Primjeri korištenja solarne energije na Zemlji. Solarna energija. Solarna energija

Ljudi već dugo govore o Suncu kao moćnom i velikom, uzdižući ga u svojim religijama do živog objekta. Svjetiljka je bila obožavana, bila je hvaljena, mjerenje vremena i uvijek se smatralo njezinim primarnim izvorom zemaljskih blagoslova.

Potreba za solarnom energijom

Prošle su tisuće godina. Čovječanstvo je ušlo u novo razdoblje svoga razvoja i uživa u plodovima ubrzanog tehnološkog napretka. Međutim, do današnjeg dana Sunce predstavlja glavni prirodni izvor topline, a time i život.

Kako čovječanstvo koristi sunce u svojim svakodnevnim aktivnostima? Razmotrite ovo pitanje detaljnije.

"Rad" Sunca

Nebesko tijelo je jedini izvor energije potrebne za fotosintezu biljaka. Sunce pokreće ciklus vode, i samo zahvaljujući njemu, na našem planetu čovječanstvu su poznata fosilna goriva. Ljudi koriste snagu ove svijetle zvijezde kako bi zadovoljili svoje potrebe za električnom i toplinskom energijom. Bez toga život na planeti bio bi jednostavno nemoguć.

Glavni izvor energije

Priroda mudro osigurava da čovječanstvo primi svoje darove od nebeskog tijela. Sunčeva se energija isporučuje na Zemlju prijenosom zračnih valova na površinu kontinenata i voda. Štoviše, iz cijelog poslanog spektra dopiru samo sljedeći:

1. Ultraljubičasti valovi. Oni su nevidljivi ljudskom oku i čine oko 2% ukupnog spektra.

2. Svjetlosni valovi. To je otprilike polovica energije sunca koje dopire do površine zemlje. Zahvaljujući svjetlosnim valovima, osoba vidi sve boje svijeta oko sebe.

3. Infracrveni valovi. Oni čine oko 49% spektra i zagrijavaju površinu vode i zemljišta. Upravo su ti valovi najtraženiji u pitanjima korištenja sunčeve energije na Zemlji.

Princip pretvaranja infracrvenih valova

Kako je proces korištenja energije Sunca na Zemlji? Kao i svaka druga slična akcija, ona se provodi prema načelu izravne transformacije. Sve što trebate je posebna površina. Ulazeći na nju, sunčeva svjetlost prolazi kroz proces transformacije u energiju. Za dobivanje topline u ovoj shemi mora biti uključen kolektor. Upija infracrveni val. Nadalje, u uređaju koji koristi energiju Sunca, sigurno postoje pogoni. Za zagrijavanje konačnog proizvoda uredite posebne izmjenjivače topline.

Po primitku električna energija koriste se posebne fotoćelije. Oni primaju zrake svjetlosti na svojoj površini. Zatim, solarne instalacije proizvode električnu energiju od njih.

Praktična primjena

Postoje brojni primjeri korištenja sunčeve energije na Zemlji. Potreba za električnom energijom osobe zadovoljava se korištenjem novih tehnologija. Gdje se koristi ovaj prirodni izvor?

1. Zbog sunčeve energije rade specijalni uređaji za grijanje vode. U nekim područjima gdje termometar doseže visoke razine, zrake nebeskog tijela pomažu ljudima da zagrijavaju zgrade.

2. Energija Sunca nalazi svoju primjenu u dimnjacima i pasivnim ventilacijskim sustavima, gdje se odvija konvekcija zraka zagrijanog svjetlosnim valovima.

3. Uz pomoć Sunca, čovjek je naučio desalinizirati morsku vodu. Isparivač u ovom slučaju je nebesko tijelo. Desalinizirana voda ide na potrebe industrije, poljoprivrede, nalazi svoju primjenu u svakodnevnom životu.

4. Solarna energija pomaže ljudima da se suše i pasteriziraju hranu.

5. Ovaj se izvor koristi u prostoru. Zahvaljujući energiji Sunca osigurana je operabilnost satelita i međuplanetarnih postaja.

6. Najjednostavniji i najjeftiniji izvori električne struje, čija se radnja temelji na korištenju energije sunčeve svjetlosti, moderni su kalkulatori.

Ova računalna tehnologija koristi se gotovo svugdje.

Novi smjer energetskog kompleksa

Danas čovječanstvo uvodi u praksu i uspješno razvija uređaje koji mu omogućuju da izvuče svjetlo i toplinu bez uporabe ugljena, nafte i plina. U nacionalnom gospodarstvu mnogih država pojavila se nova pod-industrija - solarna energija. To je jedno od područja alternativne energije. Temelji se na načelu izravnog korištenja sunčevog zračenja.

