Η χρήση της ηλιακής ενέργειας στη Γη. Προοπτικές για τη χρήση της ηλιακής ενέργειας στη Γη

2024 Συγγραφέας: Henry Conors | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-12 05:55

Σήμερα, το πρόβλημα της κατανάλωσης ενέργειας είναι αρκετά οξύ - οι πόροι του πλανήτη δεν είναι ατελείωτοι, και κατά τη διάρκεια της ύπαρξής του, η ανθρωπότητα έχει σχεδόν καταστρέψει αυτό που δόθηκε από τη φύση. Αυτή τη στιγμή εξορύσσεται ενεργά άνθρακας και πετρέλαιο, τα αποθέματα των οποίων μειώνονται καθημερινά. Η δύναμη της σκέψης επέτρεψε στην ανθρωπότητα να κάνει ένα απίστευτο βήμα προς το μέλλον και να χρησιμοποιήσει την ατομική ενέργεια, φέρνοντας μαζί με αυτό το όφελος έναν τεράστιο κίνδυνο για ολόκληρο το περιβάλλον.

Το περιβαλλοντικό ζήτημα δεν είναι λιγότερο οξύ - η ενεργός εξόρυξη πόρων και η περαιτέρω χρήση τους επηρεάζει αρνητικά την κατάσταση του πλανήτη, αλλάζοντας όχι μόνο τη φύση των εδαφών, αλλά ακόμη και τις κλιματικές συνθήκες.

Γι' αυτό δόθηκε πάντα ιδιαίτερη προσοχή στις φυσικές πηγές ενέργειας, όπως το νερό ή ο άνεμος. Τέλος, μετά από τόσα χρόνια ενεργούς έρευνας και ανάπτυξης, η ανθρωπότητα έχει «μεγαλώσει» στη χρήση της ηλιακής ενέργειας στη Γη. Σχετικά με αυτόν θα συζητήσουμε περαιτέρω.

Τι είναι τόσο ελκυστικό σε αυτό

Προτού προχωρήσουμε σε συγκεκριμένα παραδείγματα, ας μάθουμε γιατί οι ερευνητές σε όλο τον κόσμο ενδιαφέρονται τόσο πολύ για αυτό το είδος παραγωγής ενέργειας. Το κύριο πλεονέκτημά του μπορεί να ονομαστεί ανεξάντλητο. Παρά τις πολυάριθμες υποθέσεις, η πιθανότητα ένα αστέρι όπως ο Ήλιος να σβήσει στο εγγύς μέλλον είναι εξαιρετικά μικρή. Αυτό σημαίνει ότι η ανθρωπότητα έχει την ευκαιρία να λάβει καθαρή ενέργεια με απόλυτα φυσικό τρόπο.

Το δεύτερο αναμφισβήτητο πλεονέκτημα της χρήσης ηλιακής ενέργειας στη Γη είναι η φιλικότητα προς το περιβάλλον αυτής της επιλογής. Ο αντίκτυπος στο περιβάλλον υπό τέτοιες συνθήκες θα είναι μηδενικός, γεγονός που με τη σειρά του παρέχει σε ολόκληρο τον κόσμο ένα πολύ πιο λαμπρό μέλλον από αυτό που ανοίγει με τη συνεχή εξόρυξη περιορισμένων υπόγειων πόρων.

Τέλος, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στο γεγονός ότι η χρήση της ηλιακής ενέργειας αποτελεί τον λιγότερο κίνδυνο για τον άνθρωπο.

Πραγματικά

Πάμε τώρα στο θέμα. Το κάπως ποιητικό όνομα «ηλιακή ενέργεια» κρύβει στην πραγματικότητα τη μετατροπή της ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας ειδικά ανεπτυγμένες τεχνολογίες. Αυτή η διαδικασία παρέχεται από φωτοβολταϊκά στοιχεία, τα οποία η ανθρωπότητα χρησιμοποιεί εξαιρετικά ενεργά για τους δικούς της σκοπούς και με μεγάλη επιτυχία.

