Saules enerģijas izmantošana, saules enerģija - attīstības vēsture, plusi un mīnusi

Alternatīvās enerģijas mode uzņem apgriezienus. Turklāt uzsvars tiek likts uz atjaunojamiem enerģijas avotiem — plūdmaiņām, vēju, sauli. Saules enerģija (jeb fotoelektriskā enerģija) tiek uzskatīta par vienu no visstraujāk augošajām rūpniecības nozarēm. Diezgan bieži ļoti optimistiski apgalvojumi, piemēram, ka visa turpmākā laika enerģija, ne mazāk, būs balstīta uz saules enerģiju.

Stingri sakot, zvaigznes, ko sauc par Sauli, enerģija "konservētā" veidā atrodas visu veidu fosilā kurināmā - oglēs, naftā, gāzē. Šī enerģija sāk uzkrāties augu augšanas stadijā, kas patērē saules gaismu un siltumu, kas sarežģītu bioloģisko procesu dēļ pārvēršas oglekļa fosilijās. Ūdens enerģiju, tā cirkulāciju atbalsta arī Saule.

Saules enerģijas blīvums pie atmosfēras augšējās robežas ir 1350 W / m2, to sauc par "saules konstanti". Kad saules stari šķērso Zemes atmosfēru, daļa starojuma tiek izkliedēta.Bet pat uz pašas Zemes virsmas tā blīvums ir pietiekams iespējamai lietošanai pat mākoņainā laikā.

Attīstības vēsture

Fotoelektrisko efektu (ti, stacionāras strāvas parādīšanos viendabīgā materiālā ar tā viendabīgu fotouzbudinājumu) 1839. gadā atklāja franču fiziķis Aleksandrs Edmonds Bekerels. Nedaudz vēlāk anglis Vilobijs Smits un vācietis Heinrihs Rūdolfs Hercs neatkarīgi atklāja selēna fotovadītspēju un ultravioleto fotovadītspēju.

1888. gadā Amerikā tika patentēta pirmā "saules starojuma atgūšanas ierīce". Pirmie Krievijas zinātnieku sasniegumi fotovadītspējas jomā ir datēti ar 1938. gadu. Tad akadēmiķa Ābrama Joffes laboratorijā pirmo reizi tika izveidots saules enerģijas pārveidošanas elements, ko bija plānots izmantot saules enerģētikā.

Pirms sauszemes saules enerģijas attīstības bija liels zinātnieku (tostarp Ļeņingradas-Pēterburgas Zinātniskās skolas fiziķu Borisa Kolomieta un Jurija Maslakovta) darbs kosmosa vajadzībām paredzēto saules bateriju jomā. Viņi Ļeņingradas Fizikas un tehnoloģiju institūtā izveidoja fotoelementus no tallija sēra, kuru efektivitāte bija 1% - īsts tā laika rekords.

Ābrams Džofs kļuva arī par šobrīd populārā instalācijas risinājuma autoru fotoelementi uz jumtiem (lai gan sākotnēji šī ideja nebija plaši izplatīta tikai tāpēc, ka tajā laikā neviens nesaskārās ar fosilā kurināmā trūkumu). Mūsdienās tādas valstis kā Vācija, ASV, Japāna, Izraēla arvien biežāk uz ēku jumtiem uzstāda saules paneļus, tādējādi veidojot "energoefektīvas mājas".

Saules enerģija sāka piesaistīt lielāku interesi 20. gadsimta otrajā pusē.Pateicoties praktiskajai attīstībai šajā jomā, tika izveidotas termoelektrostacijas, kurās dzesēšanas šķidrums tiek uzkarsēts ar tiešo saules starojumu, bet turboelektriskais ģenerators darbina katlā radīto tvaiku.

Uzkrājoties zināšanām un virzoties no teorijas uz praksi, rodas jautājums par saules enerģijas ražošanas rentabilitāti. Sākotnēji saules enerģijas uzdevumi nesniedzās tālāk par vietējo, piemēram, grūti pieejamu vai no centrālās elektroenerģijas sistēmas attālinātu objektu piegādi. Jau 1975. gadā visu planētas saules iekārtu kopējā jauda bija tikai 300 kW, un maksimālā jaudas kilovatu cena sasniedza 20 tūkstošus dolāru.

Saules elektrostaciju darbības princips:

Kā saules enerģija tiek pārvērsta elektrībā

Izplatītākie saules paneļu veidi

Bet, protams, saules enerģijas iegūšanai — pat neņemot vērā ekonomisko komponentu — bija nepieciešama ievērojami lielāka efektivitāte. Un viņiem izdevās to nedaudz sasniegt. Mūsdienu silīcija pusvadītāju ģeneratoru efektivitāte jau ir 15-24% (sk. Saules bateriju un moduļu efektivitāte), tieši tāpēc (kā arī to cenu kritums) mūsdienās ir pastāvīgs pieprasījums.

Saules paneļu ražošanu ir apguvuši tādi lielākie globālie uzņēmumi kā Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell un citi. Pusvadītāju saules bateriju uzstādītās elektriskās jaudas viena vata izmaksas samazinājās līdz 2 USD.

Pat padomju laikos tika lēsts, ka 4 tūkstoši km2 saules moduļu spēj segt visas pasaules ikgadējās elektroenerģijas vajadzības. Un bateriju efektivitāte tajā laikā nepārsniedza 6%.

