Источник солнечной энергии. Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

К сожалению, человек пока не знает, как использовать эту гигантскую энергию во благо, но естественное тепло Земли или геотермальная энергия привлекает интерес ученых, поскольку является неисчерпаемым ресурсом.

Принцип преобразования солнечной энергии, её применение и перспективы

Традиционных источников энергии в мире становится все меньше и меньше. Запасы нефти, газа и угля на исходе, и рано или поздно они будут исчерпаны. Если к тому времени не будут найдены альтернативные источники энергии, человечество столкнется с катастрофой. Поэтому все развитые страны проводят исследования для открытия и разработки новых источников энергии. Прежде всего, это солнечная энергия. С древних времен эта энергия использовалась людьми для освещения домов, сушки продуктов, одежды и т.д. Сегодня солнечная энергия является одним из наиболее перспективных источников альтернативной энергии. Сегодня уже существует несколько проектов, позволяющих преобразовывать солнечную энергию в электричество или тепло. Сектор постепенно развивается и эволюционирует, но, как и везде, существуют проблемы. Все это будет рассмотрено в данной статье.

Солнечная энергия — один из самых доступных возобновляемых источников энергии на Земле. Использование солнечной энергии в народном хозяйстве положительно влияет на окружающую среду, поскольку не требует бурения скважин или разработки шахт. Кроме того, это бесплатная энергия, которая ничего не стоит. Конечно, приобретение и установка оборудования сопряжены с расходами.

Проблема в том, что солнце — это прерывистый источник энергии. Поэтому энергия должна храниться и использоваться в сочетании с другими источниками энергии. Основная проблема сегодня заключается в том, что современное оборудование имеет низкую эффективность преобразования солнечной энергии в электричество и тепло. Поэтому все разработки направлены на повышение эффективности этих систем и снижение их стоимости.

Вот они - возобновляемые источники энергии.

Вот он — возобновляемый источник энергии

Кстати, многие ресурсы на планете получаются из солнечной энергии. Например, ветер, который является еще одним возобновляемым ресурсом, не дул бы без солнца. Испарение воды и ее хранение в реках также происходит под воздействием солнца. А вода, как известно, используется для получения гидроэлектроэнергии. Биотопливо также не существовало бы без солнца. Поэтому, помимо прямого источника энергии, солнце влияет и на другие энергетические отрасли.

Солнце посылает излучение на поверхность нашей планеты. Из широкого спектра излучения 3 типа длин волн достигают поверхности Земли:

  • 光。 В спектре излучения они составляют около 49%,
  • 51.49%. Их доля также составляет 49 процентов. Благодаря этим волнам наша планета нагревается,
  • Ультрафиолет. В спектре солнечного излучения он составляет около 2 процентов. Они невидимы для наших глаз.

Экскурс в историю

Как развивалась солнечная энергия до настоящего времени? Об использовании солнца в своей деятельности человек задумывался с древнейших времен. Всем известна легенда о том, что Архимед сжег вражеский флот возле своего города, Сиракуз. Для этого он использовал зажигательные зеркала. Несколько тысяч лет назад на Ближнем Востоке дворцы правителей отапливались водой, нагретой солнцем. В некоторых странах соль производилась путем выпаривания морской воды на солнце. Ученые часто экспериментировали с нагревательными устройствами, работающими на солнечной энергии.

Это интересно:  Узаконить самовольную пристройку к частному дому – порядок действий. Как оформить пристройку к дому если она уже произведена?

Первая модель такого нагревателя была построена в 17 веке. В частности, Explorer N. Sossure представил версию водонагревателя. Они состояли из деревянного ящика, закрытого стеклянной крышкой. Вода в этом устройстве была нагрета до 88 градусов Цельсия. В 1774 году А. Лавуазье использовал линзу для концентрации солнечного тепла. Оказалось, что линза также плавит чугун на месте в течение нескольких секунд.

Батарея, преобразующая солнечную энергию в механическую, была создана французскими учеными. В конце 19 века исследователь О. Мушо разработал изолятор с фокусировкой лучей с помощью линзы парового котла. Этот котел использовался для привода принтеров. В США в то время удалось создать солнечный сухой двигатель мощностью 15 «лошадей».