Ηλιακή ακτινοβολία

Συνέβη ιστορικά ότι το ουσιαστικό "ακτινοβολία" προκαλεί περισσότερους αρνητικούς συσχετισμούς παρά θετικούς σε σχέση με εκείνες τις ανθρωπογενείς καταστροφές που ο κόσμος κατάφερε να επιβιώσει στη διάρκεια της ζωής του. Ωστόσο, η τεχνολογία χρήσης της ενέργειας του Ήλιου στη Γη προβλέπει την εργασία μαζί της.

Βασικά,αυτός ο τύπος ακτινοβολίας είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, το εύρος της οποίας είναι μεταξύ 2,8 και 3,0 microns.

Το ηλιακό φάσμα που χρησιμοποιείται τόσο επιτυχώς από την ανθρωπότητα αποτελείται στην πραγματικότητα από τρεις τύπους κυμάτων: υπεριώδη (περίπου 2%), περίπου το 49% είναι κύματα φωτός και, τέλος, το ίδιο ποσό βρίσκεται στην υπέρυθρη ακτινοβολία. Η ηλιακή ενέργεια έχει μικρό αριθμό άλλων συστατικών, αλλά ο ρόλος τους είναι τόσο ασήμαντος που δεν έχουν ιδιαίτερο αντίκτυπο στη ζωή της Γης.

Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που χτυπά τη Γη

Τώρα που προσδιορίστηκε η σύνθεση του φάσματος που χρησιμοποιείται προς όφελος της ανθρωπότητας, θα πρέπει να σημειωθεί ένα ακόμη σημαντικό χαρακτηριστικό αυτού του πόρου. Η χρήση της ηλιακής ενέργειας στη Γη φαίνεται πολλά υποσχόμενη και επειδή είναι διαθέσιμη σε αρκετά μεγάλες ποσότητες με σχεδόν ελάχιστο κόστος επεξεργασίας. Η συνολική ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται από ένα αστέρι είναι εξαιρετικά υψηλή, αλλά περίπου το 47% φθάνει στην επιφάνεια της Γης, που είναι ίσο με επτακόσια τετράκις δισεκατομμύρια κιλοβατώρες. Για σύγκριση, σημειώνουμε ότι μόνο μία κιλοβατώρα μπορεί να προσφέρει δέκα χρόνια λειτουργίας ενός λαμπτήρα με ισχύ εκατό βατ.

Η ισχύς της ακτινοβολίας του Ήλιου και η χρήση της ενέργειας στη Γη, φυσικά, εξαρτάται από διάφορους παράγοντες: κλιματικές συνθήκες, γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων στην επιφάνεια, εποχή και γεωγραφική θέση.

Πότε και πόσο

Είναι εύκολο να μαντέψει κανείς ότι η ημερήσια ποσότητα ηλιακής ενέργειας που πέφτει στην επιφάνειαΗ Γη αλλάζει συνεχώς, αφού εξαρτάται άμεσα από τη θέση του πλανήτη σε σχέση με τον Ήλιο και την κίνηση του ίδιου του φωτιστικού. Είναι γνωστό από παλιά ότι το μεσημέρι η ακτινοβολία είναι μέγιστη, ενώ το πρωί και το βράδυ ο αριθμός των ακτίνων που φτάνουν στην επιφάνεια είναι πολύ μικρότερος.

Μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι η χρήση της ηλιακής ενέργειας θα είναι πιο παραγωγική σε περιοχές όσο το δυνατόν πιο κοντά στην ισημερινή λωρίδα, καθώς εκεί η διαφορά μεταξύ του υψηλότερου και του χαμηλότερου δείκτη είναι ελάχιστη, γεγονός που δείχνει μέγιστη ποσότητα ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια του πλανήτη. Για παράδειγμα, στις περιοχές της ερήμου της Αφρικής, η ετήσια ποσότητα ακτινοβολίας φτάνει κατά μέσο όρο τις 2200 κιλοβατώρες, ενώ στον Καναδά ή, για παράδειγμα, στην Κεντρική Ευρώπη, οι αριθμοί δεν ξεπερνούν τις 1000 κιλοβατώρες.

