Využití sluneční energie na Zemi. Perspektivy využití sluneční energie na Zemi

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-12 05:06

Problém spotřeby energie je dnes docela akutní - zdroje planety nejsou nekonečné a lidstvo za dobu své existence pěkně zdevastovalo to, co bylo dáno přírodou. V současnosti se aktivně těží uhlí a ropa, jejíž zásoby se každým dnem zmenšují. Síla myšlenky umožnila lidstvu udělat neuvěřitelný krok do budoucnosti a využít atomovou energii, což s sebou přináší obrovské nebezpečí pro celé životní prostředí.

Otázka životního prostředí je neméně akutní - aktivní těžba zdrojů a jejich další využívání nepříznivě ovlivňuje stav planety, mění nejen charakter půd, ale dokonce i klimatické podmínky.

Proto byla vždy věnována zvláštní pozornost přírodním zdrojům energie, jako je voda nebo vítr. Konečně, po tolika letech aktivního výzkumu a vývoje lidstvo „dospělo“k využívání sluneční energie na Zemi. Právě o něm budeme dále diskutovat.

Co je na tom tak atraktivního

Než přejdeme ke konkrétním příkladům, pojďme zjistit, proč se výzkumníci z celého světa tak zajímají o tento typ výroby energie. Jeho hlavní předností lze nazvat nevyčerpatelnost. Navzdory četným hypotézám je pravděpodobnost, že hvězda jako Slunce v blízké budoucnosti zhasne, extrémně malá. To znamená, že lidstvo má možnost přijímat čistou energii zcela přirozeným způsobem.

Druhou nepochybnou výhodou využívání solární energie na Zemi je šetrnost této možnosti k životnímu prostředí. Dopad na životní prostředí za takových podmínek bude nulový, což zase poskytuje celému světu mnohem světlejší budoucnost, než ta, která se otevírá neustálou těžbou omezených podzemních zdrojů.

V neposlední řadě je třeba věnovat zvláštní pozornost skutečnosti, že využívání sluneční energie představuje pro člověka nejmenší nebezpečí.

Opravdu

A teď pojďme k věci. Poněkud poetický název „sluneční energie“ve skutečnosti skrývá přeměnu záření na elektřinu pomocí speciálně vyvinutých technologií. Tento proces zajišťují fotovoltaické články, které lidstvo nesmírně aktivně využívá pro své účely, a to celkem úspěšně.

Sluneční záření

Historicky se stalo, že podstatné jméno „záření“vyvolává v souvislosti s těmi lidmi způsobenými katastrofami, které svět během svého života přežil, více negativních asociací než pozitivních. Technologie využití energie Slunce na Zemi však umožňuje s ní pracovat.

V podstatětento typ záření je elektromagnetické záření, jehož rozsah je mezi 2,8 a 3,0 mikrony.

Sluneční spektrum, které lidstvo tak úspěšně využívá, se ve skutečnosti skládá ze tří typů vln: ultrafialové (asi 2 %), asi 49 % jsou světelné vlny a konečně stejné množství je v infračerveném záření. Sluneční energie má malý počet dalších složek, ale jejich role je tak bezvýznamná, že nemají zvláštní dopad na život na Zemi.

Množství sluneční energie dopadající na Zemi

Nyní, když bylo určeno složení spektra používaného ve prospěch lidstva, je třeba poznamenat ještě jeden důležitý rys tohoto zdroje. Využití sluneční energie na Zemi se jeví jako velmi slibné také proto, že je dostupná v poměrně velkém množství při téměř minimálních nákladech na zpracování. Celkové množství energie emitované hvězdou je extrémně vysoké, ale na zemský povrch se dostane asi 47 %, což se rovná sedmi stovkám kvadrilionů kilowatthodin. Pro srovnání podotýkáme, že pouze jedna kilowatthodina může zajistit desetiletý provoz žárovky o výkonu sto wattů.

