija planira da dobije oko 300 MW električne energije iz solarnih instalacija različitih dizajna, uključujući tornjeve.

Nedostatak svake solarne stanice je pad njene izlazne snage u slučaju pojave oblaka na nebu, te potpuni prestanak rada noću. Da bi se riješio ovaj problem, predloženo je korištenje soli većeg toplotnog kapaciteta kao rashladnog sredstva, a ne vode. Sol otopljena na suncu koncentrirana je u skladištu izgrađenom kao velika termosica i može se koristiti za pretvaranje vode u paru dugo nakon što sunce nestane ispod horizonta.

evo još jednog primjera toranj stanice

Tokom 1990-ih, Solar One je nadograđen da radi sa rastopljenim solima i sistemom za skladištenje toplote. Zahvaljujući skladištenju toplote, toranjske elektrane su postale jedinstvena solarna tehnologija koja omogućava dispečiranje električne energije pri faktorima opterećenja do 65%. Kod ovog dizajna, rastopljena so se pumpa iz "hladnog" rezervoara na temperaturi od 288 C i prolazi kroz prijemnik, gde se zagreva na 565 C, a zatim se vraća u "vrući" rezervoar. Sada se vruća sol može koristiti za proizvodnju električne energije po potrebi. U modernim modelima takvih instalacija toplina se pohranjuje 3 do 13 sati.

Danas je problem potrošnje energije prilično akutan - resursi planete nisu beskonačni, a tokom svog postojanja čovječanstvo je poprilično opustošilo ono što mu je dala priroda. On trenutno Aktivno se odvija proizvodnja uglja i nafte, čije su rezerve svakim danom sve manje. omogućio čovječanstvu da napravi nevjerovatan korak u budućnost i upotrebu atomska energija, donoseći uz ovu dobrobit ogromnu opasnost za sve okruženje.

Pitanje okoliša nije ništa manje hitno - aktivno vađenje resursa i njihova daljnja upotreba štetno utječu na stanje planete, mijenjajući ne samo prirodu tla, već i klimatske uvjete.

Zbog toga se oduvijek posebna pažnja poklanjala prirodnim izvorima energije, poput vode ili vjetra. Konačno, nakon toliko godina aktivnog istraživanja i razvoja, čovječanstvo je "odraslo" na korištenje energije Sunca na Zemlji. O tome ćemo dalje razgovarati.

Šta je tu tako privlačno?

Prije prelaska na konkretnim primjerima, hajde da saznamo zašto je ova vrsta ekstrakcije energije toliko zainteresovala istraživače širom svijeta. Njegovo glavno bogatstvo može se nazvati neiscrpnošću. Uprkos brojnim hipotezama, vjerovatnoća da će se zvijezda poput Sunca ugasiti u bliskoj budućnosti je izuzetno mala. To znači da čovječanstvo ima priliku da u potpunosti dobije čistu energiju prirodno.

Druga nesumnjiva prednost korištenja sunčeve energije na Zemlji je ekološka prihvatljivost ove opcije. Uticaj na životnu sredinu u takvim uslovima biće nula, što zauzvrat čitavom svetu pruža mnogo svetliju budućnost od one koja se otvara stalnim izvlačenjem ograničenih podzemnih resursa.

Na kraju, posebnu pažnju treba obratiti na činjenicu da Sunce predstavlja najmanju opasnost za samu osobu.

Kao stvarno

A sada da pređemo na stvar. Pomalo poetičan naziv “solarna energija” zapravo krije pretvaranje zračenja u električnu energiju pomoću posebno razvijenih tehnologija. Ovaj proces osiguravaju fotonaponske ćelije, koje čovječanstvo aktivno koristi u svoje svrhe, i to prilično uspješno.

Sunčevo zračenje

Istorijski se dogodilo da imenica “zračenje” kod čovjeka izaziva više negativnih nego pozitivnih asocijacija u vezi s katastrofama koje je izazvao čovjek, koje je svijet uspio preživjeti u svom životu. Ipak, tehnologija za korištenje sunčeve energije na Zemlji uključuje rad s njom.

U suštini ovaj tip zračenje je elektromagnetno zračenje čiji je opseg u rasponu od 2,8 do 3,0 mikrona.

Sunčev spektar, koji čovečanstvo tako uspešno koristi, zapravo se sastoji od tri vrste talasa: ultraljubičastih (oko 2%), oko 49% svetlosnih talasa i, konačno, isto toliko je i zbog Solarna energija ima mali broj drugih komponenti, ali je njihova uloga toliko neznatna da nemaju poseban uticaj na život Zemlje.