Ηλιακή ενέργεια στην ιστορία

Αν σκεφτείτε όσο το δυνατόν ευρύτερα, οι προσπάθειες να «δαμάσει» το μεγάλο φωτιστικό που θερμαίνει τον πλανήτη μας ξεκίνησαν στην αρχαιότητα κατά τη διάρκεια του παγανισμού, όταν κάθε στοιχείο ενσαρκωνόταν από μια ξεχωριστή θεότητα. Ωστόσο, φυσικά, τότε η χρήση της ηλιακής ενέργειας ήταν εκτός συζήτησης - η μαγεία βασίλευε στον κόσμο.

Το θέμα της χρήσης της ενέργειας του Ήλιου στη Γη άρχισε να τίθεται ενεργά μόλις στα τέλη του 14ου - αρχές του 20ού αιώνα. Μια πραγματική σημαντική ανακάλυψη στην επιστήμη έγινε το 1839 από τον Alexander Edmond Becquerel, ο οποίος κατάφερε να γίνει ο ανακαλύπτης του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Η μελέτη αυτού του θέματος έχει αυξηθεί σημαντικά και μετά από 44 χρόνια, ο Τσαρλς Φριτς μπόρεσε να σχεδιάσει το πρώτομονάδα βασισμένη σε επίχρυσο σελήνιο. Αυτή η χρήση της ενέργειας του Ήλιου στη Γη έδωσε μια μικρή ποσότητα απελευθερωμένης ηλεκτρικής ενέργειας - η συνολική ποσότητα παραγωγής τότε δεν ήταν μεγαλύτερη από 1%. Ωστόσο, για όλη την ανθρωπότητα, αυτή ήταν μια πραγματική ανακάλυψη, που άνοιξε νέους ορίζοντες της επιστήμης, που δεν είχαν καν ονειρευτεί πριν.

Ο ίδιος ο Άλμπερτ Αϊνστάιν συνέβαλε σημαντικά στην ανάπτυξη της ηλιακής ενέργειας. Στον σύγχρονο κόσμο, το όνομα του επιστήμονα συνδέεται συχνότερα με τη διάσημη θεωρία της σχετικότητας, αλλά στην πραγματικότητα, του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ ακριβώς για τη μελέτη του εξωτερικού φωτοηλεκτρικού φαινομένου.

Μέχρι σήμερα, η τεχνολογία χρήσης της ηλιακής ενέργειας στη Γη παρουσιάζει είτε γρήγορες αναβαθμίσεις είτε όχι λιγότερο γρήγορες πτώσεις, ωστόσο, αυτός ο κλάδος της γνώσης ενημερώνεται συνεχώς με νέα δεδομένα και μπορούμε να ελπίζουμε ότι στο άμεσο μέλλον, η πόρτα σε έναν εντελώς νέο κόσμο θα ανοίξει μπροστά μας. ειρήνη.

Η φύση είναι εναντίον μας

Έχουμε ήδη μιλήσει για τα πλεονεκτήματα της χρήσης της ενέργειας του Ήλιου στη Γη. Τώρα ας δώσουμε προσοχή στα μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου, τα οποία, δυστυχώς, δεν είναι λιγότερα.

Λόγω της άμεσης εξάρτησης από τη γεωγραφική θέση, τις κλιματικές συνθήκες και την κίνηση του Ήλιου, η παραγωγή ηλιακής ενέργειας σε επαρκείς ποσότητες απαιτεί τεράστιο εδαφικό κόστος. Η ουσία είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή κατανάλωσης και επεξεργασίας της ηλιακής ακτινοβολίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα φιλικής προς το περιβάλλον ενέργειας που θα λάβουμε στην έξοδο. Η τοποθέτηση τέτοιωντεράστια συστήματα απαιτούν πολύ ελεύθερο χώρο, γεγονός που προκαλεί ορισμένες δυσκολίες.

