Dziś problem zużycia energii jest dość dotkliwy - zasoby planety nie są nieograniczone, a ludzkość w czasie swojego istnienia w dużym stopniu zdewastowała to, co dała natura. Obecnie aktywnie wydobywa się węgiel i ropę, których zasoby z dnia na dzień maleją. Siła myśli pozwoliła ludzkości zrobić niesamowity krok w przyszłość i wykorzystać energię atomową, przynosząc wraz z tym dobrodziejstwem ogromne zagrożenie dla całego środowiska.
Kwestia środowiskowa jest nie mniej dotkliwa – aktywne wydobycie surowców i ich dalsze wykorzystanie niekorzystnie wpływa na stan planety, zmieniając nie tylko charakter gleb, ale nawet warunki klimatyczne.
Dlatego zawsze zwracano szczególną uwagę na naturalne źródła energii, takie jak woda czy wiatr. Wreszcie, po tylu latach aktywnych badań i rozwoju, ludzkość „dorosła” do korzystania z energii słonecznej na Ziemi. To o nim będziemy dyskutować dalej.
Co jest w tym tak atrakcyjnego
Zanim przejdziemy do konkretnych przykładów, dowiedzmy się, dlaczego badacze na całym świecie są tak zainteresowani tego rodzaju produkcją energii. Jego główny atut można nazwać niewyczerpalnością. Pomimo wielu hipotez prawdopodobieństwo, że gwiazda taka jak Słońce zgaśnie w najbliższej przyszłości, jest niezwykle małe. Oznacza to, że ludzkość ma możliwość otrzymywania czystej energii w całkowicie naturalny sposób.
Drugą niewątpliwą zaletą korzystania z energii słonecznej na Ziemi jest przyjazność dla środowiska tej opcji. Wpływ na środowisko w takich warunkach będzie zerowy, co z kolei zapewnia całemu światu znacznie jaśniejszą przyszłość niż ta, która otwiera się nieustannym wydobywaniem ograniczonych zasobów podziemnych.
Na koniec należy zwrócić szczególną uwagę na fakt, że wykorzystanie energii słonecznej stanowi najmniejsze zagrożenie dla ludzi.
Naprawdę
Teraz przejdźmy do sedna. Nieco poetycka nazwa „energia słoneczna” w rzeczywistości ukrywa konwersję promieniowania w elektryczność za pomocą specjalnie opracowanych technologii. Proces ten zapewniają ogniwa fotowoltaiczne, które ludzkość niezwykle aktywnie wykorzystuje do własnych celów i całkiem skutecznie.
Promieniowanie słoneczne
Historycznie zdarzyło się, że rzeczownik „promieniowanie” wywołuje więcej skojarzeń negatywnych niż pozytywnych w związku z katastrofami spowodowanymi przez człowieka, które świat zdołał przetrwać w swoim życiu. Niemniej jednak technologia wykorzystania energii Słońca na Ziemi umożliwia pracę z nią.
Zasadniczo,ten rodzaj promieniowania to promieniowanie elektromagnetyczne, którego zakres wynosi od 2,8 do 3,0 mikronów.
Widmo słoneczne z powodzeniem wykorzystywane przez ludzkość w rzeczywistości składa się z trzech rodzajów fal: ultrafioletowych (około 2%), około 49% to fale świetlne i wreszcie ta sama ilość występuje w promieniowaniu podczerwonym. Energia słoneczna ma niewielką liczbę innych składników, ale ich rola jest tak niewielka, że nie mają one szczególnego wpływu na życie Ziemi.
Ilość energii słonecznej uderzającej w Ziemię
Teraz, gdy określono skład widma wykorzystywanego dla dobra ludzkości, należy zwrócić uwagę na jeszcze jedną ważną cechę tego zasobu. Wykorzystanie energii słonecznej na Ziemi wydaje się bardzo obiecujące również dlatego, że jest dostępna w dość dużych ilościach przy niemal minimalnych kosztach przetwarzania. Całkowita ilość energii emitowanej przez gwiazdę jest niezwykle wysoka, ale około 47% dociera do powierzchni Ziemi, co odpowiada siedmiuset biliardom kilowatogodzin. Dla porównania zauważamy, że tylko jedna kilowatogodzina może zapewnić dziesięcioletnie działanie żarówki o mocy stu watów.
Moc promieniowania słonecznego i wykorzystanie energii na Ziemi zależy oczywiście od wielu czynników: warunków klimatycznych, kąta padania promieni na powierzchnię, pory roku i położenia geograficznego.
