Saulė yra vienas saugiausių ir neišsenkančių energijos šaltinių. Tinkamas jo naudojimas yra bet kurios pramonės šakos ar šalies aplinkos saugos ir ekonominio efektyvumo klausimas. Toks energijos šaltinis kaip saulė turi nemažai reikšmingų pranašumų prieš kitus populiarius. Jis neužges ir gali suteikti žmogui daugybę kilovatvalandžių, yra ekologiškas ir ekonomiškas, saulė yra prieinama bet kuriame Žemės kampelyje ir gali sutaupyti Gamtos turtai nuskurdintas kiekvienu nukirstu medžiu ir išgaunant kilogramą anglies.
Saulės energija yra atsinaujinanti, tai yra, ji gali egzistuoti be žmogaus įsikišimo gamtoje, kitaip nei atominė energija, saulė negali pakenkti aplinkai ir išlaikyti miškus bei upes švarius pirmykšte forma.
Naudojimo pavyzdžiai
Pasiimk įprastą saulės energija varomą – tai elementariausias saulės energijos panaudojimo ir pavertimo elektros energija pavyzdys, tamsūs paviršiai geba efektyviai sugerti spindulius ir panaudoti šviestuvo energiją, paverčiant ją šiluma. Saulės energijai rinkti ir kaupti jau seniai naudojamos specialios technologijos, kurios yra pažangūs mokslo ir technikos pasiekimai, sėkmingai galinti pakeisti benziną automobiliuose, šilumos ir šviesos namuose.
Naudojimas geografines ypatybes tam tikrų pastatų vieta, kartu su modernios medžiagos leidžia žmonijai visiškai pereiti prie saulės šviesos energijos, o visi modernios patalpos komunikacijos: televizija, internetas ir kiti patogumai ir toliau veiks kaip įprasta. Tokie pastatai yra ekologiški ir labai ekonomiški.
Sėkmingai naudojami specialūs saulės energiją konvertuojantys elementai kosminės technologijos, šiuolaikiniai palydovai ir kosminės stotys aprūpintos specialiomis baterijomis, maitinamomis paprastos žvaigždės spinduliais. Saulės energiją labai patogu naudoti ir ji prieinama net pačiuose laukiniuose ir atokiausiuose pasaulio kampeliuose, kur komunikacijų ir elektros linijų tiesimas yra labai sunkus arba neįmanomas.
Naudojimas elektros energija gryna forma ne visada patogu, todėl daugelyje sistemų naudojami mišrūs elektros energijos šaltiniai, derinant saulę ir tradicines energijos formas.
Šiandien energijos vartojimo problema yra gana opi – planetos ištekliai nėra begaliniai, o per savo egzistavimą žmonija gana smarkiai nuniokojo tai, ką davė gamta. Šiuo metu aktyviai kasamos anglys ir nafta, kurių atsargos kasdien mažėja. leido žmonijai žengti neįtikėtiną žingsnį į ateitį ir panaudoti atominę energiją, kartu atnešdama didžiulį pavojų visai aplinkai.
Ne mažiau opi ir aplinkosaugos problema – aktyvus išteklių gavyba ir tolesnis jų naudojimas neigiamai veikia planetos būklę, keičia ne tik dirvožemio prigimtį, bet net ir klimato sąlygas.
Štai kodėl ypatingas dėmesys visada buvo skiriamas natūraliems energijos šaltiniams, tokiems kaip, pavyzdžiui, vanduo ar vėjas. Galiausiai, po tiek metų aktyvių tyrimų ir plėtros, žmonija „užaugo“ iki saulės energijos naudojimo Žemėje. Apie jį bus kalbama toliau.
Kas čia tokio patrauklaus
Prieš tęsdami konkrečių pavyzdžių, išsiaiškinkime, kodėl mokslininkai iš viso pasaulio taip domisi tokio tipo energijos gamyba. Pagrindinis jos turtas gali būti vadinamas neišsemiamu. Nepaisant daugybės hipotezių, tikimybė, kad tokia žvaigždė kaip Saulė artimiausiu metu užges, yra labai maža. Tai reiškia, kad žmonija turi galimybę gauti švarią energiją visiškai natūraliu būdu.
Antrasis neabejotinas saulės energijos naudojimo Žemėje pranašumas yra šios galimybės ekologiškumas. Poveikis aplinkai tokiomis sąlygomis bus lygus nuliui, o tai savo ruožtu suteikia visam pasauliui daug šviesesnę ateitį nei ta, kuri atsiveria nuolat išgaunant ribotus požeminius išteklius.
Galiausiai, ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas tam, kad Saulė kelia mažiausiai pavojų pačiam žmogui.
Kaip iš tikrųjų
Dabar pereikime prie esmės. Po kiek poetišku pavadinimu saulės energija» iš tikrųjų slepia radiacijos pavertimą elektra naudojant specialiai sukurtas technologijas. Šį procesą užtikrina fotovoltiniai elementai, kuriuos žmonija itin aktyviai ir gana sėkmingai naudoja savo reikmėms.
Saulės radiacija
Taip istoriškai susiklostė, kad daiktavardis „radiacija“ žmogui sukelia daugiau neigiamų asociacijų nei teigiamų, susijusių su tomis žmogaus sukeltomis nelaimėmis, kurias pasaulis sugebėjo išgyventi per savo gyvenimą. Nepaisant to, Saulės energijos naudojimo Žemėje technologija numato dirbti su ja.
Tiesą sakant, šios rūšies spinduliuotė yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurios diapazonas yra nuo 2,8 iki 3,0 mikronų.