Cilj solarne energije je dobiti toplinu i svjetlost koja su toliko potrebna čovječanstvu. Nova grana se ponekad naziva solarna energija. Uostalom, Helios na grčkom je sunce.

Radni kompleks

Teoretski, svatko od nas može izračunati solarnu instalaciju. Uostalom, poznato je da će, prolazeći put od jedine zvijezde našeg galaktičkog sustava do Zemlje, struja svjetlosnih zraka donijeti sa sobom energetski naboj jednak 1367 W po kvadratnom metru. To je takozvana solarna konstanta koja postoji na ulazu u atmosferske slojeve. Ova opcija je moguća samo pod idealnim uvjetima, koji jednostavno ne postoje u prirodi. Nakon prolaska atmosfere sunčeve zrake će donijeti na ekvatoru 1020 W po četvornom metru. No, zbog promjene dana i noći, možemo dobiti tri puta manje vrijednosti. Što se tiče umjerenih geografskih širina, ne mijenja se samo trajanje dnevnog svjetla, već i sezonalnost. Dakle, proizvodnja električne energije na mjestima daleko od ekvatora, prilikom izračunavanja, trebat će se smanjiti još dva puta.

Geografija zračenja nebeskog tijela

Gdje solarna energija može funkcionirati dovoljno učinkovito? Prirodni uvjeti za postavljanje postrojenja igraju važnu ulogu u ovoj rastućoj industriji.
Raspodjela sunčevog zračenja na površini Zemlje je neujednačena. U nekim regijama, sunčeva zraka je dugo očekivani i rijetki gost, u drugima je u stanju potisnuti sva živa bića.

Količina sunčevog zračenja koju određeno područje prima ovisi o geografskoj širini mjesta. Najviše doze prirodne svjetlosne energije primaju države koje se nalaze u blizini ekvatora. Ali to nije sve. Količina solarnog toka ovisi o broju jasnih dana, koji se mijenjaju tijekom prijelaza iz jedne klimatske zone u drugu. Zračne struje i druge značajke regije mogu povećati ili smanjiti stupanj zračenja. Prednosti solarne energije su najpoznatije:

- zemlje sjeveroistočne Afrike i neke jugozapadne i središnje regije kontinenta;
- stanovnici Arapskog poluotoka;
- istočna obala Afrike;
- Sjeverozapadna Australija i neki otoci Indonezije;
- zapadnoj obali Južne Amerike.

Što se tiče Rusije, tada, kako pokazuju mjerenja na njezinom području, regije koje graniče s Kinom i sjevernim zonama raduju se najvišim dozama sunčevog zračenja. A gdje u našoj zemlji najmanje sunce zagrijava Zemlju? To je sjeverozapadna regija, koja uključuje Sankt Peterburg i okolna područja.

Elektrane

Teško je zamisliti naš život bez korištenja sunčeve energije na Zemlji. Kako ga primijeniti? Možete koristiti zrake svjetlosti za proizvodnju struje. Potreba za njom svake godine raste, dok se rezerve plina, nafte i ugljena brzo smanjuju. Zato su ljudi u posljednjim desetljećima počeli graditi solarne elektrane. Uostalom, ove instalacije omogućuju korištenje alternativnih izvora energije, čime se značajno štedi prirodni resursi.

Solarne elektrane rade zahvaljujući fotoćelijama ugrađenim u njihovu površinu. Štoviše, posljednjih godina bilo je moguće značajno povećati učinkovitost takvih sustava. Solarna postrojenja počela su proizvoditi najnovije materijale i koristiti kreativna inženjerska rješenja. To je uvelike povećalo njihovu moć.

Prema nekim istraživačima, u bliskoj budućnosti, čovječanstvo može napustiti postojeće tradicionalne načine proizvodnje električne energije. Potrebe ljudi će u potpunosti zadovoljiti nebesko tijelo.

Solarne elektrane mogu imati različite veličine. Najmanji od njih su privatni. U tim sustavima je osigurano samo nekoliko solarnih panela. Najveće i najsloženije instalacije zauzimaju područja koja prelaze deset četvornih kilometara.

Sve solarne elektrane su podijeljene u šest tipova. Među njima su:

- toranj;
- instalacije s fotoćelijama;
- u obliku posuđa;
- parabolični;
- solarni vakuum;
- mješoviti.

Najčešći tip elektrane je toranj. Ovo je visoka konstrukcija. Izvana, on podsjeća na toranj s rezervoarom na njemu. Spremnik je napunjen vodom i obojen u crno. Oko kule se nalaze ogledala čija površina prelazi 8 četvornih metara. Cijeli sustav je spojen na jednu upravljačku ploču, kroz koju je moguće usmjeriti kut nagiba zrcala tako da oni stalno reflektiraju sunčevu svjetlost. Zrake usmjerene na spremnik zagrijavaju vodu. Sustav proizvodi paru koja se šalje za proizvodnju električne energije.

