Uporaba sončne energije, sončna energija - zgodovina razvoja, prednosti in slabosti

Moda za alternativno energijo dobiva zagon. Poleg tega je poudarek na obnovljivih virih energije — plimovanje, veter, sonce. Sončna energija (ali fotovoltaika) velja za enega najhitreje rastočih industrijskih sektorjev. Nemalokrat zelo optimistične izjave, kot je na primer, da bo vsa energija prihodnjih časov, nič manj, temeljila na sončni energiji.

Strogo gledano je energija zvezde, imenovane Sonce, prisotna v "ohranjeni" obliki v vseh vrstah fosilnih goriv - premog, nafta, plin. Ta energija se začne kopičiti v fazi rasti rastlin, ki porabljajo sončno svetlobo in toploto, ki se zaradi kompleksnih bioloških procesov spremenijo v ogljikove fosile. Energijo vode, njeno kroženje podpira tudi Sonce.

Gostota sončne energije na zgornji meji atmosfere je 1350 W / m2, imenujemo jo "sončna konstanta". Ko gredo sončni žarki skozi Zemljino atmosfero, se del sevanja razprši.Toda že na samem površju Zemlje je njegova gostota zadostna za morebitno uporabo tudi v oblačnem vremenu.

Zgodovina razvoja

Fotovoltaični učinek (tj. pojav stacionarnega toka v homogenem materialu z njegovo homogeno fotovzbujanjem) je leta 1839 odkril francoski fizik Alexandre-Edmond Becquerel. Malo kasneje sta Anglež Willoughby Smith in Nemec Heinrich-Rudolph Hertz neodvisno odkrila fotoprevodnost selena in ultravijolično fotoprevodnost.

Leta 1888 je bila v Ameriki patentirana prva "naprava za rekuperacijo sončnega sevanja". Prvi dosežki ruskih znanstvenikov na področju fotoprevodnosti segajo v leto 1938. Takrat je bil v laboratoriju akademika Abrama Joffeja prvič ustvarjen element za pretvorbo sončne energije, ki je bil načrtovan za uporabo v sončni energiji.

Pred razvojem zemeljske sončne energije je bilo veliko dela znanstvenikov (vključno s fiziki Leningrajsko-Peterburške znanstvene šole Borisom Kolomietsom in Jurijem Maslakovcem) na področju sončnih baterij za vesoljske namene. Na Leningradskem inštitutu za fiziko in tehnologijo so ustvarili fotocelice iz talijevega žvepla, katerih učinkovitost je bila enaka 1% - pravi rekord za tisti čas.

Abram Joffe je postal tudi avtor zdaj priljubljene namestitvene rešitve fotocelice na strehah (čeprav se ideja sprva ni na široko prijela zgolj zato, ker takrat nikomur ni primanjkovalo fosilnih goriv). Danes države kot so Nemčija, ZDA, Japonska, Izrael vse pogosteje nameščajo sončne celice na strehe stavb in tako ustvarjajo »energetsko učinkovite hiše«.

Sončna energija je začela vzbujati večje zanimanje v drugi polovici 20. stoletja.Zahvaljujoč praktičnemu razvoju na tem področju so nastale termoelektrarne, kjer se hladilno sredstvo segreva z neposrednim sončnim sevanjem, turboelektrični generator pa poganja paro, ki nastaja v kotlu.

S kopičenjem znanja in napredkom iz teorije v prakso se postavlja vprašanje donosnosti sončne proizvodnje. Sprva naloge sončne energije niso presegle oskrbe lokalnih objektov, na primer težko dostopnih ali oddaljenih od centralnega elektroenergetskega sistema. Že leta 1975 je bila skupna moč vseh sončnih naprav na planetu le 300 kW, cena najvišjega kilovata moči pa je dosegla 20 tisoč dolarjev.

Princip delovanja sončne elektrarne:

Kako se sončna energija pretvori v električno

Običajne vrste sončnih kolektorjev

Seveda pa je zagon sončne energije – tudi brez upoštevanja ekonomske komponente – zahteval znatno večjo učinkovitost. In to jim je uspelo nekoliko doseči. Učinkovitost sodobnih silicijevih polprevodniških generatorjev je že 15-24% (glej — Učinkovitost sončnih celic in modulov), zato (pa tudi zaradi njihove pocenitve) danes obstaja konstantno povpraševanje.

Proizvodnjo solarnih panelov so obvladala velika svetovna podjetja, kot so Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell in druga. Cena enega vata instalirane električne energije polprevodniških sončnih celic je padla na 2 USD.