Saulės spektras, kurį taip sėkmingai naudoja žmonija, iš tikrųjų susideda iš trijų tipų bangų: ultravioletinių (apie 2%), apie 49% yra šviesos bangos ir, galiausiai, tiek pat patenka ir Saulės energija turi nedaug kitų komponentų, tačiau jų vaidmuo toks nereikšmingas, kad ypatingos įtakos Žemės gyvybei neturi.
Saulės energijos kiekis, patenkantis į žemę
Dabar, kai buvo nustatyta žmonijos labui naudojamo spektro sudėtis, reikėtų atkreipti dėmesį į dar vieną svarbią šio ištekliaus savybę. Saulės energijos naudojimas Žemėje atrodo daug žadantis dar ir todėl, kad jos galima gauti gana dideliais kiekiais už beveik minimalias perdirbimo išlaidas. Bendras žvaigždės skleidžiamos energijos kiekis yra itin didelis, tačiau Žemės paviršių pasiekia apie 47%, o tai prilygsta septyniems šimtams kvadrilijonų kilovatvalandžių. Palyginimui pažymime, kad tik viena kilovatvalandė gali užtikrinti dešimties metų šimto vatų galios lemputės veikimą.
Žinoma, Saulės spinduliuotės galia ir energijos naudojimas Žemėje priklauso nuo daugelio veiksnių: klimato sąlygos, spindulių kritimo į paviršių kampas, metų laikas ir geografinė padėtis.
Kada ir kiek
Nesunku atspėti, kad kasdienis saulės energijos kiekis, patenkantis į Žemės paviršių, nuolat kinta, nes jis tiesiogiai priklauso nuo planetos padėties Saulės atžvilgiu ir pačios žvaigždės judėjimo. Jau seniai žinoma, kad vidurdienį spinduliuotė būna maksimali, o ryte ir vakare paviršių pasiekia kur kas mažiau spindulių.
Galime drąsiai teigti, kad saulės energijos naudojimas bus produktyviausias regionuose, kurie yra kuo arčiau pusiaujo juostos, nes būtent ten skirtumas tarp aukščiausių ir žemiausių rodiklių yra minimalus, o tai rodo maksimalų pasiekiamos spinduliuotės kiekį. planetos paviršius. Pavyzdžiui, Afrikos dykumose metinis radiacijos kiekis vidutiniškai siekia 2200 kilovatvalandžių, o Kanadoje ar, pavyzdžiui, Vidurio Europoje, skaičiai neviršija 1000 kilovatvalandžių.
Saulės energija istorijoje
Mąstant kuo plačiau, bandymai „prisijaukinti“ mūsų planetą šildantį didįjį šviesulį prasidėjo dar antikos laikais pagonybės laikais, kai kiekvieną elementą įkūnijo atskira dievybė. Tačiau, žinoma, tada apie saulės energijos panaudojimą nekilo klausimas – pasaulyje karaliavo magija.
Saulės energijos panaudojimo Žemėje tema buvo pradėta aktyviai kelti tik XIV amžiaus pabaigoje – XX amžiaus pradžioje. Tikrą proveržį moksle 1839 metais padarė Aleksandras Edmondas Becquerelis, sugebėjęs tapti fotovoltinio efekto atradėju. Šios temos tyrinėjimų gerokai padaugėjo ir po 44 metų Charlesas Frittsas sugebėjo sukurti pirmąjį istorijoje modulį, kurio pagrindas buvo paauksuotas selenas. Toks Saulės energijos panaudojimas Žemėje davė nedidelį išleistos elektros kiekį – bendras generacijos kiekis tuomet siekė ne daugiau kaip 1%. Vis dėlto visai žmonijai tai buvo tikras lūžis, atvėręs naujus mokslo horizontus, apie kuriuos anksčiau net nebuvo svajojama.
Pats Albertas Einšteinas daug prisidėjo prie saulės energetikos plėtros. AT modernus pasaulis mokslininko vardas dažniau siejamas su jo garsiąja reliatyvumo teorija, tačiau iš tikrųjų Nobelio premija jam buvo skirta būtent už tyrimą
Iki šiol Saulės energijos panaudojimo technologija Žemėje išgyvena arba sparčius pakilimus, arba ne mažiau sparčius kritimus, tačiau ši žinių šaka nuolatos atnaujinama naujais faktais ir galime tikėtis, kad artimiausioje ateityje durys į visiškai naują pasaulis atsivers prieš mus.
Gamta prieš mus
Jau kalbėjome apie Saulės energijos panaudojimo Žemėje pranašumus. Dabar atkreipkime dėmesį į šio metodo trūkumus, kurie, deja, nėra mažesni.
Dėl tiesioginės priklausomybės nuo geografinės padėties, klimato sąlygų ir Saulės judėjimo saulės energijos gamyba pakankamais kiekiais reikalauja didžiulių teritorinių kaštų. Esmė ta, kad kuo didesnis saulės spinduliuotės suvartojimo ir apdorojimo plotas, tuo didesnį aplinkai nekenksmingos energijos kiekį gausime išeinant. Tokių didžiulių sistemų išdėstymas reikalauja daug laisvos vietos, o tai sukelia tam tikrų sunkumų.
Kita problema, susijusi su Saulės energijos panaudojimu Žemėje, yra tiesioginė priklausomybė nuo paros laiko, nes naktį generacija bus lygi nuliui, o ryte ir vakare ji bus labai nereikšminga.