Síla slunečního záření a využití energie na Zemi samozřejmě závisí na řadě faktorů: klimatických podmínkách, úhlu dopadu paprsků na povrch, ročním období a zeměpisné poloze.

Kdy a kolik

Je snadné uhodnout, že denní množství sluneční energie dopadající na povrchZemě se neustále mění, protože přímo závisí na poloze planety ve vztahu ke Slunci a pohybu samotného svítidla. Již dlouho je známo, že v poledne je záření maximum, zatímco ráno a večer je počet paprsků dopadajících na povrch mnohem menší.

Můžeme s jistotou říci, že využití solární energie bude nejproduktivnější v oblastech co nejblíže rovníkovému pásu, protože právě tam je rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším ukazatelem minimální, což naznačuje maximální množství záření dopadajícího na povrch planety. Například v pouštních afrických oblastech dosahuje roční množství radiace v průměru 2200 kilowatthodin, zatímco v Kanadě nebo například ve střední Evropě nepřesahují čísla 1000 kilowatthodin.

Solární energie v historii

Pokud uvažujete co nejširší, pokusy o „zkrocení“velkého svítidla, které ohřívá naši planetu, začaly v dávných dobách během pohanství, kdy každý prvek ztělesňovalo samostatné božstvo. O využití solární energie však samozřejmě nemohla být řeč – ve světě vládla magie.

Téma využití energie Slunce na Zemi se začalo aktivně otevírat až koncem 14. – začátkem 20. století. Skutečný průlom ve vědě učinil v roce 1839 Alexander Edmond Becquerel, kterému se podařilo stát se objevitelem fotovoltaického jevu. Studium tohoto tématu se výrazně zvýšilo a po 44 letech byl Charles Fritts schopen navrhnout vůbec prvnímodul na bázi pozlaceného selenu. Toto využití energie Slunce na Zemi dalo malé množství uvolněné elektřiny - celkové množství produkce pak činilo ne více než 1%. Nicméně pro celé lidstvo to byl skutečný průlom, který otevřel nové obzory vědy, o kterých se dříve ani nesnilo.

Albert Einstein sám významně přispěl k rozvoji solární energie. V moderním světě je jméno vědce častěji spojováno s jeho slavnou teorií relativity, ale ve skutečnosti mu byla udělena Nobelova cena právě za studium vnějšího fotoelektrického jevu.

Technologie využití sluneční energie na Zemi zažívá dodnes buď rychlé vzestupy, nebo neméně rychlé pády, nicméně toto odvětví znalostí je neustále aktualizováno o nová fakta a můžeme doufat, že v dohledné době, otevřou se před námi dveře do úplně nového světa. mír.

Příroda je proti nám

O výhodách využití energie Slunce na Zemi jsme již mluvili. Nyní se podívejme na nevýhody této metody, kterých bohužel není o nic méně.

Vzhledem k přímé závislosti na geografické poloze, klimatických podmínkách a pohybu Slunce vyžaduje výroba sluneční energie v dostatečném množství obrovské územní náklady. Základem je, že čím větší plocha spotřeby a zpracování slunečního záření, tím větší množství energie šetrné k životnímu prostředí dostaneme na výstupu. Umístění takovýchobrovské systémy vyžadují hodně volného místa, což způsobuje určité potíže.

Další problém týkající se využití sluneční energie na Zemi je v přímé souvislosti s denní dobou, protože generace bude v noci nulová a ráno a večer extrémně nevýznamná.

Dodatečným rizikovým faktorem je samotné počasí – prudké změny podmínek mohou mít extrémně negativní dopad na provoz tohoto druhu systému, protože způsobují potíže při odladění potřebného výkonu. V jistém smyslu mohou být situace s prudkou změnou množství spotřeby a výroby nebezpečné.

Čisté, ale drahé

Využití sluneční energie na Zemi je v současnosti obtížné kvůli její vysoké ceně. Fotobuňky nezbytné pro realizaci hlavních procesů mají poměrně vysoké náklady. Pozitivní aspekty používání tohoto druhu zdroje se samozřejmě vyplatí, ale z ekonomického hlediska není v tuto chvíli potřeba hovořit o plné návratnosti peněžních nákladů.

