Saulės energijos panaudojimas, saulės energija – raidos istorija, pliusai ir minusai

Alternatyvios energijos mada įgauna pagreitį. Be to, dėmesys skiriamas atsinaujinantiems energijos šaltiniams – potvyniams, vėjui, saulei. Saulės energija (arba fotovoltinė energija) laikoma vienu greičiausiai augančių pramonės sektorių. Gana dažnai labai optimistiški teiginiai, pavyzdžiui, kad visa ateinančių laikų energija, ne mažiau, bus paremta saulės energija.

Griežtai kalbant, žvaigždės, vadinamos Saule, energija „užkonservuotu“ pavidalu yra visų rūšių iškastiniame kure – anglyse, naftoje, dujose. Ši energija pradeda kauptis saulės šviesą ir šilumą vartojančių augalų augimo stadijoje, kuri dėl sudėtingų biologinių procesų virsta anglies fosilijomis. Vandens energiją, jo cirkuliaciją palaiko ir Saulė.

Saulės energijos tankis ties viršutine atmosferos riba yra 1350 W / m2, jis vadinamas „saulės konstanta“. Kai saulės spinduliai prasiskverbia per Žemės atmosferą, dalis spinduliuotės yra išsklaidyta.Tačiau net ir pačiame Žemės paviršiuje jo tankis yra pakankamas galimam naudojimui net ir debesuotu oru.

Vystymosi istorija

Fotoelektros efektą (ty stacionarios srovės atsiradimą vienalytėje medžiagoje su homogeniniu foto sužadinimu) 1839 m. atrado prancūzų fizikas Alexandre'as-Edmondas Becquerel. Kiek vėliau anglas Willoughby Smithas ir vokietis Heinrichas-Rudolphas Hertzas savarankiškai atrado seleno fotolaidumą ir ultravioletinių spindulių fotolaidumą.

1888 metais Amerikoje buvo užpatentuotas pirmasis „saulės spinduliuotės atkūrimo įrenginys“. Pirmieji Rusijos mokslininkų pasiekimai fotolaidumo srityje siekia 1938 m. Tada akademiko Abramo Joffe laboratorijoje pirmą kartą buvo sukurtas saulės energijos konversijos elementas, kurį planuota panaudoti saulės energetikoje.

Prieš kuriant antžeminę saulės energiją, mokslininkai (tarp jų ir Leningrado-Peterburgo mokslinės mokyklos fizikai Borisas Kolomietsas ir Jurijus Maslakovtsas) daug dirbo saulės baterijų kosmoso reikmėms srityje. Jie Leningrado fizikos ir technologijos institute sukūrė fotoelementus iš talio sieros, kurių efektyvumas buvo lygus 1% – tikras to meto rekordas.

Abramas Joffe tapo ir dabar populiaraus instaliacijos sprendimo autoriumi fotoelementai ant stogų (nors iš pradžių ši idėja nebuvo plačiai paplitusi vien dėl to, kad tuo metu niekas nepatyrė iškastinio kuro trūkumo). Šiandien tokios šalys kaip Vokietija, JAV, Japonija, Izraelis vis dažniau ant pastatų stogų montuoja saulės baterijas, taip sukurdamos „energiškai efektyvius namus“.

Saulės energija labiau susidomėjo XX amžiaus antroje pusėje.Dėl praktinių pokyčių šioje srityje buvo sukurtos šiluminės elektrinės, kuriose aušinimo skystis šildomas tiesiogine saulės spinduliuote, o turboelektrinis generatorius varo katile susidarančius garus.

Kaupiantis žinioms ir pereinant nuo teorijos iki praktikos, iškyla saulės energijos gamybos pelningumo klausimas. Iš pradžių saulės energijos užduotys neperžengė vietinių objektų, pavyzdžiui, sunkiai pasiekiamų ar nutolusių nuo centrinės elektros sistemos, tiekimo. Jau 1975 metais bendra visų planetoje esančių saulės energijos įrenginių galia siekė tik 300 kW, o didžiausios galios kilovato kaina siekė 20 tūkstančių dolerių.

Saulės elektrinių veikimo principas:

Kaip saulės energija paverčiama elektra

Įprasti saulės baterijų tipai

Tačiau, žinoma, saulės energijos gamybai, net neatsižvelgiant į ekonominį komponentą, reikėjo žymiai didesnio efektyvumo. Ir jiems pavyko tai šiek tiek pasiekti. Šiuolaikinių silicio puslaidininkinių generatorių efektyvumas jau siekia 15-24% (žr. Saulės elementų ir modulių efektyvumas), todėl (kaip ir jų atpigimas) šiandien yra nuolatinė paklausa.

Saulės baterijų gamybą įvaldė didžiosios pasaulinės kompanijos, tokios kaip Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell ir kt. Puslaidininkinių saulės elementų sumontuotos elektros energijos vato kaina sumažėjo iki 2 USD.

Dar sovietmečiu buvo skaičiuojama, kad 4 tūkstančiai km2 saulės modulių galėjo patenkinti viso pasaulio metinius elektros energijos poreikius. O baterijų efektyvumas tuo metu neviršijo 6 proc.

