Използването на слънчева енергия, слънчева енергия — история на развитието, плюсове и минуси

Модата за алтернативна енергия набира скорост. Нещо повече, акцентът е върху възобновяемите енергийни източници — приливи и отливи, вятър, слънце. Слънчевата енергия (или фотоволтаиците) се счита за един от най -бързо развиващите се индустриални сектори. Доста често много оптимистични твърдения като факта, че цялата енергия на следващите времена, не по -малко, ще се основава на слънчева енергия.

Строго погледнато, енергията на звезда на име Слънце присъства в „запазена“ форма във всички видове изкопаеми горива — въглища, нефт, газ. Тази енергия започва да се натрупва на етапа на растеж на растенията, които консумират слънчева светлина и топлина, които поради сложни биологични процеси се превръщат във фосили на въглерод. Енергията на водата, нейната циркулация се поддържа и от Слънцето.

Плътността на слънчевата енергия на горната граница на атмосферата е 1350 W / m2, тя се нарича «слънчева константа». Когато слънчевите лъчи преминават през земната атмосфера, част от радиацията се разсейва. Но дори и на самата повърхност на Земята, нейната плътност е достатъчна за възможно използване, дори при облачно време.

Историята на развитието

Фотоволтаичният ефект (т.е. появата на неподвижен ток в хомогенен материал с неговото хомогенно фотовъзбуждане) е открит през 1839 г. от френския физик Александър-Едмонд Бекверел. Малко по-късно англичанинът Уилоуби Смит и германецът Хайнрих-Рудолф Херц независимо откриват фотопроводимостта на селен и ултравиолетовата фотопроводимост.

През 1888 г. първото „устройство за възстановяване на слънчевата радиация“ е патентовано в Америка. Първите постижения на руските учени в областта на фотопроводимостта датират от 1938 г. Тогава в лабораторията на академик Абрам Йофе за първи път е създаден елемент за преобразуване на слънчевата енергия, който е планиран да се използва в слънчевата енергия.

Развитието на наземната слънчева енергия е предшествано от голяма работа на учени (включително Ленинградско-Петербургската научна школа-физици Борис Коломиец и Юрий Маслаковц) в областта на слънчевите батерии за космически цели. Те създадоха в Ленинградския физико -технологичен институт фотоелементи от талиева сяра, чиято ефективност беше равна на 1% — истински рекорд за това време.

Абрам Йофе също стана автор на популярното сега решение за инсталиране фотоклетки по покривите (макар че в началото идеята не се утвърди широко само поради причината, че по това време никой не изпитва недостиг на изкопаеми горива). Днес държави като Германия, САЩ, Япония, Израел все повече инсталират слънчеви панели на покривите на сградите, като по този начин създават „енергийно ефективни къщи“.

Слънчевата енергия започна да предизвиква по -голям интерес през втората половина на 20 -ти век. Благодарение на практическите разработки в тази област са създадени топлоелектрически централи, където охлаждащата течност се нагрява от директна слънчева радиация, а турбо-електрически генератор задвижва парата, генерирана в котела.

С натрупването на знания и напредък от теория към практика възниква въпросът за рентабилността на слънчевата генерация. Първоначално задачите на слънчевата енергия не надхвърляха захранването на локални обекти, например труднодостъпни или отдалечени от централната електроенергийна система. Още през 1975 г.общата мощност на всички слънчеви инсталации на планетата беше само 300 kW, а цената на пиков киловат мощност достигна 20 хиляди долара.

Принципът на действие на слънчевите електроцентрали:

Как се превръща слънчевата енергия в електрическа

Често срещани видове слънчеви панели

Но, разбира се, за стартирането на слънчевата енергия — дори без да се вземе предвид икономическият компонент — беше необходима значително по -голяма ефективност. И успяха донякъде да го постигнат. Ефективността на съвременните силициеви полупроводникови генератори вече е 15-24% (виж — Ефективност на слънчевите клетки и модули), поради което (както и спадът им в цената), днес има постоянно търсене.

Производството на слънчеви панели е овладяно от големи световни компании като Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell и други. Цената на един ват инсталирана електрическа енергия на полупроводникови слънчеви клетки падна до 2 долара.

Още в съветските времена се изчислява, че 4 хиляди км2 слънчевите модули са в състояние да покрият годишните нужди от електроенергия в целия свят. А ефективността на тогавашните батерии не надвишаваше 6%.

