Användningen av solenergi, solenergi - utvecklingshistoria, för- och nackdelar

Modet för alternativ energi tar fart. Dessutom ligger tonvikten på förnybara energikällor - tidvatten, vind, sol. Solenergi (eller solceller) anses vara en av de snabbast växande industrisektorerna. Ganska ofta mycket optimistiska uttalanden som det faktum att all energi i de kommande tiderna, inte mindre, kommer att baseras på solenergi.

Strängt taget finns energin från en stjärna som kallas solen i "bevarad" form i alla typer av fossila bränslen - kol, olja, gas. Denna energi börjar ackumuleras i tillväxtstadiet av växter, som konsumerar solljus och värme, som på grund av komplexa biologiska processer förvandlas till kolfossiler. Vattenenergin, dess cirkulation stöds också av solen.

Tätheten av solenergi vid atmosfärens övre gräns är 1350 W / m2, den kallas "solkonstanten". När solens strålar passerar genom jordens atmosfär sprids en del av strålningen.Men även på jordens yta är dess densitet tillräcklig för möjlig användning, även i molnigt väder.

Utvecklingens historia

Den fotovoltaiska effekten (dvs utseendet av en stationär ström i ett homogent material med dess homogena fotoexcitation) upptäcktes 1839 av den franske fysikern Alexandre-Edmond Becquerel. Lite senare upptäckte engelsmannen Willoughby Smith och tysken Heinrich-Rudolph Hertz oberoende fotokonduktiviteten hos selen och ultraviolett fotokonduktivitet.

1888 patenterades den första "solstrålningsåtervinningsanordningen" i Amerika. De första resultaten av ryska forskare inom fotokonduktivitet går tillbaka till 1938. Sedan, i laboratoriet av akademikern Abram Joffe, skapades för första gången ett solenergiomvandlingselement, som var planerat att användas i solenergi.

Utvecklingen av jordbunden solenergi föregicks av en hel del arbete av forskare (inklusive Leningrad-Petersburg Scientific School fysiker Boris Kolomiets och Yuri Maslakovts) inom området solbatterier för rymdändamål. De skapade i Leningrad Institute of Physics and Technology fotoceller från talliumsvavel, vars effektivitet var lika med 1% - ett riktigt rekord för den tiden.

Abram Joffe blev också författare till den nu populära installationslösningen fotoceller på hustak (även om idén inte slog igenom i stor utsträckning till en början bara av den anledningen att ingen upplevde brist på fossila bränslen vid den tiden). Idag installerar länder som Tyskland, USA, Japan, Israel i allt större utsträckning solpaneler på byggnadernas tak och skapar därmed "energieffektiva hus".

Solenergi började väcka mer intresse under andra hälften av 1900-talet.Tack vare den praktiska utvecklingen inom detta område skapades termiska kraftverk, där kylvätskan värms upp av direkt solstrålning, och en turboelektrisk generator driver ångan som genereras i pannan.

Med ackumuleringen av kunskap och framsteg från teori till praktik uppstår frågan om lönsamheten för solelproduktion. Inledningsvis gick inte solenergins uppgifter utöver utbudet av lokala objekt, till exempel svåråtkomliga eller avlägsna från det centrala elsystemet. Redan 1975 var den totala effekten av alla solenergianläggningar på planeten bara 300 kW, och priset på en topp kilowatt effekt nådde 20 tusen dollar.

Principen för drift av solkraftverk:

Hur solenergi omvandlas till el

Vanliga typer av solpaneler

Men naturligtvis krävde det betydligt större effektivitet att få solenergi från marken – även utan att ta hänsyn till den ekonomiska komponenten. Och de lyckades nå till viss del. Verkningsgraden hos moderna kiselhalvledargeneratorer är redan 15-24% (se — Effektivitet av solceller och moduler), vilket är anledningen till (liksom deras prisfall) det finns en konstant efterfrågan idag.

Produktionen av solpaneler har bemästrats av stora globala företag som Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell och andra. Kostnaden för en watt installerad elkraft för halvledarsolceller sjönk till $2.

Även under sovjettiden uppskattades det att 4 tusen km2 solcellsmoduler kunde täcka hela världens årliga elbehov. Och batteriernas effektivitet vid den tiden översteg inte 6%.