Ένα άλλο πρόβλημα σχετικά με τη χρήση της ηλιακής ενέργειας στη Γη σχετίζεται άμεσα με την ώρα της ημέρας, καθώς η γενιά θα είναι μηδενική τη νύχτα και εξαιρετικά ασήμαντη το πρωί και το βράδυ.

Ένας πρόσθετος παράγοντας κινδύνου είναι ο ίδιος ο καιρός - οι απότομες αλλαγές στις συνθήκες μπορεί να έχουν εξαιρετικά αρνητικό αντίκτυπο στη λειτουργία αυτού του είδους συστήματος, καθώς προκαλούν δυσκολίες στον εντοπισμό σφαλμάτων της απαιτούμενης ισχύος. Κατά μία έννοια, καταστάσεις με απότομη αλλαγή στην ποσότητα κατανάλωσης και παραγωγής μπορεί να είναι επικίνδυνες.

Καθαρό αλλά ακριβό

Η χρήση της ηλιακής ενέργειας στη Γη είναι δύσκολη αυτή τη στιγμή λόγω του υψηλού κόστους της. Τα φωτοκύτταρα που είναι απαραίτητα για την υλοποίηση των κύριων διεργασιών έχουν αρκετά υψηλό κόστος. Φυσικά, οι θετικές πτυχές της χρήσης αυτού του είδους των πόρων το κάνουν να αποδώσει, αλλά από οικονομική άποψη, αυτή τη στιγμή δεν χρειάζεται να μιλήσουμε για την πλήρη απόσβεση του κόστους μετρητών.

Ωστόσο, όπως δείχνει η τάση, η τιμή των ηλιακών κυψελών σταδιακά πέφτει, οπότε με τον καιρό αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί πλήρως.

Ανόχληση της διαδικασίας

Η χρήση του Ήλιου ως πηγή ενέργειας είναι επίσης δύσκολη επειδή αυτή η μέθοδος επεξεργασίας πόρων είναι μάλλον επίπονη και άβολη. Η κατανάλωση και η επεξεργασία της ακτινοβολίας εξαρτώνται άμεσα από την καθαριότητα των πλακών, κάτι που είναι αρκετά προβληματικό να διασφαλιστεί. Επιπλέον, εξαιρετικάΗ θέρμανση των στοιχείων επηρεάζει επίσης αρνητικά τη διαδικασία, η οποία μπορεί να αποφευχθεί μόνο με τη χρήση των ισχυρότερων συστημάτων ψύξης, που απαιτούν πρόσθετο κόστος υλικού, και σημαντικό.

Επιπλέον, οι πλάκες που χρησιμοποιούνται στους ηλιακούς συλλέκτες, μετά από 30 χρόνια ενεργής εργασίας, σταδιακά καθίστανται άχρηστες και το κόστος των ηλιακών στοιχείων αναφέρθηκε νωρίτερα.

Περιβαλλοντικό ζήτημα

Νωρίτερα ειπώθηκε ότι η χρήση αυτού του είδους των πόρων μπορεί να σώσει την ανθρωπότητα από αρκετά σοβαρά προβλήματα με το περιβάλλον στο μέλλον. Η πηγή των πόρων και το τελικό προϊόν είναι πραγματικά όσο το δυνατόν πιο φιλικά προς το περιβάλλον.

Παρόλα αυτά, η χρήση της ηλιακής ενέργειας, η αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών είναι η χρήση ειδικών πλακών με φωτοκύτταρα, η κατασκευή των οποίων απαιτεί πολλές τοξικές ουσίες: μόλυβδο, αρσενικό ή κάλιο. Η χρήση τους δεν επιφέρει καμία βλάβη στο περιβάλλον, ωστόσο, δεδομένης της περιορισμένης διάρκειας ζωής τους, με την πάροδο του χρόνου, η απόρριψη των πλακών μπορεί να γίνει σοβαρό πρόβλημα.