Že v času Sovjetske zveze je bilo ocenjeno, da je 4 tisoč km2 solarnih modulov zmoglo pokriti letne potrebe po električni energiji celega sveta. In učinkovitost baterij takrat ni presegla 6%.

V prejšnjem stoletju so v ZDA, Franciji, Španiji, Italiji in drugih »sončnih« državah postavili 10-megavatne sončne elektrarne (SPE). V ZSSR je bila zgrajena prva poskusna sončna elektrarna z močjo 5 MW na polotoku Kerč, kjer je število sončnih dni na leto eno najvišjih v regiji.

Nekatere od teh postaj še vedno obratujejo, mnoge so prenehale delovati, a lahko rečemo, da načeloma ne morejo konkurirati sodobnim solarnim fotovoltaičnim sistemom.

Sončne elektrarne:

Vrste sončnih elektrarn

Plavajoče sončne elektrarne

Solarni koncentratorji

strokovnjaki

Prednosti sončne energije so očitne vsem in jih ni treba podrobneje razlagati.

Prvič, viri Sonca bodo trajali dolgo - življenjska doba zvezde je po ocenah znanstvenikov približno 5 milijard let.

Drugič, uporaba sončne energije ne ogroža izpustov toplogrednih plinov, globalnega segrevanja in splošnega onesnaževanja okolja, tj. ne vpliva na ekološko ravnovesje planeta.

Fotovoltaična elektrarna z močjo 1 MW letno proizvede približno 2 milijona kW, s čimer preprečimo emisije ogljikovega dioksida v primerjavi s kurilno elektrarno v naslednjih količinah: na plin približno 11 tisoč ton, na naftne derivate 1,1-1,5 tisoč ton, na premog 1,7-2,3 tisoč ton ...

Slabosti

Ozka grla sončne energije vključujejo, prvič, še vedno premalo visoko učinkovitost in drugič, premalo nizko ceno na kilovatno uro – nekaj, kar postavlja vprašanja o široki uporabi katerega koli obnovljivega vira energije.

K temu je dodano dejstvo, da se precejšnja količina sončnega sevanja na zemeljskem površju nenadzorovano razprši.

Tudi varnost okolja je pod strogim vprašajem - navsezadnje še vedno ni jasno, kaj storiti z odlaganjem izrabljenih elementov.

Nazadnje, stopnja proučevanja sončne energije - karkoli že pravijo - je še daleč od popolne.

Najšibkejši člen sončne energije je nizek izkoristek baterij; rešitev tega problema je samo vprašanje časa.

Uporaba

Da, pridobivanje energije iz Sonca ni najcenejši projekt. Prvič, v zadnjih tridesetih letih je en vat, proizveden s fotocelicami, postal desetkrat cenejši. In drugič, vlogo sončne energije ima želja evropskih držav po zmanjšanju odvisnosti od tradicionalnih virov energije. Ne pozabite tudi na Kjotski protokol. Zdaj lahko rečemo, da se sončna energija razvija z enakomerno hitrostjo tako z vidika znanosti kot z vidika trgovine.

Danes se sončna energija najbolj aktivno uporablja za tri namene:

• ogrevanje in topla voda ter klimatizacija;

• pretvorba v električno energijo s sončnimi fotovoltaičnimi pretvorniki;

• obsežna proizvodnja električne energije na podlagi toplotnega cikla.

Sončne energije ni treba pretvarjati v električno, je pa povsem možno, da jo uporabimo kot toploto. Na primer za ogrevanje in toplo vodo stanovanjskih in industrijskih objektov.

Osnova načela delovanja zasnove solarnih ogrevalnih sistemov je segrevanje antifriza.Toplota se nato prenese v hranilnike, ki se običajno nahajajo v kleti, in se od tam porabi.

Eden največjih potencialnih porabnikov fotovoltaične energije je kmetijski sektor, ki lahko samostojno porabi več sto megavatov vršne sončne energije na leto. K temu je mogoče dodati navigacijsko podporo, napajanje za telekomunikacijske sisteme, sisteme za letovišča in zdraviliško-turistične dejavnosti, pa tudi vile, solarne ulične luči in drugo.

Danes se resno razmišlja o možnosti naravnost fantastičnih, z laičnega vidika, načinov izrabe sončne energije. Na primer projekti za orbito okoli sončnih postaj ali, kar je še bolj fantastično, sončne elektrarne na Luni.

In taki projekti res obstajajo. V vesolju je koncentracija sončne energije veliko večja v primerjavi z našim modrim planetom. Prenos energije na Zemljo je mogoč z uporabo usmerjene svetlobe (laser) ali ultravisokofrekvenčnega (mikrovalovnega) sevanja.

Nadaljevanje teme: Povečajte sončno energijo v svetu