Papildomas rizikos veiksnys yra pats oras – staigūs sąlygų pasikeitimai gali itin neigiamai paveikti tokios sistemos veikimą, nes sukelia sunkumų derinant reikiamą galią. Tam tikra prasme situacijos, kai smarkiai pasikeičia vartojimo ir gamybos apimtys, gali būti pavojingos.
Švarus, bet brangus
Saulės energijos naudojimas Žemėje šiuo metu yra sudėtingas dėl didelių jos sąnaudų. Pagrindiniams procesams įgyvendinti reikalingi fotoelementai kainuoja gana brangiai. Žinoma, teigiami tokio resurso naudojimo aspektai verčia tai atsipirkti, tačiau ekonominiu požiūriu šiuo metu nereikia kalbėti apie visišką grynųjų pinigų atsipirkimą.
Tačiau, kaip rodo tendencija, saulės elementų kaina po truputį krenta, todėl laikui bėgant ši problema gali būti visiškai išspręsta.
Proceso nepatogumai
Sunku naudoti Saulę kaip energijos šaltinį, nes toks išteklių apdorojimo būdas yra gana sunkus ir nepatogus. Spinduliuotės sunaudojimas ir apdorojimas tiesiogiai priklauso nuo plokščių švarumo, o tai yra gana sudėtinga užtikrinti. Be to, elementų įkaitimas dar ir itin neigiamai veikia procesą, kurio išvengti galima tik naudojant galingiausias aušinimo sistemas, kurioms reikia papildomų materialinių sąnaudų ir nemažų.
Be to, saulės kolektoriuose naudojamos plokštės po 30 metų aktyvaus darbo pamažu tampa netinkamos naudoti, o fotoelementų kaina buvo paminėta anksčiau.
aplinkosaugos problema
Anksčiau buvo kalbama, kad tokio pobūdžio išteklių naudojimas ateityje gali išgelbėti žmoniją nuo gana rimtų problemų su aplinka. Išteklių šaltinis ir galutinis produktas yra tikrai kuo draugiškesni aplinkai.
Nepaisant to, naudojant saulės energiją, saulės kolektorių veikimo principas – naudoti specialias plokštes su fotoelementais, kurių gamybai reikia daug toksinių medžiagų: švino, arseno ar kalio. Pats jų naudojimas nekenkia aplinkai, tačiau, atsižvelgiant į ribotą jų veikimo laikotarpį, laikui bėgant plokščių utilizavimas gali tapti rimta problema.
Dėl apribojimo Neigiama įtaka Kalbant apie aplinką, gamintojai palaipsniui pereina prie plonasluoksnių plokščių, kurių kaina yra mažesnė ir mažiau kenkia aplinkai.
Radiacijos pavertimo energija būdai
Filmai ir knygos apie žmonijos ateitį beveik visada pateikia maždaug tokį patį šio proceso vaizdą, kuris iš tikrųjų gali labai skirtis nuo tikrovės. Yra keli konvertavimo būdai.
Labiausiai paplitęs gali būti vadinamas anksčiau aprašytu fotoelementų įtraukimu.
Kaip alternatyvą, žmonija aktyviai naudoja saulės šiluminę energiją, pagrįstą specialių paviršių šildymu, kuri leidžia šildyti vandenį, esant tinkamai gaunamai temperatūrai. Jei šį procesą kiek įmanoma supaprastinsime, jį galima palyginti su talpyklomis, kurios naudojamos vasaros dušui privačiuose namuose.
Kitas būdas panaudoti spinduliuotę energijai generuoti yra „saulės burė“, kuri gali veikti tik tokioje sistemoje, kuri paverčia spinduliuotę
Naktinio generavimo trūkumo problemą iš dalies sprendžia saulės balionų elektrinės, kurių darbas tęsiasi dėl išskiriamos energijos kaupimo ir aušinimo proceso trukmės.
Mes ir saulės energija
Saulės ir vėjo energijos ištekliai Žemėje naudojami gana aktyviai, nors dažnai to nepastebime. Anksčiau jau buvo minėta apie liaudišką vandens šildymą lauko duše. Tiesą sakant, dažniausiai šiems tikslams naudojama saulės energija. Tačiau yra daug kitų pavyzdžių: beveik kiekvienoje šviestuvų parduotuvėje galima rasti akumuliacinių lempučių, kurios dėl per dieną sukauptos energijos gali veikti be elektros net naktį.
Instaliacijos, pagrįstos fotoelementais, aktyviai naudojamos įvairiose siurblinės ir vėdinimo sistemos.
Vakar Šiandien Rytoj
Vienas iš kritiniais ištekliaisžmonijai – saulės energija, o jos panaudojimo perspektyvos itin didelės. Ši pramonė yra aktyviai finansuojama, plečiama ir tobulinama. Dabar saulės energija labiausiai išvystyta JAV, kur kai kurie regionai ją naudoja kaip visavertį alternatyvų energijos šaltinį. Taip pat tokio tipo elektrinės veikia ir kitose šalyse, o jos jau seniai krypsta į tokio tipo elektros gamybą, kuri netrukus gali išspręsti aplinkos taršos problemą.
Skaitymas 8 min. Peržiūros 756 Paskelbta 2015-11-27
Didis ir galingas, amžinas ir visada jaunas, todėl daugelyje senovės religijų žmonės kalbėjo apie Saulę. Jie kalbėjo apie jį kaip apie gyvą objektą ir garbino jį, matavo laiką ir gyrė jį kaip pagrindinį visų žemiškų palaiminimų šaltinį.
Ir šiandien, kai niekam ne paslaptis, kad būtent Saulė yra pagrindinis natūralus šilumos šaltinis ir atitinkamai gyvybė daugeliu atžvilgių turi sutikti su dangaus kūno vaidmens žmonijos gyvenime supratimu.