Under det senaste århundradet etablerades 10-megawatt solkraftverk (SPP) i USA, Frankrike, Spanien, Italien och andra "solar" länder. I Sovjetunionen byggdes den första experimentella solenergianläggningen med en kapacitet på 5 MW på Kerchhalvön, där antalet soldagar per år är en av de högsta i regionen.

Vissa av dessa stationer är fortfarande i drift, många har upphört att fungera, men man kan säkert säga att de i princip inte kan konkurrera med moderna solcellssystem.

Solkraftverk:

Typer av solkraftverk

Flytande solkraftverk

Solkoncentratorer

proffs

Solenergins styrkor är uppenbara för alla och behöver ingen detaljerad förklaring.

För det första kommer solens resurser att räcka länge - livslängden för en stjärna uppskattas av forskare till cirka 5 miljarder år.

För det andra hotar användningen av solenergi inte utsläpp av växthusgaser, global uppvärmning och allmänna miljöföroreningar, d.v.s. påverkar inte planetens ekologiska balans.

En solcellsanläggning med en kapacitet på 1 MW producerar årligen ca 2 miljoner kW Detta förhindrar koldioxidutsläpp jämfört med ett förbränningskraftverk i följande volymer: på gas ca 11 tusen ton, på oljeprodukter 1,1-1,5 tusen ton, på kol 1,7-2,3 tusen ton...

Nackdelar

Solenergins flaskhalsar inkluderar, för det första, fortfarande inte tillräckligt hög effektivitet, och för det andra, inte tillräckligt låg kostnad per kilowattimme – något som väcker frågor om den utbredda användningen av alla förnybara energikällor.

Till detta kommer det faktum att en hel del solstrålning på jordens yta sprids okontrollerat.

Miljösäkerheten är också strängt ifrågasatt - trots allt är det fortfarande inte klart vad man ska göra med bortskaffandet av de använda elementen.

Slutligen är graden av studier av solenergi – vad de än säger – fortfarande långt ifrån perfekt.

Den svagaste länken inom solenergi är batteriernas låga verkningsgrad; lösningen på detta problem är bara en tidsfråga.

Användande

Ja, att få energi från solen är inte det billigaste projektet. Men för det första, under de senaste trettio åren har en watt genererad med fotoceller blivit tio gånger billigare. Och för det andra spelar de europeiska ländernas önskan att minska beroendet av traditionella energikällor rollen som solenergi. Glöm inte heller Kyotoprotokollet. Vi kan nu säga att solenergin utvecklas i en stadig takt både ur vetenskapens synvinkel och ur handelns synvinkel.

Idag används solenergi mest aktivt för tre syften:

• uppvärmning och varmvatten och luftkonditionering;

• omvandling till elektrisk energi med hjälp av solenergiomvandlare;

• storskalig elproduktion baserad på den termiska cykeln.

Solenergi behöver inte omvandlas till el, men det är fullt möjligt att använda den som värme. Till exempel för uppvärmning och varmvatten av bostäder och industrianläggningar.

Grunden för principen om drift av konstruktionen av solvärmesystem är uppvärmning av frostskyddsmedel.Värmen överförs sedan till lagertankar, vanligtvis placerade i källaren, och förbrukas därifrån.

En av de största potentiella konsumenterna av solenergi är jordbrukssektorn, som självständigt kan konsumera hundratals megawatt topp solenergi per år. Till detta kan läggas navigationsstöd, kraft till telekommunikationssystem, system för resort- och hälso- och turismverksamheten samt villor, solcellsgatljus med mera.

Idag övervägs på allvar möjligheten till helt fantastiska, ur lekmannasynpunkt, sätt att använda solenergi. Till exempel projekt för bana runt solstationer eller ännu mer fantastiskt solkraftverk på månen.

Och det finns verkligen sådana projekt. I rymden är koncentrationen av solenergi mycket högre jämfört med vår blå planet. Överföring av energi till jorden är möjlig med hjälp av riktat ljus (laser) eller ultrahögfrekvent (mikrovågs) strålning.

Fortsätter ämnet: Öka solenergi i världen