Aurinkoenergian käyttö maan päällä. Aurinkoenergian käytön näkymät maapallolla

2024 Kirjoittaja: Henry Conors | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-02-12 06:52

Nykyään energiankulutusongelma on varsin akuutti - planeetan resurssit eivät ole loputtomat, ja olemassaolonsa aikana ihmiskunta on melkoisesti tuhonnut luonnon antaman. Tällä hetkellä louhitaan aktiivisesti hiiltä ja öljyä, joiden varastot pienenevät päivä päivältä. Ajatuksen voima antoi ihmiskunnalle mahdollisuuden ottaa uskomattoman askeleen tulevaisuuteen ja käyttää atomienergiaa, mikä toi mukanaan v altavan vaaran koko ympäristölle.

Ympäristöongelma ei ole yhtä akuutti - resurssien aktiivinen t alteenotto ja niiden jatkokäyttö vaikuttavat haitallisesti planeetan tilaan muuttaen paitsi maaperän luonnetta myös jopa ilmasto-olosuhteita.

Siksi luonnollisiin energialähteisiin, kuten veteen tai tuuleen, on aina kiinnitetty erityistä huomiota. Lopuksi, niin monen vuoden aktiivisen tutkimuksen ja kehityksen jälkeen ihmiskunta on "kasvanut" aurinkoenergian käyttöön maapallolla. Keskustelemme hänestä lisää.

Mikä tässä on niin viehättävää

Ennen kuin siirrymme tiettyihin esimerkkeihin, selvitetään, miksi tutkijat ympäri maailmaa ovat niin kiinnostuneita tämäntyyppisestä energiantuotannosta. Sen pääasiallista voimavaraa voidaan kutsua ehtymättömyydeksi. Lukuisista hypoteeseista huolimatta todennäköisyys, että Auringon k altainen tähti sammuisi lähitulevaisuudessa, on erittäin pieni. Tämä tarkoittaa, että ihmiskunnalla on mahdollisuus saada puhdasta energiaa täysin luonnollisella tavalla.

Toinen kiistaton etu aurinkoenergian käytöstä maapallolla on tämän vaihtoehdon ympäristöystävällisyys. Ympäristövaikutus tällaisissa olosuhteissa on nolla, mikä puolestaan tarjoaa koko maailmalle paljon valoisamman tulevaisuuden kuin se, joka avautuu rajallisten maanalaisten luonnonvarojen jatkuvalla louhinnalla.

Lopuksi on syytä kiinnittää erityistä huomiota siihen, että aurinkoenergian käyttö on vähiten vaarallista ihmisille.

Todella

Nyt mennään asiaan. Melko runollinen nimi "aurinkoenergia" itse asiassa kätkee säteilyn muuntamisen sähköksi käyttämällä erityisesti kehitettyjä tekniikoita. Tämä prosessi saadaan aikaan aurinkokennoilla, joita ihmiskunta käyttää erittäin aktiivisesti omiin tarkoituksiinsa ja melko menestyksekkäästi.

Auringon säteily

Historiallisesti on käynyt niin, että substantiivi "säteily" herättää enemmän negatiivisia assosiaatioita kuin positiivisia niiden ihmisen aiheuttamien katastrofien yhteydessä, joista maailma on selvinnyt elämänsä aikana. Siitä huolimatta Auringon energian käyttötekniikka maan päällä mahdollistaa työskentelyn sen kanssa.

Periaatteessatämäntyyppinen säteily on sähkömagneettista säteilyä, jonka alue on 2,8-3,0 mikronia.

Ihmiskunnan menestyksekkäästi käyttämä aurinkospektri koostuu itse asiassa kolmentyyppisistä aalloista: ultravioletti (noin 2 %), noin 49 % on valoa altoja ja lopuksi sama määrä infrapunasäteilyä. Aurinkoenergiassa on pieni määrä muita komponentteja, mutta niiden rooli on niin merkityksetön, ettei niillä ole erityistä vaikutusta maapallon elämään.

Maahan osuvan aurinkoenergian määrä

Nyt kun ihmiskunnan hyväksi käytettävän spektrin koostumus on määritetty, on syytä huomata vielä yksi tämän resurssin tärkeä piirre. Aurinkoenergian käyttö maapallolla näyttää erittäin lupaav alta myös siksi, että sitä on saatavilla melko suuria määriä lähes minimaalisilla jalostuskustannuksilla. Tähtien lähettämän energian kokonaismäärä on erittäin suuri, mutta noin 47 % saavuttaa Maan pinnan, mikä vastaa seitsemää sataa kvadriljoona kilowattituntia. Vertailun vuoksi huomautamme, että vain yksi kilowattitunti voi tarjota sadan watin hehkulampun kymmenen vuoden toiminnan.

Auringon säteilyn teho ja energian käyttö Maan päällä riippuvat tietysti useista tekijöistä: ilmasto-oloista, säteiden tulokulmasta pinnalla, vuodenajasta ja maantieteellisestä sijainnista.