Praėjusiame amžiuje 10 megavatų saulės elektrinės (SPP) buvo įkurtos JAV, Prancūzijoje, Ispanijoje, Italijoje ir kitose „saulės“ šalyse. SSRS pirmoji eksperimentinė 5 MW galios saulės elektrinė buvo pastatyta Kerčės pusiasalyje, kur saulėtų dienų skaičius per metus yra vienas didžiausių regione.

Kai kurios iš šių stočių vis dar veikia, daugelis nustojo veikti, tačiau galima drąsiai teigti, kad jos iš esmės negali konkuruoti su šiuolaikinėmis saulės fotovoltinėmis sistemomis.

Saulės elektrinės:

Saulės elektrinių tipai

Plaukiojančios saulės elektrinės

Saulės koncentratoriai

profesionalai

Saulės energijos privalumai yra akivaizdūs visiems ir jų nereikia išsamiai paaiškinti.

Pirma, Saulės išteklių pakaks ilgam – mokslininkų skaičiavimais, žvaigždės gyvenimo trukmė siekia apie 5 milijardus metų.

Antra, saulės energijos naudojimas nekelia grėsmės šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijai, visuotiniam atšilimui ir bendrai aplinkos taršai, t.y. neturi įtakos planetos ekologinei pusiausvyrai.

1 MW galios fotovoltinė elektrinė per metus pagamina apie 2 mln. kW, todėl anglies dvideginio išmetimas, lyginant su kurą deginančia jėgaine, yra tokiais kiekiais: ant dujų apie 11 tūkst. tonų, ant naftos produktų 1,1-1,5 tūkst. 1,7-2,3 tūkst. tonų...

Minusai

Saulės energijos kliūtys apima, pirma, vis dar nepakankamai aukštą efektyvumą ir, antra, nepakankamai mažą kilovatvalandės kainą – tai kelia klausimų dėl plataus bet kokio atsinaujinančio energijos šaltinio naudojimo.

Prie to prisideda ir tai, kad nemaža saulės spinduliuotės dalis žemės paviršiuje yra nekontroliuojamai išsklaidyta.

Griežtai abejojama ir aplinkos saugumu – juk vis dar neaišku, ką daryti su panaudotų elementų utilizavimu.

Galiausiai, saulės energijos tyrimo laipsnis – kad ir ką jie sakytų – vis dar toli gražu nėra tobulas.

Silpniausia saulės energijos grandis – mažas baterijų efektyvumas; šios problemos sprendimas yra tik laiko klausimas.

Naudojimas

Taip, energijos gavimas iš Saulės nėra pats pigiausias projektas. Tačiau, pirma, per pastaruosius trisdešimt metų vienas vatas, sukurtas naudojant fotoelementus, atpigo dešimt kartų. Antra, saulės energijos vaidmenį atlieka Europos šalių noras sumažinti priklausomybę nuo tradicinių energijos šaltinių. Taip pat nepamirškite apie Kioto protokolą. Dabar galime teigti, kad saulės energetika vystosi pastoviu tempu tiek mokslo, tiek komercijos požiūriu.

Šiandien saulės energija aktyviausiai naudojama trims tikslams:

• šildymas ir karštas vanduo bei oro kondicionavimas;

• pavertimas elektros energija naudojant saulės fotovoltinius keitiklius;

• didelio masto energijos gamyba, pagrįsta šiluminiu ciklu.

Saulės energijos nereikia paversti elektra, tačiau ją visiškai įmanoma panaudoti kaip šilumą. Pavyzdžiui, gyvenamųjų ir pramoninių objektų šildymui ir karštam vandeniui ruošti.

Saulės šildymo sistemų projektavimo veikimo principo pagrindas yra antifrizo šildymas.Tada šiluma perduodama į kaupimo talpas, dažniausiai esančias rūsyje, ir iš ten suvartojama.

Vienas didžiausių potencialių fotovoltinės energijos vartotojų yra žemės ūkio sektorius, kuris savarankiškai gali sunaudoti šimtus megavatų didžiausios saulės energijos per metus. Prie to galima pridėti navigacijos palaikymą, maitinimą telekomunikacijų sistemoms, kurorto ir sveikatos bei turizmo verslo sistemas, taip pat vilas, saulės gatvių šviestuvus ir kt.

Šiandien rimtai svarstoma galimybė visiškai fantastiškai, pasauliečio požiūriu, saulės energijos panaudojimo būdus. Pavyzdžiui, projektai, skirti orbitai aplink saulės stotis arba, dar fantastiškiau, saulės jėgaines Mėnulyje.

Ir tikrai tokių projektų yra. Kosmose saulės energijos koncentracija yra daug didesnė, palyginti su mūsų mėlynąja planeta. Energijos perdavimas į Žemę galimas naudojant nukreiptą šviesą (lazerį) arba ultraaukšto dažnio (mikrobangų) spinduliuotę.

Tęsiant temą: Auginti saulės energiją pasaulyje