Jak však ukazuje trend, cena solárních článků postupně klesá, takže časem lze tento problém zcela vyřešit.

Nepohodlnost procesu

Využití Slunce jako zdroje energie je také obtížné, protože tento způsob zpracování zdrojů je poměrně pracný a nepohodlný. Spotřeba a zpracování záření přímo závisí na čistotě desek, což je dosti problematické zajistit. Navíc extrémněZahřívání prvků také negativně ovlivňuje proces, kterému lze zabránit pouze použitím nejvýkonnějších chladicích systémů, což vyžaduje dodatečné materiálové náklady, a to značné.

Kromě toho se desky používané v solárních kolektorech po 30 letech aktivní práce postupně stávají nepoužitelnými a cena solárních článků byla zmíněna již dříve.

Environmentální problém

Dříve se říkalo, že využívání tohoto druhu zdroje může v budoucnu zachránit lidstvo od docela vážných problémů s životním prostředím. Zdroj zdrojů a konečný produkt jsou skutečně co nejšetrnější k životnímu prostředí.

Nicméně využití solární energie, princip fungování solárních kolektorů spočívá v použití speciálních desek s fotočlánky, na jejichž výrobu je potřeba hodně toxických látek: olovo, arsen nebo draslík. Jejich použití nepoškozuje životní prostředí, ale vzhledem k jejich omezené životnosti se může likvidace talířů časem stát vážným problémem.

Aby omezili negativní dopad na životní prostředí, výrobci postupně přecházejí na tenkovrstvé wafery, které mají nižší cenu a méně škodlivý vliv na životní prostředí.

Metody pro přeměnu záření na energii

Filmy a knihy o budoucnosti lidstva nám téměř vždy poskytují přibližně stejný obraz tohoto procesu, který ve skutečnostise může výrazně lišit od skutečnosti. Existuje několik způsobů převodu.

Nejběžnější je dříve popsané použití fotobuněk.

Jako alternativu lidstvo aktivně využívá solární tepelnou energii, založenou na ohřevu speciálních povrchů, což umožňuje ohřev vody ve správném směru získané teploty. Pokud tento proces co nejvíce zjednodušíte, lze jej porovnat s nádržemi, které se používají pro letní sprchy v soukromých domech.

Dalším způsobem, jak využít záření k výrobě energie, je „sluneční plachta“, která může fungovat pouze ve vakuu. Tento druh systému přeměňuje záření na kinetickou energii.

Problém nedostatku výroby v noci částečně řeší solární balonové elektrárny, jejichž provoz pokračuje díky akumulaci uvolněné energie a délce chladícího procesu.

My a solární energie

Zdroje sluneční a větrné energie na Zemi jsou využívány poměrně aktivně, i když si toho často nevšimneme. Již dříve bylo zmíněno lidové ohřívání vody ve venkovní sprše. Ve skutečnosti se pro tyto účely nejčastěji využívá solární energie. Existuje však mnoho dalších příkladů: téměř v každém obchodě s osvětlením najdete akumulační žárovky, které mohou fungovat bez elektřiny i v noci díky energii akumulované během dne.

Instalace založené na fotobuňkách se aktivně používají ve všech druzích čerpacích stanic a ventilačních systémů.

Včera, dnes, zítra

Jedním z nejdůležitějších zdrojů pro lidstvo je solární energie a vyhlídky na její využití jsou extrémně vysoké. Toto odvětví je aktivně financováno, rozšiřováno a zdokonalováno. Nyní je solární energie nejvíce rozvinutá ve Spojených státech, kde ji některé regiony využívají jako plnohodnotný alternativní zdroj energie. Také elektrárny tohoto typu fungují v Mohavské poušti. Jiné země již dlouho směřují k tomuto typu výroby elektřiny, což může brzy vyřešit problém znečištění životního prostředí.