Milloin ja kuinka paljon

On helppo arvata, että päivittäinen aurinkoenergian määrä putoaa pintaanMaa muuttuu jatkuvasti, koska se riippuu suoraan planeetan sijainnista suhteessa aurinkoon ja itse valaisimen liikkeestä. Jo pitkään on tiedetty, että keskipäivällä säteily on maksimissaan, kun taas aamulla ja illalla pintaan saapuvien säteiden määrä on paljon pienempi.

Voimme sanoa luottavaisin mielin, että aurinkoenergian käyttö on tuottavinta alueilla, jotka ovat mahdollisimman lähellä päiväntasaajan kaistaa, koska siellä korkeimman ja alimman indikaattorin välinen ero on minimaalinen, mikä osoittaa suurin määrä säteilyä, joka saavuttaa planeetan pinnan. Esimerkiksi Afrikan aavikkoalueilla vuotuinen säteilymäärä on keskimäärin 2200 kilowattituntia, kun taas Kanadassa tai esimerkiksi Keski-Euroopassa luvut eivät ylitä 1000 kilowattituntia.

Aurinkoenergia historiassa

Jos ajatellaan mahdollisimman laajasti, yritykset "kesyttää" planeettamme lämmittävä suuri valokeila alkoivat muinaisina aikoina pakanuuden aikana, jolloin jokainen elementti oli erillinen jumaluus. Tietysti aurinkoenergian käyttö ei kuitenkaan silloin tullut kysymykseen - taikuus hallitsi maailmassa.

Aihe Auringon energian käytöstä maan päällä otettiin aktiivisesti esille vasta 1300-luvun lopulla - 1900-luvun alussa. Todellinen läpimurto tieteessä teki vuonna 1839 Alexander Edmond Becquerel, joka onnistui tulemaan aurinkosähköilmiön löytäjäksi. Tämän aiheen tutkiminen on lisääntynyt huomattavasti, ja 44 vuoden jälkeen Charles Fritts pystyi suunnittelemaan ensimmäisenmoduuli, joka perustuu kullattua seleeniä. Tämä Auringon energian käyttö Maan päällä antoi pienen määrän vapautunutta sähköä - kokonaistuotannon määrä oli silloin enintään 1%. Siitä huolimatta koko ihmiskunnalle tämä oli todellinen läpimurto, joka avasi uusia tieteen horisontteja, joista ei ollut aiemmin edes haaveillut.

Albert Einstein itse antoi merkittävän panoksen aurinkoenergian kehittämiseen. Nykymaailmassa tiedemiehen nimi yhdistetään useammin hänen kuuluisaan suhteellisuusteoriaansa, mutta itse asiassa hänelle myönnettiin Nobel-palkinto juuri ulkoisen valosähköisen vaikutuksen tutkimisesta.

Tähän päivään asti aurinkoenergian käyttötekniikka maapallolla kokee joko nopeita nousuja tai ei yhtä nopeita laskuja, mutta tätä tietämystä päivitetään jatkuvasti uusilla faktoilla, ja voimme toivoa, että lähitulevaisuudessa, ovi täysin uuteen maailmaan avautuu edessämme. rauha.

Luonto on meitä vastaan

Olemme jo puhuneet Auringon energian käytön eduista maan päällä. Kiinnitetään nyt huomiota tämän menetelmän haittoihin, jotka eivät valitettavasti ole vähäisempiä.

Koska riippuvuus maantieteellisestä sijainnista, ilmasto-olosuhteista ja Auringon liikkeestä on riittävä, aurinkoenergian riittävä tuotanto vaatii v altavia alueellisia kustannuksia. Tärkeintä on, että mitä suurempi aurinkosäteilyn kulutus- ja käsittelyala on, sitä enemmän saamme ulostulossa ympäristöystävällistä energiaa. Sellaisten sijoitusv altavat järjestelmät vaativat paljon vapaata tilaa, mikä aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia.

Toinen ongelma aurinkoenergian käytössä maapallolla liittyy suoraan vuorokaudenaikaan, koska sukupolvi on nolla yöllä ja erittäin merkityksetön aamulla ja illalla.

Lisäriskitekijä on itse sää - äkilliset olosuhteiden muutokset voivat vaikuttaa erittäin kielteisesti tämäntyyppisten järjestelmien toimintaan, koska ne vaikeuttavat vaaditun tehon virheenkorjausta. Tietyssä mielessä tilanteet, joissa kulutuksen ja tuotannon määrä muuttuu jyrkästi, voivat olla vaarallisia.

Puhdas mutta kallis

Aurinkoenergian käyttö maapallolla on tällä hetkellä vaikeaa sen korkeiden kustannusten vuoksi. Pääprosessien toteuttamiseen tarvittavat valokennot ovat melko kalliita. Tietysti tällaisen resurssin käytön positiiviset puolet kannattavat, mutta taloudellisesta näkökulmasta katsottuna ei tällä hetkellä tarvitse puhua käteiskulujen täysimääräisestä takaisinmaksusta.