Količina sunčeve energije koja pogađa Zemlju

Sada kada je određen sastav spektra koji se koristi za dobrobit čovječanstva, treba napomenuti još jednu stvar važna karakteristika ovog resursa. Upotreba solarne energije na Zemlji se čini vrlo obećavajućom i zato što je dostupna u prilično velikim količinama praktično minimalni troškovi za obradu. Ukupna količina energije koju emituje zvijezda je izuzetno velika, ali otprilike 47% doseže površinu Zemlje, što je jednako sedamsto kvadriliona kilovat-sati. Poređenja radi, napominjemo da samo jedan kilovat-sat može osigurati deset godina rada za sijalicu od sto vati.

Snaga sunčevog zračenja i korišćenje energije na Zemlji, naravno, zavisi od niza faktora: klimatskih uslova, ugla upada zraka na površinu, doba godine i geografskog položaja.

Kada i koliko

Lako je pretpostaviti da se dnevna količina sunčeve energije koja pada na površinu Zemlje stalno mijenja, jer direktno ovisi o položaju planete u odnosu na Sunce i kretanju same zvijezde. Odavno je poznato da je u podne maksimalno zračenje, dok je ujutru i uveče broj zraka koji dopiru do površine znatno manji.

Sa sigurnošću možemo reći da će korištenje sunčeve energije biti najproduktivnije u regijama što bliže ekvatorijalnom pojasu, jer je tu razlika između najviših i najnižih pokazatelja minimalna, što ukazuje na maksimalna količina radijacija koja dopire do površine planete. Na primjer, u pustinjskim područjima Afrike godišnja količina radijacije u prosjeku dostiže 2200 kilovat-sati, dok u Kanadi ili, na primjer, centralnoj Evropi, brojke ne prelaze 1000 kilovat-sati.

Solarna energija u istoriji

Ako razmišljamo što je šire moguće, pokušaji da se „ukroti“ velika svjetiljka koja grije našu planetu počeli su u drevnim vremenima, u vrijeme pagana, kada je svaki element oličavalo zasebno božanstvo. Međutim, naravno, tada korištenje sunčeve energije nije dolazilo u obzir - u svijetu je zavladala magija.

Tema korištenja sunčeve energije na Zemlji počela se aktivno pokretati tek krajem 14. - početkom 20. stoljeća. Pravi iskorak u nauci napravio je 1839. godine Alexandre Edmond Becquerel, koji je uspio da postane otkrivač fotonaponskog efekta. Proučavanje ove teme značajno je poraslo, a nakon 44 godine Charles Fritts je uspio konstruirati prvi modul u povijesti, koji je bio baziran na pozlaćenom selenu. Ova upotreba solarne energije na Zemlji proizvela je malu količinu oslobođene električne energije - ukupna količina proizvodnja tada nije iznosila više od 1%. Ipak, za cijelo čovječanstvo ovo je bio pravi iskorak, koji je otvorio nove horizonte nauke o kojima se do sada nije ni sanjalo.

Značajan doprinos razvoju solarna energija koju je svojevremeno uveo sam Albert Ajnštajn. IN savremeni svet Ime naučnika se češće vezuje za njegovu čuvenu teoriju relativnosti, ali je u stvari dobio Nobelovu nagradu upravo za svoje istraživanje

Tehnologija korištenja sunčeve energije na Zemlji do danas doživljava brze uspone i padove, ali ova grana znanja se stalno nadopunjuje novim činjenicama, te se možemo nadati da će se u dogledno vrijeme vrata potpuno novog svijeta otvoriti prije nas.

Priroda je protiv nas

Već smo govorili o prednostima korištenja sunčeve energije na Zemlji. Sada obratimo pažnju na nedostatke ove metode, kojih, nažalost, nema manje.

Zbog direktne zavisnosti od geografskog položaja, klimatskih uslova i kretanja Sunca, proizvodnja sunčeve energije u dovoljnim količinama zahteva ogromne teritorijalne troškove. Suština je da što je veća površina potrošnje i obrade sunčevog zračenja više Kao rezultat toga dobićemo ekološki prihvatljivu energiju. Postavljanje ovako ogromnih sistema zahteva velika količina slobodan prostor, što uzrokuje određene poteškoće.

Drugi problem u vezi sa korišćenjem sunčeve energije na Zemlji je direktna zavisnost od doba dana, budući da će proizvodnja noću biti nula, a ujutro i večernje vrijeme krajnje beznačajno.

Dodatni faktor rizika je samo vreme - nagle promene uslovi mogu imati izuzetno negativan uticaj na rad ovog tipa sistema, jer izazivaju poteškoće u otklanjanju grešaka potrebne snage. U određenom smislu, situacije s naglim promjenama u količini apsorpcije i proizvodnje mogu biti opasne.