Για να περιορίσουν τις αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον, οι κατασκευαστές στρέφονται σταδιακά σε γκοφρέτες λεπτής μεμβράνης, οι οποίες έχουν χαμηλότερο κόστος και λιγότερο επιβλαβείς επιπτώσεις στο περιβάλλον.

Μέθοδοι μετατροπής της ακτινοβολίας σε ενέργεια

Οι ταινίες και τα βιβλία για το μέλλον της ανθρωπότητας μας δίνουν σχεδόν πάντα την ίδια περίπου εικόνα αυτής της διαδικασίας, η οποία, στην πραγματικότητα,μπορεί να διαφέρει σημαντικά από την πραγματικότητα. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι μετατροπής.

Η πιο συνηθισμένη είναι η χρήση φωτοκυττάρων που περιγράφηκε προηγουμένως.

Ως εναλλακτική λύση, η ανθρωπότητα χρησιμοποιεί ενεργά την ηλιακή θερμική ενέργεια, βασισμένη στη θέρμανση ειδικών επιφανειών, η οποία επιτρέπει τη θέρμανση του νερού με την κατάλληλη κατεύθυνση της θερμοκρασίας που επιτυγχάνεται. Εάν απλοποιήσετε όσο το δυνατόν περισσότερο αυτή τη διαδικασία, μπορεί να συγκριθεί με τις δεξαμενές που χρησιμοποιούνται για καλοκαιρινά ντους σε ιδιωτικές κατοικίες.

Ένας άλλος τρόπος χρήσης της ακτινοβολίας για την παραγωγή ενέργειας είναι το «ηλιακό πανί», το οποίο μπορεί να λειτουργήσει μόνο σε κενό. Αυτό το είδος συστήματος μετατρέπει την ακτινοβολία σε κινητική ενέργεια.

Το πρόβλημα της έλλειψης παραγωγής τη νύχτα επιλύεται εν μέρει από σταθμούς ηλιακής ενέργειας με μπαλόνια, η λειτουργία των οποίων συνεχίζεται λόγω της συσσώρευσης της απελευθερωμένης ενέργειας και της διάρκειας της διαδικασίας ψύξης.

Εμείς και η ηλιακή ενέργεια

Οι πόροι ηλιακής και αιολικής ενέργειας στη Γη χρησιμοποιούνται αρκετά ενεργά, αν και συχνά δεν το παρατηρούμε. Νωρίτερα, έχει ήδη αναφερθεί η λαϊκή θέρμανση του νερού σε ένα υπαίθριο ντους. Μάλιστα, τις περισσότερες φορές η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για αυτούς τους σκοπούς. Ωστόσο, υπάρχουν πολλά άλλα παραδείγματα: σχεδόν σε κάθε κατάστημα φωτισμού μπορείτε να βρείτε λαμπτήρες αποθήκευσης που μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα ακόμα και τη νύχτα χάρη στην ενέργεια που συσσωρεύεται κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Οι εγκαταστάσεις που βασίζονται σε φωτοκύτταρα χρησιμοποιούνται ενεργά σε όλα τα είδη αντλιοστασίων και συστημάτων εξαερισμού.

Χθες, σήμερα, αύριο

Ένας από τους σημαντικότερους πόρους για την ανθρωπότητα είναι η ηλιακή ενέργεια και οι προοπτικές χρήσης της είναι εξαιρετικά υψηλές. Αυτός ο κλάδος χρηματοδοτείται ενεργά, επεκτείνεται και βελτιώνεται. Τώρα η ηλιακή ενέργεια έχει αναπτυχθεί περισσότερο στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου ορισμένες περιοχές τη χρησιμοποιούν ως πλήρη εναλλακτική πηγή ενέργειας. Επίσης, μονάδες παραγωγής ενέργειας αυτού του τύπου λειτουργούν στην έρημο Μοχάβε. Άλλες χώρες έχουν από καιρό κατευθυνθεί προς αυτό το είδος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το οποίο μπορεί σύντομα να λύσει το πρόβλημα της περιβαλλοντικής ρύπανσης.