Изоляторы от О.Мушо

Долгое время изоляторы производились с использованием энергии солнца для преобразования воды в пар. Преобразованная энергия затем использовалась для выполнения нескольких задач. Первое устройство для преобразования солнечной энергии в электричество было создано в США в 1953 году. Она стала оригинальной современной солнечной батареей. Фотоэлектрическое явление, основанное на их работе, было открыто в 1970-х годах.

В 1930-х годах прошлого века советский ученый А. Ф. Иоффе предложил использовать солнечные полупроводниковые элементы для преобразования солнечной энергии. В то время производительность батареи составляла менее 1%. Прошло много лет, прежде чем были разработаны солнечные фотоэлектрические элементы 10-15%. Впоследствии американцы сконструировали современные солнечные батареи.

Низкая эффективность компенсируется увеличением поверхности солнечного элемента для получения большей мощности, чем у солнечной системы. Однако это не выход, поскольку кремниевые полупроводники в фотоэлектрических элементах очень дороги. Повышение производительности увеличивает стоимость материала. Это является существенным препятствием для массового использования солнечных батарей. Однако по мере исчерпания ресурсов их использование становится все более выгодным. Кроме того, исследования по улучшению характеристик фотоэлектрических элементов продолжаются с меньшей интенсивностью.

Солнечные элементы для солнечных панелей

Солнечные элементы для солнечных панелей

Стоит отметить, что батареи на основе полупроводников чрезвычайно долговечны и не требуют технического обслуживания. Именно поэтому они чаще всего используются в домашних хозяйствах. Существуют также целые солнечные электростанции. Обычно их устанавливают в странах с большим количеством солнечных дней в году. Это Израиль, Саудовская Аравия, юг США, Индия и Испания. Сейчас в работе находятся несколько замечательных проектов. Например, внешние атмосферные солнечные электростанции. Солнечный свет там еще не потерял своей энергии. Это означает, что излучение собирается на орбите и преобразуется в микроволны. Затем в таком виде энергия отправляется на Землю. Вернуться к содержанию.

Это интересно:  Кто такой девелопер и чем занимается девелоперская компания. Девелопмент что это такое простыми словами

Преобразование солнечной энергии

Прежде всего, стоит поговорить о том, как можно представить и оценить солнечную энергию.

Как можно оценить солнечную энергию?

Эксперты используют в качестве меры солнечную постоянную. Она равна 1 367 ваттам. Это количество энергии от солнца на квадратный метр Земли. Около четверти теряется в атмосфере. Экваториальный максимум составляет 1 020 ватт на квадратный метр. С учетом дня и ночи и изменения угла падения лучей это значение необходимо уменьшить еще в три раза.

Распределение солнечной радиации на карте планеты

Распределение солнечной радиации на карте планеты

Были сформулированы различные варианты источников солнечной энергии. В настоящее время эксперты утверждают, что энергия высвобождается при превращении четырех атомов H2 в ядра He. При этом процессе высвобождается значительное количество энергии. Считайте, что энергия, необходимая для сжигания одного грамма H2, сопоставима с энергией, выделяемой при сжигании 15 тонн углеводородов. Назад к содержанию

Методы преобразования

Поскольку наука не располагает устройствами для получения энергии солнца в чистом виде, ее необходимо преобразовать в другой вид энергии. Для этой цели были созданы такие устройства, как солнечные панели и солнечные батареи. Батареи преобразуют солнечную энергию в электричество. Коллекторы производят тепловую энергию. Некоторые модели сочетают эти два типа. Они называются гибридными солнечными панелями.

Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы

Гибридные солнечные панели

Гибридные солнечные панели

  • Производство солнечной энергии
  • Солнечное тепло? ,.
  • Тепловой воздух,.
  • Электростанции с солнечными шарами.

Первый метод является наиболее распространенным. В нем используются фотоэлектрические панели, которые вырабатывают электроэнергию под воздействием солнечных лучей. В большинстве случаев они изготавливаются из кремния. Толщина панелей составляет несколько десятых миллиметра. Панели собираются в фотоэлектрические модули (батареи) и помещаются на солнце. Почти всегда они располагаются на крыше дома. Как правило, ничто не мешает разместить их на земле. Единственное требование — чтобы вокруг не было крупных объектов, других зданий или деревьев, которые могут отбрасывать тень.