Čisto, ali skupo

Upotreba solarne energije na Zemlji je trenutno otežana zbog njene visoke cijene. Fotonaponske ćelije potrebne za osnovne procese su prilično skupe. svakako, pozitivne aspekte korišćenje ovakvog resursa se isplati, ali sa ekonomske tačke gledišta u ovom trenutku ne treba govoriti o potpunoj nadoknadi novčanih troškova.

Međutim, kako trend pokazuje, cijena solarnih ćelija postepeno pada, tako da s vremenom ovaj problem može se u potpunosti riješiti.

Neugodnost procesa

Korištenje Sunca kao izvora energije također je teško jer je ovaj način obrade resursa prilično radno intenzivan i nezgodan. Potrošnja i obrada zračenja direktno ovise o čistoći ploča, što je prilično problematično osigurati. Osim toga, zagrijavanje elemenata ima izuzetno negativan učinak na proces, što se može spriječiti samo upotrebom moćnih rashladnih sistema, što zahtijeva dodatne materijalne troškove, i to značajne.

Osim toga, ploče se koriste u solarnim kolektorima, nakon 30 godina aktivan rad postupno postaju neupotrebljivi, a o cijeni fotoćelija je bilo riječi ranije.

Pitanje životne sredine

Ranije je rečeno da bi korištenje ove vrste resursa moglo spasiti čovječanstvo od mira ozbiljni problemi sa okolinom u budućnosti. Izvor resursa i konačni proizvod su zaista ekološki prihvatljivi koliko god je to moguće.

Međutim, korištenjem sunčeve energije, princip rada solarnih kolektora je korištenje posebnih ploča sa fotoćelijama, za čiju proizvodnju je potrebno mnogo otrovnih tvari: olova, arsena ili kalija. Njihova upotreba sama po sebi ne šteti okolišu, međutim, s obzirom na njihov ograničeni vijek trajanja, vremenom odlaganje ploča može postati ozbiljan problem.

Kako bi ograničili negativan utjecaj na okoliš, proizvođači postupno prelaze na tankoslojne pločice, koje imaju nižu cijenu i manje štetno utiču na okoliš.

Načini pretvaranja zračenja u energiju

Filmovi i knjige o budućnosti čovječanstva nam gotovo uvijek daju približno istu sliku ovog procesa, koji se, zapravo, može značajno razlikovati od stvarnosti. Postoji nekoliko metoda konverzije.

Najčešća je prethodno opisana upotreba fotoćelija.

Kao alternativu, čovječanstvo aktivno koristi solarnu toplinsku energiju, zasnovanu na zagrijavanju posebnih površina, što omogućava zagrijavanje vode u odgovarajućem smjeru rezultirajuće temperature. Da pojednostavim ovaj proces maksimalno, može se uporediti sa rezervoarima koji se koriste za ljetne tuševe u privatnim kućama.

Drugi način korištenja radijacije za stvaranje energije je "solarno jedro", koje može raditi samo u ovakvom sistemu koji pretvara zračenje u

Problem nedostatka proizvodnje noću djelimično rješavaju solarne balon elektrane, čiji se rad nastavlja zbog akumulacije oslobođene energije i trajanja procesa hlađenja.

Mi i solarna energija

Resursi energije sunca i vjetra na Zemlji se koriste prilično aktivno, iako to često ne primjećujemo. Već je spomenuto popularno zagrijavanje vode pod ljetnim tušem. Naime, solarna energija se najčešće koristi upravo u te svrhe. Međutim, postoji mnogo drugih primjera: u gotovo svakoj prodavnici rasvjete možete pronaći sijalice za skladištenje bez kojih mogu raditi električna strujačak i noću zahvaljujući energiji akumuliranoj tokom dana.

Instalacije zasnovane na fotoćelijama aktivno se koriste na svim vrstama pumpnih stanica i ventilacionih sistema.

Juče, danas, sutra

Jedan od najvažnijih resursa za čovječanstvo je solarna energija, a izgledi za njeno korištenje su izuzetno veliki. Ova industrija se aktivno finansira, širi i unapređuje. Sada je solarna energija najrazvijenija u SAD, gdje je neke regije koriste kao punopravnu alternativni izvor ishrana. Ovakve elektrane rade i u drugim zemljama.

IN 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, premazan selenom tanki sloj zlato. 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 zasniva na upotrebi paraboličnog ogledala i pomalo liči na igru ​​sa lupom, što je svima poznato od detinjstva. 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. Njihov koeficijent korisna akcija iznosi 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 jednu 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 u Rusiji nije baš aktivna razvoj je u toku alternativne energije, postignut je određeni uspjeh. Trenutno se nekoliko organizacija bavi stvaranjem solarnih panela - uglavnom naučni instituti razni pravci 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 prihvataju aktivno učešće 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. Zbog toga alternativni izvori energije moraju biti sigurni ekološka tačka viziju.