Na, ką dar žmonija gali panaudoti savo kasdieniame gyvenime, be garbinimo ir supratimo apie Saulės svarbą civilizacijos istorijoje? Žinoma, Saulė yra augalų fotosintezei būtinos energijos šaltinis, ji verčia gamtoje vykti vandens ciklą, tik Saulės dėka planeta turi visą šiandien žinomą iškastinį kurą. O saulės energiją žmogus gali panaudoti ir savo energijos – šilumos ir elektros – poreikiams patenkinti.
Saulė yra pagrindinis energijos šaltinis žemėje
Gamta išmintingai pasirūpino saulės energijos tiekimo į Žemę procesu, siųsdama saulės spinduliuotę iš šviestuvo paviršiaus Trys pagrindiniai bangų tipai pasiekia Žemės paviršių iš viso elektromagnetinės spinduliuotės spektro:
- ultravioletinių bangų, bendras jų kiekis saulės spektre, įvairiais vertinimais, yra apie 2%, o žmogaus akiai jis nematomas,
- šviesos bangos sudaro apie pusę Žemę pasiekiančios energijos – 49%, šio diapazono bangų dėka žmogus turi galimybę matyti visas pasaulio spalvas;
- infraraudonosios bangos, kurios sudaro 49 % spektro, o būtent dėl šių 49 % įkaista Žemės, vandenynų ir sausumos paviršius, o būtent šios bangos yra šiandien žmonijai labiausiai reikalingos saulės energijos šaltinis.
Saulės energijos pavertimo elektra ir šiluma principas
Kaip ir bet kuris kitas procesas, saulės šviesos pavertimas šilumine ir elektros energija vyksta pagal tiesioginio šviesos energijos pavertimo šilumine arba elektros energija principą – saulės šviesa, patekusi ant specialaus paviršiaus, pradeda šviesos energijos pavertimo elektra arba šilumine procesą. energijos.
Šilumos ir elektros energijos gavimo iš saulės energijos procesas, nepaisant tam tikro skirtumo, paprastai yra labai panašus ir gali būti įvairiais būdais pavaizduotas viena į kitą panašiomis schemomis:
- šiluminei energijai gauti naudojamas šiluminis kolektorius infraraudonųjų spindulių bangoms sugerti, vėliau, priklausomai nuo sistemos sudėtingumo, galutiniam produktui šildyti naudojami akumuliatoriai ir šilumokaičiai;
- elektros energijai gauti naudojamas tiesioginio saulės šviesos pavertimo elektra principas nuolatinė srovė Saulės elementas saulės šviesą gauna ant savo paviršiaus ir paverčia ją elektra.
Kaip šiandien naudojama saulės energija?
Daugeliu atžvilgių nemokamos ir atsinaujinančios, o atitinkamai ir perspektyviausios saulės energijos naudojimas šiandien jau seniai perėjo iš teorinių tyrimų į praktiką. Daugybė komercinių įmonių pasiūlymų suteikia tokią energiją prieinamą beveik visiems, o pagrindinės tokios energijos naudojimo sritys Kasdienybė yra daug pažįstamų dalykų.
Saulės elementai
Dažniausias saulės šviesos pavertimo elektra šaltinis. Nepaisant santykinai didelių sąnaudų ir mažos galios, saulės baterijos jau šiandien gali patenkinti pusę žmonijos nemokamo apšvietimo poreikių.
Nepaisant santykinio šio tipo elektros šaltinio naujumo ir vis dar netobulos technologijos, saulės baterijos jau šiandien naudojamos tiek sodo takų, tiek gatvių apšvietimui, o jau naudojamos kaip energijos šaltiniai namų ir miesto butų apšvietimui.
Namų energijos tiekimas
Prieš porą metų saulės baterijų sistema namui apšviesti buvo kažkas iš fantazijos sferos, tačiau šiandien visiškai įmanoma balkone ar išorinėje sienoje sumontuoti saulės baterijų komplektą, galintį tiekti energiją atskiram butas arba kaimo namas.
Saulės energijos panaudojimo elektrai gaminti technologija dar neleidžia pasiekti per didelio efektyvumo – vidutiniškai yra apie 13 proc., o generuojama srovė – 12 V, tačiau ir tokio energijos kiekio visiškai pakanka, kad buto ar namo apšvietimas būtų naudojamas nemokamai.
Daugeliu atžvilgių skeptiškas požiūris į namo įrengimą saulės baterijomis prideda galimybę valdyti plokštes debesuotą dieną ar prieblandoje, tačiau tai jau seniai pamirštas etapas – visos pristatomos saulės baterijos veikia net gilioje prieblandoje, o baterijų pakanka maitinti vartotojus srove iki kito įkrovimo.
Nešiojamos saulės baterijos
Kitas elektros srovės šaltinių tipas, kai nėra stacionarių elektros tinklas. Nešiojami skydeliai, lengvi ir patogūs, yra nepakeičiami tiems, kurių gyvenimas susijęs su nuolatiniu judėjimu toli nuo civilizacijos, turistams, keliautojams, o vasaros gyventojams, kurie neturi elektros energijos, labai reikalingas dalykas telefonui pakrauti ar maitinti. radijas.
saulės kolektorius
Dar didesnis pritaikymas buvo panaudotas saulės energijos konvertavimo į procesą šiluminė energija. Paprasčiausias jo pavyzdys – lauko dušas, kai indas su vandeniu šildomas saulėje. Tačiau šiandien tai toli gražu nėra pats ekonomiškiausias būdas naudoti saulės energiją namų reikmėms - Paprasčiausias saulės kolektorius žymiai efektyvina vandens šildymo procesą.
