Bruk av solenergi, solenergi - utviklingshistorie, fordeler og ulemper
Moten for alternativ energi tar fart. I tillegg er det lagt vekt på fornybare energikilder - tidevann, vind, sol. Solenergi (eller fotovoltaikk) regnes som en av de raskest voksende industrisektorene. Ganske ofte veldig optimistiske utsagn som det faktum at all energien i de kommende tider, ikke mindre, vil være basert på solenergi.
Strengt tatt er energien til en stjerne kalt Solen tilstede i "bevart" form i alle typer fossilt brensel - kull, olje, gass. Denne energien begynner å samle seg på vekststadiet av planter, som forbruker sollys og varme, som på grunn av komplekse biologiske prosesser blir til karbonfossiler. Energien til vann, dets sirkulasjon er også støttet av solen.
Tettheten av solenergi ved den øvre grensen av atmosfæren er 1350 W / m2, det kalles «solkonstanten». Når solstrålene passerer gjennom jordens atmosfære, blir noe av strålingen spredt.Men selv på jordens overflate er tettheten tilstrekkelig for mulig bruk, selv i overskyet vær.
Utviklingens historie
Den fotovoltaiske effekten (dvs. utseendet til en stasjonær strøm i et homogent materiale med dens homogene fotoeksitasjon) ble oppdaget i 1839 av den franske fysikeren Alexandre-Edmond Becquerel. Litt senere oppdaget engelskmannen Willoughby Smith og tyskeren Heinrich-Rudolph Hertz uavhengig fotokonduktiviteten til selen og ultrafiolett fotokonduktivitet.
I 1888 ble den første "solar radiation recovery device" patentert i Amerika. De første prestasjonene til russiske forskere innen fotokonduktivitet går tilbake til 1938. Da, i laboratoriet til akademikeren Abram Joffe, ble det for første gang opprettet et solenergikonverteringselement, som var planlagt brukt i solenergi.
Utviklingen av jordbasert solenergi ble innledet av mye arbeid fra forskere (inkludert Leningrad-Petersburg Scientific School-fysikere Boris Kolomiets og Yuri Maslakovts) innen solcellebatterier for romformål. De opprettet i Leningrad Institute of Physics and Technology fotoceller fra thallium svovel, hvis effektivitet var lik 1% - en virkelig rekord for den tiden.
Abram Joffe ble også forfatteren av den nå populære installasjonsløsningen fotoceller på hustak (selv om ideen ikke fanget så mye til å begynne med bare av den grunn at ingen opplevde mangel på fossilt brensel på den tiden). I dag installerer land som Tyskland, USA, Japan, Israel i økende grad solcellepaneler på taket av bygninger, og skaper dermed "energieffektive hus".
Solenergi begynte å tiltrekke seg mer interesse i andre halvdel av det 20. århundre.Takket være den praktiske utviklingen på dette området ble det opprettet termiske kraftverk, hvor kjølevæsken varmes opp av direkte solstråling, og en turboelektrisk generator driver dampen som genereres i kjelen.
Med akkumulering av kunnskap og fremgang fra teori til praksis, oppstår spørsmålet om lønnsomhet av solenergi. Opprinnelig gikk ikke oppgavene med solenergi utover forsyningen av lokale objekter, for eksempel vanskelig tilgjengelige eller fjernt fra det sentrale elektrisitetssystemet. Allerede i 1975 var den totale kraften til alle solenergiinstallasjoner på planeten bare 300 kW, og prisen på en topp kilowatt kraft nådde 20 tusen dollar.
Prinsippet for drift av solkraftverk:
Hvordan solenergi omdannes til elektrisitet
Men selvfølgelig, å få solenergi fra bakken – selv uten å ta hensyn til den økonomiske komponenten – krevde betydelig større effektivitet. Og de klarte til en viss grad å oppnå det. Effektiviteten til moderne silisiumhalvledergeneratorer er allerede 15-24% (se — Effektivitet av solceller og moduler), som er grunnen til at det (i tillegg til deres prisfall) er konstant etterspørsel i dag.
Produksjonen av solcellepaneler har blitt mestret av store globale selskaper som Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell og andre. Kostnaden for én watt installert elektrisk kraft for halvledersolceller falt til $2.