Kuitenkin, kuten trendi osoittaa, aurinkokennojen hinnat ovat vähitellen laskemassa, joten ajan myötä tämä ongelma voidaan ratkaista kokonaan.

Prosessin haitat

Auringon käyttö energianlähteenä on myös vaikeaa, koska tämä resurssien käsittelymenetelmä on melko työläs ja hankala. Säteilyn kulutus ja käsittely riippuvat suoraan levyjen puhtaudesta, mikä on varsin ongelmallista varmistaa. Lisäksi erittäinElementtien kuumeneminen vaikuttaa myös negatiivisesti prosessiin, mikä voidaan estää vain käyttämällä tehokkaimpia jäähdytysjärjestelmiä, jotka vaativat materiaalikustannuksia ja huomattavia.

Lisäksi aurinkokeräimissä käytetyt levyt muuttuvat 30 vuoden aktiivisen työn jälkeen vähitellen käyttökelvottomiksi, ja aurinkokennojen hinta mainittiin aiemmin.

Ympäristöongelma

Aiemmin sanottiin, että tällaisten resurssien käyttö voi pelastaa ihmiskunnan melko vakavilta ympäristöongelmilta tulevaisuudessa. Resurssien lähde ja lopputuote ovat todellakin mahdollisimman ympäristöystävällisiä.

Aurinkoenergian käyttö, aurinkokeräinten toimintaperiaate on kuitenkin käyttää erityisiä valokennoilla varustettuja levyjä, joiden valmistukseen tarvitaan paljon myrkyllisiä aineita: lyijyä, arseenia tai kaliumia. Niiden käyttö ei aiheuta haittaa ympäristölle, mutta niiden rajoitetun käyttöiän vuoksi levyjen hävittäminen voi ajan myötä muodostua vakavaksi ongelmaksi.

Kielteisten ympäristövaikutusten rajoittamiseksi valmistajat ovat vähitellen siirtymässä ohutkalvokiekoihin, joiden kustannukset ovat alhaisemmat ja joilla on vähemmän haitallisia ympäristövaikutuksia.

Menetelmät säteilyn muuttamiseksi energiaksi

Elokuvat ja kirjat ihmiskunnan tulevaisuudesta antavat meille lähes aina suunnilleen saman kuvan tästä prosessista, joka itse asiassavoi poiketa merkittävästi todellisuudesta. On olemassa useita tapoja muuntaa.

Yleisin on aiemmin kuvattu valokennojen käyttö.

Vaihtoehtona ihmiskunta käyttää aktiivisesti aurinkolämpöenergiaa, joka perustuu erikoispintojen lämmitykseen, mikä mahdollistaa veden lämmittämisen saadun lämpötilan oikealla suunnalla. Jos yksinkertaistaa tätä prosessia niin paljon kuin mahdollista, sitä voidaan verrata säiliöihin, joita käytetään yksityistalojen kesäsuihkuissa.

Toinen tapa käyttää säteilyä energian tuottamiseen on "aurinkopurje", joka voi toimia vain tyhjiössä. Tällainen järjestelmä muuttaa säteilyn kineettiseksi energiaksi.

Yötuotannon puutteen ongelman ratkaisevat osittain aurinkopallovoimalaitokset, joiden toiminta jatkuu vapautuvan energian kertymisen ja jäähdytysprosessin keston vuoksi.

Me ja aurinkovoima

Maan aurinko- ja tuulienergian resursseja käytetään melko aktiivisesti, vaikka emme usein huomaa tätä. Aiemmin on jo mainittu veden kansanmusiikki ulkosuihkussa. Itse asiassa näihin tarkoituksiin käytetään useimmiten aurinkoenergiaa. Esimerkkejä on kuitenkin monia muitakin: melkein jokaisesta valaisinliikkeestä löytyy säilytyslamppuja, jotka voivat toimia ilman sähköä yölläkin päivän aikana kertyneen energian ansiosta.

Valokennoihin perustuvia asennuksia käytetään aktiivisesti kaikenlaisissa pumppuasemissa ja ilmanvaihtojärjestelmissä.

Eilen, tänään, huomenna

Yksi ihmiskunnan tärkeimmistä resursseista on aurinkoenergia, ja sen käyttömahdollisuudet ovat erittäin korkeat. Tätä alaa rahoitetaan, laajennetaan ja parannetaan aktiivisesti. Nyt aurinkoenergia on kehittynein Yhdysvalloissa, jossa jotkut alueet käyttävät sitä täysimittaisena vaihtoehtoisena energialähteenä. Tämän tyyppiset voimalaitokset toimivat myös Mojaven autiomaassa. Muut maat ovat jo pitkään pyrkineet tämäntyyppiseen sähköntuotantoon, mikä saattaa pian ratkaista ympäristön saastumisen ongelman.