Saulės kolektoriaus esmė – sugeriančiojo elemento energijos sugėrimas ir jos perdavimas šiluminės energijos pavidalu skysčiui šildyti. Šiandien naudojami keli saulės kolektorių tipai:
- plokščias kolektorius, kuriame sugeriantis elementas pagamintas plokščio skydo pavidalu, kurio viduje cirkuliuoja aušinimo skystis;
- vamzdinis kolektorius- saulės energijos įrenginio tipas, kuriame darbinis skystis šildomas tarpusavyje sujungtuose vamzdžiuose, kurių šilumos laidumas yra geras.
Karšto vandens tiekimas
Nustatymai karšto vandens tiekimas- šiandien dažniausiai naudojamas saulės instaliacijos tipas su saulės kolektoriumi. Saulės įkaitintas darbinis skystis vamzdynu patenka į koncentratoriaus baką, kur vanduo pašildomas per šilumokaitį.
Prietaiso schema panaši į įprastą elektrinį katilą, tik vietoj elektrinio kaitinimo elemento bako viduje yra vamzdinis šilumokaitis su darbiniu skysčiu. Palyginti nedidelė instaliacija su saulės kolektoriumi gali nemokamai pašildyti buitinį vandenį kasdieniniam vartojimui. karštas vanduo 4 asmenų šeima pavasario-rudens laikotarpiu.
Skirtingai nuo karšto vandens įrengimas autonominiam šildymui tiekimas naudojant saulės šviesą šiandien daugeliu atžvilgių vis dar atrodo labai egzotiškas, bet apskritai tai nėra fantazija. Jis pagrįstas šiluminės energijos kaupimo principu ir laipsnišku jos panaudojimu namo patalpoms šildyti. Tokiuose įrenginiuose naudojamas kombinuotas metodas:
- pastatas tobulinamas- atliekama efektyvesnė šilumos izoliacija, sumažinami šilumos nuostoliai, keičiami stiklo paketai;
- rūsyje yra šilumos akumuliatorius, galintis sukaupti didelį kiekį šiluminės energijos;
- saulės kolektoriai montuojami su specialiu aušinimo skysčiu, gali šildyti esant minimaliai teigiamai oro temperatūrai;
Tokia šildymo sistema gali šildyti kaimo namą rudens-žiemos laikotarpiu 60-70 dienų, atsižvelgiant į šilta žiema, su daug saulėtų dienų ir apsieiti be kitų energijos šaltinių visą šildymo sezoną.
saulės koncentratoriai
Gana egzotiškas, nors ir senovinis aparatas, skirtas panaudoti šviestuvo energiją. Koncentruotos saulės šviesos panaudojimas viename taške skaičiuojamas nuo laiko Senovės Graikija kai Archimedas veidrodžių pagalba sudegino priešo laivyną.
Šiandien saulės energijos koncentratoriai dažniausiai naudojami kaip ekologiškos stovyklavietės virtuvės paprastiems patiekalams gaminti ir saulės energijai gaminti. dideli plotai paraboliniai veidrodžiai koncentruoja saulės šviesą ant vamzdynų su aušinimo skysčiu.
Saulės transportas
Šiandien nieko keisto, kad keistuoliai saulės energiją naudoja įvairiems tikslams, tačiau nepaisant to, Australijos reguliarūs lenktynių visame žemyne čempionatai saulės automobiliais vis dar yra smalsumo skiltyse. Ir tuo pačiu per pastaruosius 10 metų tokių saulės transporto priemonių greitis išaugo nuo 6 iki 80 kilometrų per valandą. Be to, ruošiamasi antrajai saulės energija varomo lėktuvo kelionei aplink pasaulį.
Ir nors pramoninis dizainas dar toli, tačiau jei saulės energiją naudojantys orlaivis apskriejo pasaulį, artimiausiu metu tai taps įprasta.
Kur geriausia panaudoti saulės energiją?
Kaip bebūtų keista, bet racionaliausiai saulės energiją naudojančių šalių reitinge praktiškai nėra valstybių, kurios geografiškai gauna daugiausia saulės šviesos. Tai daugiausia paaiškinama tuo, kad laisva energija labiausiai mėgstama ten, kur jie gali skaičiuoti pinigus.
Be to, tarp 10 daugiausiai saulės energiją naudojančių šalių yra šalių, kuriose išvystytos aukštosios technologijos, todėl saulės energijos naudojimo technologija tapo prieinamiausia.
Tarp lyderių šiandien yra šalys, siekiančios užtikrinti ne tik valstybės, bet ir atskiro piliečio energetinę nepriklausomybę. Vokietija, Italija, Japonija.Šiose šalyse dauguma saulės energijos įrenginių yra naudojami kaip saulės baterijos lauko apšvietimui ir karštam vandeniui ruošti.
Saulės energijos naudojimas buvo pradėtas naudoti pramoniniu pagrindu JAV, kur yra daugiausia saulės elektrinių. Tačiau Saulę aplinkosaugos tikslais geriausia naudoti Izraelyje – čia jie ne tik gėlina vandenį, bet ir valo kanalizacijos kanalizacija su saulės instaliacijomis.
Saulės energetikos plėtros perspektyvos
Karai ir naftos krizės savaime verčia žmones ieškoti pigių ir amžinų energijos šaltinių. Kad ir koks pigus būtų naudingųjų iškasenų gavyba, bet jų atsargos nėra neribotos, be to, kasybos technologijos daugeliu atžvilgių tampa pavojingos pačiai žmonijos buveinei. Štai kodėl saulės energija vis labiau užima pozicijas išsivysčiusių šalių energetikos sektoriuje, palaipsniui pakeisdama branduolinę ir šiluminę.