През миналия век бяха създадени 10-мегаватни слънчеви електроцентрали (SPP) в САЩ, Франция, Испания, Италия и други «слънчеви» страни. В СССР първата експериментална слънчева станция с мощност 5 MW е построена на полуостров Керч, където броят на слънчевите дни в годината е един от най -високите в региона.

Някои от тези станции все още работят, много са престанали да функционират, но е сигурно да се каже, че те не могат по принцип да се конкурират със съвременните слънчеви фотоволтаични системи.

Слънчеви електроцентрали:

Видове слънчеви електроцентрали

Плаващи слънчеви електроцентрали

Слънчеви концентратори

професионалисти

Силните страни на слънчевата енергия са очевидни за всички и не се нуждаят от подробни обяснения.

Първо, ресурсите на Слънцето ще продължат дълго време — продължителността на съществуването на звезда се оценява от учените на около 5 милиарда години.

Второ, използването на слънчева енергия не застрашава емисиите на парникови газове, глобалното затопляне и общото замърсяване на околната среда, т.е. не засяга екологичния баланс на планетата.

Фотоволтаична станция с мощност 1 MW годишно произвежда около 2 милиона kW.Това предотвратява емисиите на въглероден диоксид в сравнение с горивна електроцентрала в следните обеми: на газ около 11 хиляди тона, на нефтопродукти 1,1-1,5 хиляди тона, на въглища 1,7-2,3 хиляди тона …

Минуси

Тесните места на слънчевата енергия включват, първо, все още недостатъчно висока ефективност, и второ, недостатъчно ниска цена на киловатчас — нещо, което повдига въпроси във връзка с широкото използване на всеки възобновяем източник на енергия.

Към това се добавя и фактът, че справедливо количество слънчева радиация на земната повърхност е разпръснато неконтролируемо.

Безопасността на околната среда също е строго погледнато под въпрос — в края на краищата все още не е ясно какво да се прави с изхвърлянето на използваните елементи.

И накрая, степента на изучаване на слънчевата енергия — каквото и да казват — все още е далеч от перфектната.

Най -слабото звено в слънчевата енергия е ниската ефективност на батериите; решението на този проблем е само въпрос на време.

Употреба

Да, получаването на енергия от Слънцето не е най -евтиният проект. Но, първо, през последните тридесет години един ват, генериран с помощта на фотоклетки, е поевтинявал десетки пъти. И второ, желанието на европейските страни да намалят зависимостта от традиционните източници на енергия играе ролята на слънчевата енергия. Също така, не забравяйте за протокола от Киото. Сега можем да кажем, че слънчевата енергия се развива с постоянни темпове както от гледна точка на науката, така и от гледна точка на търговията.

Днес слънчевата енергия се използва най -активно за три цели:

• отопление и топла вода и климатизация;

• преобразуване в електрическа енергия с помощта на слънчеви фотоволтаични преобразуватели;

• мащабно производство на електроенергия въз основа на топлинния цикъл.

Слънчевата енергия не трябва да се превръща в електрическа, но е напълно възможно да се използва като топлина. Например за отопление и топла вода на жилищни и промишлени съоръжения.

Основата на принципа на действие на дизайна на слънчевите отоплителни системи е нагряването на антифриз. След това топлината се прехвърля в резервоари за съхранение, обикновено разположени в мазето, и се консумира от там.

Един от най -големите потенциални потребители на фотоволтаична енергия е селскостопанският сектор, който независимо може да консумира стотици мегавати върхова слънчева енергия годишно. Към това може да се добави навигационна поддръжка, захранване за телекомуникационни системи, системи за курортния и здравен и туристически бизнес, както и вили, улични слънчеви светлини и др.

Днес сериозно се обмисля възможността за абсолютно фантастични, от гледна точка на неспециалистите, начини за използване на слънчевата енергия. Например проекти за орбита около слънчеви станции или, още по -фантастично, слънчеви електроцентрали на Луната.

И наистина има такива проекти. В космоса концентрацията на слънчева енергия е много по -висока в сравнение с нашата синя планета. Предаването на енергия към Земята е възможно с помощта на насочена светлина (лазер) или ултрависокочестотна (микровълнова) радиация.

Продължаване на темата: Развивайте слънчевата енергия в света