Pagājušajā gadsimtā 10 megavatu saules elektrostacijas (SPP) tika izveidotas ASV, Francijā, Spānijā, Itālijā un citās "saules" valstīs. PSRS Kerčas pussalā tika uzbūvēta pirmā eksperimentālā saules elektrostacija ar jaudu 5 MW, kur saulaino dienu skaits gadā ir viens no lielākajiem reģionā.

Dažas no šīm stacijām joprojām darbojas, daudzas ir beigušas darboties, taču var droši teikt, ka tās principā nevar konkurēt ar mūsdienu saules fotoelementu sistēmām.

Saules elektrostacijas:

Saules elektrostaciju veidi

Peldošās saules elektrostacijas

Saules koncentratori

profesionāļiem

Saules enerģijas stiprās puses ir acīmredzamas visiem, un tām nav nepieciešams detalizēts skaidrojums.

Pirmkārt, Saules resursi pietiks ilgu laiku - zinātnieki lēš, ka zvaigznes dzīves ilgums ir aptuveni 5 miljardi gadu.

Otrkārt, saules enerģijas izmantošana neapdraud siltumnīcefekta gāzu emisijas, globālo sasilšanu un vispārējo vides piesārņojumu, t.i. neietekmē planētas ekoloģisko līdzsvaru.

Fotoelementu elektrostacija ar jaudu 1 MW gadā saražo ap 2 milj.kW Tas novērš oglekļa dioksīda emisijas salīdzinājumā ar sadedzināšanas elektrostaciju šādos apjomos: uz gāzi ap 11 tūkst.t, uz naftas produktiem 1.1-1.5 tūkst.t, uz oglēm. 1,7-2,3 tūkstoši tonnu...

Mīnusi

Saules enerģijas vājās vietas ietver, pirmkārt, joprojām nepietiekami augstu efektivitāti un, otrkārt, nepietiekami zemas izmaksas par kilovatstundu, kas rada jautājumus par jebkura atjaunojamā enerģijas avota plašo izmantošanu.

To papildina fakts, ka diezgan liels saules starojuma daudzums uz zemes virsmas ir nekontrolējami izkliedēts.

Stingri tiek apšaubīta arī vides drošība — galu galā joprojām nav skaidrs, ko darīt ar izlietoto elementu utilizāciju.

Visbeidzot, saules enerģijas izpētes pakāpe — lai ko viņi teiktu — joprojām ir tālu no perfekta.

Saules enerģijas vājākais posms ir bateriju zemā efektivitāte; šīs problēmas risinājums ir tikai laika jautājums.

Lietošana

Jā, enerģijas iegūšana no Saules nav lētākais projekts. Taču, pirmkārt, pēdējo trīsdesmit gadu laikā viens vats, kas ģenerēts, izmantojot fotoelementus, ir kļuvis desmit reizes lētāks. Un, otrkārt, saules enerģijas lomu spēlē Eiropas valstu vēlme samazināt atkarību no tradicionālajiem enerģijas avotiem. Tāpat neaizmirstiet par Kioto protokolu. Šobrīd varam teikt, ka saules enerģija attīstās vienmērīgā tempā gan no zinātnes, gan no tirdzniecības viedokļa.

Mūsdienās saules enerģiju visaktīvāk izmanto trīs mērķiem:

• apkure un karstais ūdens un gaisa kondicionēšana;

• pārveidošana elektroenerģijā, izmantojot saules fotoelektriskos pārveidotājus;

• liela mēroga elektroenerģijas ražošana, pamatojoties uz termisko ciklu.

Saules enerģija nav jāpārvērš elektrībā, taču to ir pilnīgi iespējams izmantot kā siltumu. Piemēram, dzīvojamo un rūpniecisko objektu apkurei un karstajam ūdenim.

Saules apkures sistēmu projektēšanas darbības principa pamatā ir antifrīza sildīšana.Pēc tam siltums tiek pārnests uz uzglabāšanas tvertnēm, kas parasti atrodas pagrabā, un tiek patērēts no turienes.

Viens no lielākajiem potenciālajiem fotoelektriskās enerģijas patērētājiem ir lauksaimniecības nozare, kas patstāvīgi var patērēt simtiem megavatu maksimālās saules enerģijas gadā. Tam var pievienot navigācijas atbalstu, jaudu telekomunikāciju sistēmām, sistēmas kūrortam un veselības un tūrisma biznesam, kā arī villas, saules ielu apgaismojumu un daudz ko citu.

Mūsdienās nopietni tiek apsvērta iespēja, ka no nespeciālistu viedokļa ir pilnīgi fantastiski saules enerģijas izmantošanas veidi. Piemēram, projekti orbītai ap saules stacijām vai, vēl fantastiskāk, saules elektrostacijām uz Mēness.

Un tiešām tādi projekti ir. Kosmosā saules enerģijas koncentrācija ir daudz augstāka, salīdzinot ar mūsu zilo planētu. Enerģijas pārraide uz Zemi ir iespējama, izmantojot virzītu gaismu (lāzeru) vai īpaši augstas frekvences (mikroviļņu) starojumu.

Turpinot tēmu: Izaudzēt saules enerģiju pasaulē