Selv i sovjettiden ble det anslått at 4 tusen km2 solcellemoduler var i stand til å dekke det årlige strømbehovet til hele verden. Og effektiviteten til batteriene på den tiden oversteg ikke 6%.
I forrige århundre ble 10-megawatt solkraftverk (SPP) etablert i USA, Frankrike, Spania, Italia og andre "solenergi"-land. I USSR ble det første eksperimentelle solcelleanlegget med en kapasitet på 5 MW bygget på Kerch-halvøya, hvor antall soldager per år er en av de høyeste i regionen.
Noen av disse stasjonene er fortsatt i drift, mange har sluttet å fungere, men man kan trygt si at de i prinsippet ikke kan konkurrere med moderne solcelleanlegg.
Solkraftverk:
fagfolk
Styrkene til solenergi er åpenbare for alle og trenger ingen detaljert forklaring.
For det første vil solens ressurser vare lenge - levetiden til en stjerne anslås av forskere til å være rundt 5 milliarder år.
For det andre truer ikke bruken av solenergi klimagassutslipp, global oppvarming og generell miljøforurensning, d.v.s. påvirker ikke planetens økologiske balanse.
Et solcelleanlegg med en kapasitet på 1 MW produserer årlig ca 2 millioner kW Dette hindrer karbondioksidutslipp sammenlignet med et forbrenningskraftverk i følgende volumer: på gass ca 11 tusen tonn, på oljeprodukter 1,1-1,5 tusen tonn, på kull 1,7-2,3 tusen tonn...
Ulemper
Flaskehalsene til solenergi inkluderer for det første fortsatt ikke høy nok effektivitet, og for det andre ikke lav nok kostnad per kilowattime – noe som reiser spørsmål om den utbredte bruken av enhver fornybar energikilde.
I tillegg kommer det faktum at en god del solstråling på jordens overflate spres ukontrollert.
Sikkerheten til miljøet er også strengt aktuelt - tross alt er det fortsatt ikke klart hva man skal gjøre med deponeringen av de brukte elementene.
Til slutt, graden av studier av solenergi – hva enn de sier – er fortsatt langt fra perfekt.
Det svakeste leddet i solenergi er den lave effektiviteten til batterier; løsningen på dette problemet er bare et spørsmål om tid.
Bruk
Ja, å få energi fra solen er ikke det billigste prosjektet. Men for det første, i løpet av de siste tretti årene, har én watt generert ved hjelp av fotoceller blitt ti ganger billigere. Og for det andre spiller europeiske lands ønske om å redusere avhengigheten av tradisjonelle energikilder rollen som solenergi. Glem heller ikke Kyoto-protokollen. Vi kan nå si at solenergi utvikler seg i et jevnt tempo både fra et vitenskapelig synspunkt og fra et handelssynspunkt.
I dag brukes solenergi mest aktivt til tre formål:
-
oppvarming og varmt vann og klimaanlegg;
-
konvertering til elektrisk energi ved hjelp av solcelleomformere;
-
kraftproduksjon i stor skala basert på den termiske syklusen.
Solenergi trenger ikke omdannes til elektrisitet, men det er fullt mulig å bruke den som varme. For eksempel for oppvarming og varmtvann i bolig- og industrianlegg.
Grunnlaget for prinsippet om drift av utformingen av solvarmesystemer er oppvarming av frostvæske.Varmen overføres deretter til lagertanker, vanligvis plassert i kjelleren, og forbrukes derfra.
En av de største potensielle forbrukerne av fotovoltaisk energi er landbrukssektoren, som uavhengig kan forbruke hundrevis av megawatt topp solenergi per år. Til dette kan legges navigasjonsstøtte, strøm til telekommunikasjonssystemer, systemer for feriestedet og helse- og reiselivsbedrifter, samt villaer, solcellegatelys med mer.
I dag vurderes for alvor muligheten for helt fantastiske, fra lekmannens side, måter å bruke solenergi på. For eksempel prosjekter for bane rundt solstasjoner eller, enda mer fantastisk, solkraftverk på månen.
Og det finnes faktisk slike prosjekter. I verdensrommet er konsentrasjonen av solenergi mye høyere sammenlignet med vår blå planet. Overføring av energi til jorden er mulig ved bruk av rettet lys (laser) eller ultrahøyfrekvent (mikrobølge) stråling.
Fortsetter emnet: Øk solenergi i verden