Kiedy i ile
Łatwo zgadnąć, że dzienna ilość energii słonecznej spada na powierzchnięZiemia nieustannie się zmienia, ponieważ bezpośrednio zależy od położenia planety w stosunku do Słońca i ruchu samego źródła światła. Od dawna wiadomo, że w południe promieniowanie jest maksymalne, natomiast rano i wieczorem ilość promieni docierających do powierzchni jest znacznie mniejsza.
Możemy śmiało powiedzieć, że wykorzystanie energii słonecznej będzie najbardziej produktywne w regionach jak najbliżej pasa równikowego, ponieważ to tam różnica między najwyższymi i najniższymi wskaźnikami jest minimalna, co wskazuje na maksymalna ilość promieniowania docierająca do powierzchni planety. Na przykład na pustynnych obszarach Afryki roczna ilość promieniowania osiąga średnio 2200 kilowatogodzin, podczas gdy w Kanadzie lub na przykład w Europie Środkowej liczby nie przekraczają 1000 kilowatogodzin.
Energia słoneczna w historii
Jeśli myślisz tak szeroko, jak to możliwe, próby „oswojenia” wielkiego światła, które ogrzewa naszą planetę, rozpoczęły się w czasach starożytnych w czasach pogaństwa, kiedy każdy element był ucieleśniany przez odrębne bóstwo. Oczywiście wtedy nie było mowy o wykorzystaniu energii słonecznej - na świecie zapanowała magia.
Wątek wykorzystania energii Słońca na Ziemi zaczął być aktywnie podnoszony dopiero pod koniec XIV - na początku XX wieku. Prawdziwego przełomu w nauce dokonał w 1839 roku Alexander Edmond Becquerel, któremu udało się zostać odkrywcą efektu fotowoltaicznego. Badania na ten temat znacznie się rozrosły i po 44 latach Charles Fritts był w stanie zaprojektować pierwszy w historiimoduł na bazie pozłacanego selenu. Takie wykorzystanie energii Słońca na Ziemi dało niewielką ilość uwolnionej elektryczności - łączna wielkość produkcji wynosiła wówczas nie więcej niż 1%. Niemniej jednak dla całej ludzkości był to prawdziwy przełom, otwierający nowe horyzonty nauki, o których wcześniej nawet nie śniono.
Sam Albert Einstein wniósł znaczący wkład w rozwój energii słonecznej. We współczesnym świecie nazwisko naukowca częściej kojarzy się z jego słynną teorią względności, ale w rzeczywistości otrzymał Nagrodę Nobla właśnie za badanie zewnętrznego efektu fotoelektrycznego.
Do dziś technologia wykorzystania energii słonecznej na Ziemi przeżywa albo gwałtowne wzrosty, albo nie mniej gwałtowne spadki, jednak ta gałąź wiedzy jest stale aktualizowana o nowe fakty i możemy mieć nadzieję, że w dającej się przewidzieć przyszłości otworzą się przed nami drzwi do zupełnie nowego świata.pokój.
Natura jest przeciwko nam
Wspomnieliśmy już o zaletach korzystania z energii Słońca na Ziemi. Zwróćmy teraz uwagę na wady tej metody, których niestety nie mniej.
Ze względu na bezpośrednią zależność od położenia geograficznego, warunków klimatycznych i ruchu Słońca, produkcja energii słonecznej w wystarczających ilościach wymaga ogromnych kosztów terytorialnych. Najważniejsze jest to, że im większy obszar zużycia i przetwarzania promieniowania słonecznego, tym większą ilość przyjaznej dla środowiska energii otrzymamy na wyjściu. Umieszczenie takichogromne systemy wymagają dużo wolnego miejsca, co powoduje pewne trudności.
Kolejny problem związany z wykorzystaniem energii słonecznej na Ziemi jest bezpośrednio związany z porą dnia, ponieważ generacja będzie zerowa w nocy i niezwykle nieznaczna rano i wieczorem.
Dodatkowym czynnikiem ryzyka jest sama pogoda - nagłe zmiany warunków mogą mieć wyjątkowo negatywny wpływ na działanie tego rodzaju systemu, ponieważ powodują trudności w debugowaniu wymaganej mocy. W pewnym sensie sytuacje z gwałtowną zmianą wielkości konsumpcji i produkcji mogą być niebezpieczne.
Czyste, ale drogie
Wykorzystanie energii słonecznej na Ziemi jest obecnie trudne ze względu na jej wysoki koszt. Fotokomórki niezbędne do realizacji głównych procesów mają dość wysoki koszt. Oczywiście pozytywne aspekty korzystania z tego rodzaju zasobów sprawiają, że się to opłaca, ale z ekonomicznego punktu widzenia w tej chwili nie ma potrzeby mówić o pełnym zwrocie kosztów gotówkowych.