Šiandien jau nemažai valstybių yra priėmusios saulės energetikos plėtros programas, kuriose, pavyzdžiui, Vokietijoje iki 2050 metų planuojama saulės energijos naudojimą bendrame šalies balanse padidinti iki 50 proc. O Izraelis jau šiandien sunaudoja apie 15% saulės baterijų pagamintos elektros energijos.
Saulė yra milžiniškas šviesos šaltinis, nuolat siunčiantis didžiulį energijos kiekį Žemės kryptimi. Gyvybė Žemėje nebūtų įmanoma be saulės šilumos ir šviesos. Saulės energijos dėka vyksta oro ir vandens cirkuliacija, augaluose vyksta fotosintezės procesai, išsiskiria deguonis.
Kaip panaudoti saulės energiją?
Siekdama gauti energijos, žmonija iš esmės niokoja anglies, naftos ir dujų atsargas, kurios kasdien vis mažėja. Branduolinės energijos naudojimas yra susijęs su milžiniška rizika ir kelia didžiulį pavojų aplinkai. Todėl mokslininkai iš viso pasaulio stengiasi padidinti saulės energijos naudojimą Žemėje.
Ryžiai. 1. Saulė šviečia.
Saulės spinduliuotė Žemę pasiekia vos per 480 sekundžių.
Kiek energijos galima gauti iš saulės
Saulė kasmet į Žemę siunčia 20 milijonų egzadžaulių (EJ). 1 EJ = 10 18 J. Į Žemę atkeliauja maždaug 25 proc. 70 % šios energijos sugeria atmosfera, atsispindi ir prarandama. Per metus Žemės paviršių tiesiogiai pasiekia 1,54 mln. Ši vertė 5 kartus viršija visą per milijonus metų Žemėje sukauptą angliavandenilių kuro (anglies, naftos, dujų) energijos rezervą. Dauguma energija mūsų planetos paviršiuje virsta šiluma. Šiluma sušildo žemę, vandenį ir orą. Tam išleidžiama nedidelė dalis gaunamos energijos. Pavyzdžiui, augalai sunaudoja tik 0,5% gaunamos saulės energijos. Taigi energijos atsargos, kurias žmonija gali panaudoti vietoj angliavandenilių deginimo, yra tikrai neribotos.
Saulės energijos panaudojimo Žemėje pavyzdžiai
Paprasčiausias saulės energijos panaudojimo pavyzdys – vasaros dušas šalyje, kurio metu vanduo šildomas saulės. Saulės energija šiandien naudojama tokiose gyvenimo srityse kaip:
- Privačių namų, pensionų, sanatorijų elektros tiekimas;
- Energijos tiekimas gyvenvietės esantis toli nuo miesto infrastruktūros;
- Žemdirbystė;
- astronautika;
- Ekoturizmas;
- Gatvių apšvietimas, dekoratyvinis apšvietimas vasarnamiuose;
- Būsto ir komunalinių paslaugų departamentas;
- Įkrovikliai (įkrovimo skaičiuotuvai, laikrodžiai, mobiliosios programėlės).
Dar visai neseniai šios technologijos buvo naudojamos tik karinėje sferoje ir astronautikoje. Naudojant saulės baterijų fotoelementus, palydovai ir specialūs antžeminiai objektai buvo aprūpinti energija.
Ryžiai. 2. Erdvėlaivis su saulės baterijomis.
Dabar saulės energija pradėta naudoti kasdieniame gyvenime ir pramoninėje gamyboje. Šiandien saulės sistemas dažnai galima rasti pietiniuose regionuose. Dažniausiai jie naudojami privačiame sektoriuje, taip pat smulkiose turizmo įmonėse (sanatorijose, poilsio namuose ir kt.).
Kaip šiandien naudojama saulės energija?
Saulės spinduliuotės energija Žemėje paverčiama šilumine ir elektros energija, naudojant pasyvias ir aktyvias sistemas. Pasyviosioms sistemoms priskiriami pastatai, kurių statybos metu naudojamos statybinės medžiagos, kurios efektyviai sugeria saulės spinduliuotės energiją. Savo ruožtu aktyviosios sistemos apima šiluminius kolektorius, kurie saulės spinduliuotę paverčia energija, taip pat fotoelementus, paverčiančius ją elektra.
Saulės elementai
Puslaidininkiniai elementai (silicio plokštelės, Si) generuoja elektros kai saulės šviesa juos pasiekia, dėka Alberto Einšteino atrasto fotoelektrinio efekto. Daugelio fotoelementų plokščių rinkinys sudaro saulės bateriją. Tokius fotovoltinius keitiklius paprasta naudoti, nes jie yra lengvi, lengvai prižiūrimi ir gana efektyvūs kaip saulės energijos keitikliai. Darbas didinant koeficientą naudingas veiksmas(efektyvumas) saulės kolektorių yra nuolat. Jei praėjusio amžiaus viduryje jų efektyvumas siekė 1%, dabar jis siekia 15%.
Ryžiai. 3. Saulės baterijos ant stogų arba ant žemės.
Iki 2020 metų Kinija planuoja kosmose pastatyti saulės elektrinę.
Ko mes išmokome?