Помимо солнечных батарей, для выработки электроэнергии используются тонкопленочные или гибкие солнечные панели. Преимущества тонкие, но недостатком является снижение производительности. Такие модели часто используются в портативных зарядных устройствах для различных устройств.

Гибкие солнечные панели

Метод преобразования тепла в воздух предполагает получение энергии из воздушного потока. Этот поток направляется в турбогенератор. В воздушном шаре под воздействием солнечной энергии внутри воздушного шара образуется водяной пар. Поверхность воздушного шара покрыта специальным покрытием, поглощающим солнечное излучение. Емкость шара для хранения пара позволяет электростанции работать в пасмурных или темных условиях.

Технология солнечной энергетики в настоящее время является наиболее перспективной: по оценкам экспертов, в ближайшие 30-40 лет солнечные батареи смогут производить около 20 % электроэнергии в мире.

Обоснованность применения альтернативных источников.

В настоящее время солнечные коллекторы являются не только единственным жизнеспособным альтернативным источником энергии, способным вырабатывать электричество, но и единственным источником энергии, способным удовлетворить растущие потребности человечества.

Дома, покрытые солнечными панелями

В течение многих лет такие солнечные установки активно используются на космической орбите. Конечно, это происходит не потому, что они являются самым выгодным источником, а потому, что в аналогичных условиях невозможно использовать другие источники.

Это интересно:  Подключаем газовую плиту самостоятельно: порядок производства работ по закону. Как подключить газовую плиту в квартире самостоятельно пошагово.

По мере истощения запасов угля и нефти наша планета постепенно будет приведена к аналогичному сценарию, когда исчезнут нынешние привычные источники энергии. К тому времени человечество должно разработать и запустить не прототипы, а полностью функционирующие установки, способные вырабатывать электроэнергию в масштабах страны, а не домов или городов.

Постепенное повышение тарифов на самые основные виды энергии уже ощущается. В результате солнечные панели становятся все более распространенными в магазинах электротоваров. Солнечные панели легко доступны для приобретения. Всплеск популярности этих устройств действительно широко распространен. Солнечные панели с батареями устанавливаются как в жилых районах, так и в домах. Это объясняется абсолютной автономностью и простотой солнечных батарей.

Лидеры в производстве легких мегаватт.

Многие владельцы коттеджей предпочитают один раз потратиться на солнечный водонагреватель, чем платить по постоянно растущим тарифам. Некоторые страны проявляют большую активность в так называемой борьбе за суверенитет в будущем энергетическом секторе. В Южной Корее, например, только в 2008 году было продано и использовано активных солнечных панелей общей мощностью чуть менее 300 мегаватт. В Японии эта мощность приближается к 3 000 мегаватт. Сейчас Япония приближается к пределу в 9 000 мегаватт.

Лидерами в использовании солнечных батарей сегодня являются Германия и Италия. Германия обогнала Японию и лидирует уже несколько лет. США все еще отстают, но по скорости им нет равных.

Производство солнечных панелей

Постоянное совершенствование конструкции и функциональности солнечных панелей приблизило сообщества по всему миру к пределу в 32 000 мегаватт для производства альтернативной энергии во всем мире. Исследователи мировой энергетики прогнозируют, что к 2020 году общее количество энергии, вырабатываемой солнечными батареями, достигнет примерно 320 000 мегаватт.

Немного истории.

Солнечные панели основаны на фотоэлектрическом эффекте. Впервые это явление было продемонстрировано в 1939 году. На производство первых солнечных батарей с аккумуляторами ушли десятилетия.

Изначально солнечные панели применялись в основном на небольших участках. Такими районами могут быть территории, где стандартные источники энергии недоступны из-за географических или удаленных условий. Автономные массивы широко используются в космической промышленности, поскольку ни один другой источник энергии не может автономно поддерживать функции человека в течение нескольких лет.

Первые аналоги панелей имели очень низкие характеристики, и никто не решался предсказывать им светлое будущее. Однако всего несколько лет назад их количество начало расти, и сегодня производительность более традиционных и распространенных панелей на основе монокристаллических и поликристаллических улучшилась на 20%.

Наиболее распространенными солнечными панелями являются поликристаллические и монокристаллические. Характеристики этих панелей практически идентичны. Однако с развитием солнечных батарей начали появляться сплавы, которые могут повысить общую эффективность устройства. Эти материалы — аморфный кремний и теллурид кадмия.

Оцените статью
Build Make