Tijekom rada fotonaponskih elektrana koriste se solarne baterije. Danas su takva postrojenja postala osobito popularna. Uostalom, solarni paneli mogu biti instalirani u malim blokovima, što im omogućuje da se koriste ne samo za industrijska poduzeća, već i za privatne kuće.

Ako vidite cijelu seriju satelitskih antena velikih dimenzija, na čijoj se unutrašnjoj strani nalaze ugrađene ploče sa zrcalima, onda trebate znati da su to parabolične elektrane koje rade na sunčevom zračenju. Princip njihovog rada sličan je istim sustavima toranjskih tipova. Uhvaćaju snop svjetlosti i zagrijavaju prijemnik tekućinom. Zatim se dobiva para, koja ide u proizvodnju električne energije.

Ploče rade na isti način kao i one koje se odnose na toranj i parabolični tip. Razlike leže samo u dizajnerskim značajkama instalacije. Na prvi pogled izgleda kao veliko metalno drvo, čiji su listovi ravna zrcala okruglog oblika. Sunčeva energija je koncentrirana u njima.

Neobična metoda dobivanja topline koristi se u solarno-vakuumskoj elektrani. Njegov je dizajn dio zemlje prekriven okruglim krovom. U središtu ove konstrukcije nalazi se šuplja kula, u čijem su dnu ugrađene turbine. Rotacija lopatica takve elektrane posljedica je strujanja zraka koja se javlja kada je razlika temperature. Stakleni krov prenosi zrake sunca. Oni zagrijavaju zemlju. Temperatura zraka u sobi raste. Razlika u očitanjima termometara iznutra i izvana stvara zračni propuh.

Uporaba sunčeve energije i elektrana mješovitog tipa. Moguće je govoriti o takvim sustavima u slučajevima kada se, primjerice, na tornjevima koriste dodatne foto-ćelije.

Prednosti i nedostaci solarne energije

Svaka grana nacionalne ekonomije ima svoje pozitivne i negativne strane. Postoje oni kada koriste svjetlosne flukseve. Prednosti solarne energije su sljedeće:

- prijateljstvo prema okolišu, jer ne zagađuje okoliš;
- dostupnost glavnih komponenti - fotonaponskih ćelija, koje se provode ne samo za industrijsku uporabu, nego i za stvaranje osobnih malih elektrana;
- neiscrpnost i samopopravljivost izvora;
- stalno smanjenje troškovne cijene.

Među nedostacima solarne energije može se identificirati:

- utjecaj doba dana i vremenskih uvjeta na rad elektrana;
- potreba za skladištenjem energije;
- smanjenje produktivnosti ovisno o zemljopisnoj širini na kojoj se regija nalazi i vremenu godine;
- veliko grijanje zraka, koje se odvija u samoj elektrani;
- potrebu za povremenim čišćenjem onečišćenja, što zahtijeva sustav solarnih ćelija, što je problematično zbog velikih područja u kojima su ugrađene fotonaponske ćelije;
- relativno visoku cijenu opreme koja, iako se svake godine smanjuje, još nije dostupna masovnom potrošaču.

Izgledi razvoja

Koje su daljnje mogućnosti korištenja energije Sunca na Zemlji? Danas se predviđa velika budućnost ovog alternativnog kompleksa.

Izgledi za solarnu energiju su sjajni. Uostalom, danas je u tom smjeru ogroman opseg. Svake godine sve više solarnih elektrana pojavljuje se u različitim zemljama svijeta, čija veličina je zadivljujuća sa svojim tehničkim rješenjima i mjerilom. Osim toga, stručnjaci u ovoj industriji ne prestaju provoditi znanstvena istraživanja, čiji je cilj stalno povećavati učinkovitost fotonaponskih ćelija koje se koriste u takvim instalacijama.

Znanstvenici su napravili zanimljiv izračun. Ako je uključen sušniji planet Zemlju za instaliranje solarnih ćelija, koje bi se nalazile na sedam stotina njezinog teritorija, one bi, čak i uz učinkovitost od 10%, osigurale svu čovječanstvo potrebnu toplinu i svjetlost. A to nije jako daleka perspektiva. Uostalom, fotonaponske ćelije koje se danas koriste imaju učinkovitost jednaku 30%. Istodobno, znanstvenici se nadaju da će ta vrijednost biti 85%.

Razvoj solarne energije je dovoljno visok. Ljudi su ozbiljno zabrinuti zbog problema iscrpljivanja prirodnih resursa i bave se identificiranjem alternativnih izvora topline i svjetla. Takva odluka spriječit će neizbježnu energetsku krizu za čovječanstvo, kao i predstojeću ekološku katastrofu.