Taigi, mes sužinojome, kaip pasyvių ir aktyvių sistemų pagalba saulės spinduliuotės energija paverčiama šilumine ir elektros energija. Saulės baterijos, kurių pagrindą sudaro puslaidininkiniai elementai, leidžia sukurti aplinkai nekenksmingas elektrines, ypač regionuose, kuriuose daug saulėtų dienų. Šios informacijos pagrindu galima parengti ataskaitą „Saulės energijos naudojimas Žemėje“. Norėdami pristatyti pranešimą klasėje, galite pademonstruoti fotoelemento veikimą, pavyzdžiui, naudodami foto ekspozicijos matuoklį.
Temos viktorina
Ataskaitos įvertinimas
Vidutinis reitingas: 4.4. Iš viso gautų įvertinimų: 140.
Saulė vaidina išskirtinį vaidmenį Žemės gyvenime. Visas mūsų planetos organinis pasaulis už savo egzistavimą skolingas Saulei. Saulė yra ne tik šviesos ir šilumos šaltinis, bet ir daugelio kitų energijos rūšių (naftos, anglies, vandens, vėjo energijos) šaltinis.
Nuo pasirodymo žemėje žmogus pradėjo naudoti saulės energiją. Remiantis archeologiniais duomenimis, žinoma, kad būstui pirmenybė buvo teikiama ramioms vietoms, uždaroms nuo šaltų vėjų ir atviroms saulės spinduliams.
Galbūt pirmąja žinoma saulės sistema galima laikyti Amenchotepo III statulą, datuojamą XV amžiuje prieš Kristų. Statulos viduje buvo oro ir vandens kamerų sistema, kuri saulės spinduliais paleido paslėptą muzikos instrumentą. Senovės Graikijoje jie garbino Heliosą. Šio dievo vardas šiandien buvo daugelio su saulės energija susijusių terminų pagrindas.
Elektros energijos tiekimo daugeliui pasaulio ekonomikos sektorių problema, nuolat augantys pasaulio gyventojų poreikiai dabar tampa vis aktualesni.
Bendra informacija apie Saulę
Saulė yra centrinis kūnas saulės sistema, karštas plazminis rutulys, tipiška G2 nykštukė žvaigždė.
Saulės charakteristikos
- Masė MS~2*1023 kg
- RS ~629 tūkst.km
- V \u003d 1,41 * 1027 m3, tai yra beveik 1300 tūkstančių kartų didesnis už Žemės tūrį,
- vidutinis tankis 1,41*103 kg/m3,
- šviesumas LS=3,86*1023 kW,
- efektyvi paviršiaus temperatūra (fotosfera) 5780 K,
- rotacijos periodas (sinodinis) svyruoja nuo 27 dienų ties pusiauju iki 32 dienų. prie polių
- pagreitis laisvas kritimas 274 m/s2 (esant tokiam didžiuliam gravitacijos pagreičiui, 60 kg sveriantis žmogus svertų daugiau nei 1,5 tonos).
Centrinėje Saulės dalyje yra jos energijos šaltinis, arba, vaizdžiai tariant, ta „viryklė“, kuri ją šildo ir neleidžia atvėsti. Ši sritis vadinama šerdimi (žr. 1 pav.). Branduolyje, kur temperatūra pasiekia 15 MK, išsiskiria energija. Šerdies spindulys yra ne didesnis kaip ketvirtadalis viso Saulės spindulio. Tačiau pusė Saulės masės yra sutelkta jos tūryje ir beveik visa energija, palaikanti Saulės švytėjimą, išsiskiria.
Iškart aplink branduolį prasideda spinduliavimo energijos perdavimo zona, kurioje ji sklinda per materijos – kvantų – sugertą ir išspinduliuojančią šviesos dalis. Reikia labai daug laiko, kol kvantas prasiskverbia per tankią saulės medžiagą į išorę. Taigi, jei Saulės viduje esanti viryklė staiga užgestų, apie tai sužinotume tik po milijonų metų.
Keliaudamas per vidinius saulės sluoksnius, energijos srautas susiduria su regionu, kuriame labai padidėja dujų neskaidrumas. Tai konvekcinė Saulės zona. Čia energija perduodama jau ne spinduliuote, o konvekcija. Konvekcinė zona prasideda maždaug 0,7 spindulio atstumu nuo centro ir tęsiasi beveik iki labiausiai matomo Saulės paviršiaus (fotosferos), kur pagrindinio energijos srauto perdavimas vėl tampa spinduliuojantis.
Fotosfera yra spinduliuojantis Saulės paviršius, turintis granuliuotą struktūrą, vadinamą granuliacija. Kiekvienas toks grūdelis yra beveik Vokietijos dydžio ir yra karštos medžiagos srautas, iškilęs į paviršių. Fotosferoje dažnai galima pamatyti palyginti nedidelius tamsius plotelius – saulės dėmes. Jie yra 1500˚С šaltesni nei juos supanti fotosfera, kurios temperatūra siekia 5800˚С. Dėl temperatūros skirtumo fotosferoje šios dėmės atrodo visiškai juodos žiūrint pro teleskopą. Virš fotosferos yra kitas, labiau retas sluoksnis, vadinamas chromosfera, tai yra spalvota sfera. Chromosfera gavo savo pavadinimą dėl savo raudonos spalvos. Ir, galiausiai, virš jo yra labai karšta, bet taip pat labai reta dalis saulės atmosfera- karūna.