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 povećati popularnost solarne energije - učiniti je 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- 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, tople vode 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 njenu proizvodnju i konverziju može biti toliko mala da stane na stražnja strana smartfon. 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.

Korištenje sunčeve energije na Zemlji je kratak izvještaj koji će vam reći o mogućnostima njenog korištenja za ljudsku dobrobit.

Upotreba solarne energije na Zemlji

Sunce je sjajna ogromna lopta gasa, u kojoj teče dovoljno složenih procesa a energija se stalno oslobađa. Zahvaljujući njemu na našoj planeti postoji život: atmosfera i površina planete se zagrijavaju, vjetrovi pušu, oceani i mora se zagrijavaju, biljke rastu i tako dalje.

Sunčeva energija doprinosi stvaranju fosilnih goriva, pretvara se u toplotu i hladnoću, električnu energiju i pogonsku snagu. Svetiljka isparava vodu, pretvara vlagu u kapljice vode i stvara maglu i oblake. Jednom rečju, energija Sunca stvara gigantski ciklus vlage na planeti, sistem zagrevanja vazduha i vode planete.

Kada sunčeva svjetlost pogodi biljke, ona pokreće proces fotosinteze, rasta i razvoja. Zagrijavanjem tla oblikuje klimu, dajući vitalnost mikroorganizme, sjemenke biljaka i sva bića koja naseljavaju tlo. Bez sunčeve energije, živi bi organizmi bili u stanju hibernacije (anabioze).

Primjeri korištenja solarne energije u nacionalnoj ekonomiji

Sunčeva energija je prirodno obnovljiv izvor energije i, što je najvažnije, ekološki prihvatljiv. Naučnici iz cijelog svijeta rade na proširenju njegove upotrebe. Mnoge zemlje su stvorile vladinih programa za razvoj tehnologija za korišćenje solarne energije.

Najveća potrošnja solarne energije zabilježena je u Turskoj i Izraelu. A rekordan broj kuća opremljenih solarnim sistemom za grijanje vode nalazi se na Kipru.

U poljoprivrednim djelatnostima, odnosno u agroindustrijskom kompleksu, koristi se i solarna energija. Planirano je da se uvede u sve sektore nacionalne privrede. Slobodne površine zidova i krovova kuća i gospodarskih zgrada omogućuju vam akumulaciju dovoljne količine struju, i to besplatno. Fotonaponski sistemi se mogu koristiti za rad električnih pastira na pašnjacima, pumpe, električne noževe, medove na pčelinjacima, kao i za napajanje stambenih objekata električnom energijom.

Kolektori zraka koji se napajaju solarnom energijom stvaraju okruženje za život ljudi i domaćih životinja, a također održavaju vlažnost i temperaturu na istom unaprijed određenom nivou.

Staklenici i staklenici opremljeni heliopanelima akumuliraju i zadržavaju toplinu, osiguravajući mikroklimu za biljke.

Uređaji na bazi sunčeve energije koriste se za ventilaciju i grijanje skladišta povrća i žitarica, održavajući zadane parametre od strane ljudi.

Nadamo se da vam je esej “Korišćenje solarne energije” pomogao da se pripremite za lekciju. A svoju poruku o solarnoj energiji možete ostaviti koristeći formu za komentare ispod.

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 životu osobe. 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 nije postojao. 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.

Takvi sistemi uključuju solarne zgrade. To su zgrade izgrađene uzimajući u obzir sve karakteristike lokalne klimatske zone. Za njihovu konstrukciju koriste se materijali koji omogućavaju maksimalno korištenje sve toplinske energije za grijanje, hlađenje, rasvjetu stambenih i industrijskih prostora. Tu spadaju sljedeće građevinske tehnologije i materijali: izolacija, drveni podovi, površine koje upijaju svjetlost i orijentacija objekta prema jugu.

Takve solarni sistemi dozvoliti maksimalna upotreba solarne energije, te 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 svakodnevnom životu. Prvi se postavljaju direktno na krovove kuća, a ostali se nalaze u podrumima za dovod tople vode i grijanje.

Solarne fotoćelije

Za efikasnije korištenje solarne energije 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 sadašnje generacije ne sadrži ništa 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 upotrebu 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 visoka temperatura. 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. Najviše jednostavni 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 Omogućuju uštedu novca na grijanju i opskrbi toplom vodom, štoviše, ekološki su i ne štete ljudskom zdravlju.