Jednakże, jak pokazuje trend, cena ogniw słonecznych stopniowo spada, więc z czasem ten problem można całkowicie rozwiązać.
Niedogodność procesu
Wykorzystanie Słońca jako źródła energii jest również trudne, ponieważ ta metoda przetwarzania zasobów jest dość pracochłonna i niewygodna. Zużycie i przetwarzanie promieniowania bezpośrednio zależy od czystości płyt, co jest dość problematyczne w zapewnieniu. Ponadto niezwykleNagrzewanie się elementów również negatywnie wpływa na proces, czemu można zapobiec jedynie stosując najmocniejsze systemy chłodzenia, co wymaga dodatkowych i znacznych kosztów materiałowych.
Dodatkowo płyty stosowane w kolektorach słonecznych, po 30 latach aktywnej pracy, stopniowo stają się bezużyteczne, a koszt ogniw słonecznych był już wspomniany.
Problem środowiskowy
Wcześniej mówiono, że wykorzystanie tego rodzaju zasobów może w przyszłości uratować ludzkość przed dość poważnymi problemami ze środowiskiem. Źródło surowców i produkt końcowy są naprawdę tak przyjazne dla środowiska, jak to tylko możliwe.
Niemniej jednak, wykorzystanie energii słonecznej, zasadą działania kolektorów słonecznych jest stosowanie specjalnych płyt z fotokomórkami, których produkcja wymaga dużej ilości toksycznych substancji: ołowiu, arsenu czy potasu. Ich stosowanie nie powoduje żadnych szkód dla środowiska, jednak biorąc pod uwagę ich ograniczoną żywotność, z czasem utylizacja płyt może stać się poważnym problemem.
Aby ograniczyć negatywny wpływ na środowisko, producenci stopniowo przechodzą na wafle cienkowarstwowe, które są tańsze i mają mniej szkodliwy wpływ na środowisko.
Metody przekształcania promieniowania w energię
Filmy i książki o przyszłości ludzkości prawie zawsze dają nam w przybliżeniu ten sam obraz tego procesu, który w rzeczywistościmoże znacząco odbiegać od rzeczywistości. Istnieje kilka sposobów konwersji.
Najczęstszym jest opisane wcześniej użycie fotokomórek.
Jako alternatywa ludzkość aktywnie wykorzystuje słoneczną energię cieplną, polegającą na ogrzewaniu specjalnych powierzchni, które umożliwiają podgrzewanie wody o odpowiednim kierunku do uzyskanej temperatury. Jeśli maksymalnie uprościsz ten proces, można go porównać ze zbiornikami, które są używane do letnich pryszniców w domach prywatnych.
Innym sposobem wykorzystania promieniowania do generowania energii jest „żagiel słoneczny”, który może działać tylko w próżni. Ten rodzaj systemu zamienia promieniowanie w energię kinetyczną.
Problem braku generacji w nocy jest częściowo rozwiązywany przez elektrownie balonów słonecznych, których eksploatacja jest kontynuowana ze względu na akumulację uwolnionej energii i czas trwania procesu chłodzenia.
My i energia słoneczna
Zasoby energii słonecznej i wiatrowej na Ziemi są wykorzystywane dość aktywnie, chociaż często tego nie zauważamy. Już wcześniej wspomniano o ludowym podgrzewaniu wody w zewnętrznym prysznicu. W rzeczywistości do tych celów wykorzystuje się najczęściej energię słoneczną. Istnieje jednak wiele innych przykładów: w prawie każdym sklepie oświetleniowym można znaleźć żarówki akumulacyjne, które dzięki energii zgromadzonej w ciągu dnia mogą pracować bez prądu nawet w nocy.
Instalacje oparte na fotokomórkach są aktywnie wykorzystywane we wszelkiego rodzaju przepompowniach i systemach wentylacyjnych.
Wczoraj, dziś, jutro
Jednym z najważniejszych zasobów ludzkości jest energia słoneczna, a perspektywy jej wykorzystania są niezwykle wysokie. Ta branża jest aktywnie finansowana, rozwijana i ulepszana. Obecnie energia słoneczna jest najbardziej rozwinięta w Stanach Zjednoczonych, gdzie niektóre regiony wykorzystują ją jako pełnoprawne alternatywne źródło energii. Również tego typu elektrownie działają na pustyni Mojave. Inne kraje od dawna zmierzają w kierunku tego rodzaju wytwarzania energii elektrycznej, co może wkrótce rozwiązać problem zanieczyszczenia środowiska.