Saulė yra energijos šaltinis
Mūsų Saulė yra didžiulis šviečiantis dujų rutulys, kuriame vyksta sudėtingi procesai ir dėl to nuolat išsiskiria energija. Saulės energija yra gyvybės šaltinis mūsų planetoje. Saulė šildo atmosferą ir žemės paviršių. Saulės energijos dėka pučia vėjai, gamtoje vyksta vandens ciklas, įkaista jūros ir vandenynai, vystosi augalai, gyvūnai turi maisto. Būtent saulės spinduliuotės dėka Žemėje egzistuoja iškastinis kuras. Saulės energiją galima paversti šiluma arba šalčiu, varomąja jėga ir elektra.
Saulė išgarina vandenį iš vandenynų, jūrų, žemės paviršiaus. Šią drėgmę jis paverčia vandens lašeliais, suformuojančiais debesis ir rūkus, o vėliau priverčia ją nukristi atgal į Žemę lietaus, sniego, rasos ar šalčio pavidalu, taip sukurdamas milžinišką drėgmės ciklą atmosferoje.
Saulės energija yra bendros atmosferos cirkuliacijos ir vandens cirkuliacijos vandenynuose šaltinis. Tai tarsi sukuria milžinišką mūsų planetos vandens ir oro šildymo sistemą, perskirstydama šilumą žemės paviršiuje.
Saulės šviesa, krintanti ant augalų, sukelia jame fotosintezės procesą, lemia augalų augimą ir vystymąsi; patekęs ant dirvos, virsta šiluma, ją šildo, formuoja dirvos klimatą, tuo suteikdamas gyvybingumas dirvoje esančių augalų, mikroorganizmų ir gyvų būtybių sėklos, kurios be šios šilumos būtų anabiozės (žiemos miego) būsenoje.
Saulė skleidžia didžiulį energijos kiekį – maždaug 1,1x1020 kWh per sekundę. Kilovatvalandė – tai energijos kiekis, reikalingas 100 vatų kaitrinei lemputei 10 valandų veikti. Išorinė Žemės atmosfera sulaiko maždaug vieną milijonąją Saulės skleidžiamos energijos arba maždaug 1500 kvadrilijonų (1,5 x 1018) kWh per metus. Tačiau tik 47% visos energijos arba maždaug 700 kvadrilijonų (7 x 1017) kWh pasiekia Žemės paviršių. Likę 30% saulės energijos atsispindi atgal į kosmosą, apie 23% išgarina vandenį, 1% energijos gaunama iš bangų ir srovių, 0,01% – iš fotosintezės formavimosi gamtoje.
Saulės energijos tyrimai
Kodėl Saulė šviečia ir neatvėsina milijardus metų? Kokie „degalai“ jam suteikia energijos? Mokslininkai atsakymų į šį klausimą ieškojo šimtmečius ir tik XX amžiaus pradžioje buvo rastas teisingas sprendimas. Dabar žinoma, kad, kaip ir kitos žvaigždės, ji šviečia dėl jo gelmėse vykstančių termobranduolinių reakcijų.
Jei lengvųjų elementų atomų branduoliai susilieja į sunkesnio elemento atomo branduolį, tai naujojo masė bus mažesnė už bendrą tų, iš kurių jis susidarė, masę. Likusi masė paverčiama energija, kurią nuneša reakcijos metu išsiskiriančios dalelės. Ši energija beveik visiškai paverčiama šiluma. Ši sintezės reakcija atomų branduoliai gali atsitikti tik tada, kai aukštas spaudimas ir temperatūra viršija 10 milijonų laipsnių. Štai kodėl jis vadinamas termobranduoliniu.
Pagrindinė Saulę sudaranti medžiaga yra vandenilis, jis sudaro apie 71% visos žvaigždės masės. Beveik 27% priklauso heliui, o likę 2% - sunkesniems elementams, tokiems kaip anglis, azotas, deguonis ir metalai. Pagrindinis Saulės „degalai“ yra vandenilis. Iš keturių vandenilio atomų dėl transformacijų grandinės susidaro vienas helio atomas. O iš kiekvieno reakcijoje dalyvaujančio vandenilio gramo išsiskiria 6x10 11 J energijos! Žemėje tokio energijos kiekio pakaktų 1000 m 3 vandens pašildyti nuo 0ºC temperatūros iki virimo temperatūros.
Saulės energijos potencialas
Saulė suteikia mums 10 000 kartų daugiau nemokamos energijos nei iš tikrųjų sunaudojama visame pasaulyje. Vien pasaulinėje komercinėje rinkoje per metus perkama ir parduodama kiek mažiau nei 85 trilijonai (8,5 x 10 13) kWh energijos. Kadangi neįmanoma sekti viso proceso, negalima tiksliai pasakyti, kiek nekomercinės energijos suvartoja žmonės (pavyzdžiui, kiek surenkama ir sudegina medienos ir trąšų, kiek vandens sunaudojama mechaninei ar elektrai gaminti). energija). Kai kurie ekspertai skaičiuoja, kad tokia nekomercinė energija sudaro penktadalį visos sunaudojamos energijos. Tačiau net jei tai tiesa, bendra žmonijos per metus suvartojama energija yra tik maždaug septyni tūkstantoji saulės energijos, kuri tuo pačiu laikotarpiu pasiekia Žemės paviršių.
Išsivysčiusiose šalyse, tokiose kaip JAV, energijos suvartojimas yra maždaug 25 trilijonai (2,5 x 10 13) kWh per metus, o tai atitinka daugiau nei 260 kWh vienam asmeniui per dieną. Tai prilygsta daugiau nei 100 100 W kaitrinių lempučių eksploatavimui kasdien visą dieną. Vidutinis JAV pilietis suvartoja 33 kartus daugiau energijos nei indas, 13 kartų daugiau nei kinas, du su puse karto daugiau nei japonas ir du kartus daugiau nei švedas.