Przykłady wykorzystania energii słonecznej na Ziemi. Energia słoneczna. Energia słoneczna

Ludzie od dawna mówią o Słońcu jako potężnym i wielkim, podnosząc go w swoich religiach do przedmiotu ożywionego. Czcili luminarza, chwalili go, mierzyli czas i zawsze uważali go za główne źródło ziemskich błogosławieństw.

Potrzeba energii słonecznej

Minęły tysiące lat. Ludzkość wkroczyła w nową erę rozwoju i czerpie korzyści z szybko rozwijającego się postępu technologicznego. Jednak do dnia dzisiejszego Słońce stanowi główne naturalne źródło ciepła, a w konsekwencji życia.

W jaki sposób ludzkość wykorzystuje słońce w swoich codziennych działaniach? Rozważ to pytanie bardziej szczegółowo.

"Praca" Słońca

Niebiańskie ciało jest jedynym źródłem energii potrzebnej do fotosyntezy roślin. Słońce wprawia w ruch cykl wody i tylko dzięki niemu na naszej planecie są znane wszystkim rodzajom paliw kopalnych. Ludzie używają mocy tej jasnej gwiazdy, aby zaspokoić swoje potrzeby w zakresie energii elektrycznej i cieplnej. Bez tego życie na planecie byłoby po prostu niemożliwe.

Główne źródło energii

Natura mądrze zapewnia, że ​​ludzkość otrzymuje dary od ciała niebieskiego. Energia słoneczna jest dostarczana na Ziemię poprzez transmisję fal radiacyjnych na powierzchnię kontynentów i wód. Co więcej, tylko następujące osoby docierają do nas z całego wysyłanego widma:

1. Fale ultrafioletowe. Są niewidoczne dla ludzkiego oka i stanowią około 2% całego spektrum.

2. Fale świetlne. Jest to około połowa energii słońca, która dociera do powierzchni ziemi. Dzięki falom świetlnym człowiek widzi wszystkie kolory otaczającego go świata.

3. Fale podczerwone. Stanowią one około 49% widma i ogrzewają powierzchnię wody i lądu. To właśnie te fale są najbardziej poszukiwane w kwestiach wykorzystania energii słonecznej na Ziemi.

Zasada przekształcania fal podczerwonych

W jaki sposób wykorzystuje się energię Słońca na Ziemi? Jak każde inne podobne działanie, odbywa się zgodnie z zasadą bezpośredniej transformacji. Wszystko czego potrzebujesz to specjalna powierzchnia. Osiągając to, światło słoneczne przechodzi proces transformacji w energię. Aby uzyskać ciepło w tym schemacie musi być zaangażowany kolektor. Absorbuje fale podczerwone. Co więcej, w urządzeniu, które wykorzystuje energię słoneczną, na pewno są napędy. Do podgrzania produktu końcowego należy ułożyć specjalne wymienniki ciepła.

Po otrzymaniu moc elektryczna stosowane są specjalne fotokomórki. Otrzymują promienie światła na swojej powierzchni. Następnie instalacje słoneczne produkują z nich energię elektryczną.

Praktyczne zastosowanie

Istnieje wiele przykładów wykorzystania energii słonecznej na Ziemi. Potrzeby człowieka na elektryczność są zaspokojone dzięki zastosowaniu nowych technologii. Gdzie jest używane to naturalne źródło?

1. Ze względu na energię słoneczną działają specjalne urządzenia do podgrzewania wody. W niektórych regionach, w których termometr osiąga wysoki poziom, promienie ciała niebieskiego pomagają ludziom ogrzewać budynki.

2. Energia Słońca znajduje zastosowanie w kominach i pasywnych systemach wentylacyjnych, gdzie odbywa się konwekcja powietrza ogrzewanego przez fale świetlne.

3. Przy pomocy Słońca człowiek nauczył się odsolić wodę morską. Parownik w tym przypadku jest ciałem niebieskim. Odsolona woda trafia do potrzeb przemysłu, rolnictwa, znajduje zastosowanie w życiu codziennym.

4. Energia słoneczna pomaga ludziom wysuszyć i pasteryzować żywność.

5. To źródło jest używane w kosmosie. Dzięki energii Słońca zapewniona jest sprawność satelitów i stacji międzyplanetarnych.

6. Najprostsze i niskoenergetyczne źródła prądu elektrycznego, których działanie opiera się na wykorzystaniu energii światła słonecznego, są nowoczesnymi kalkulatorami.

Ta technologia komputerowa jest używana prawie wszędzie.

Nowy kierunek kompleksu energetycznego

Dzisiaj ludzkość wprowadza w życie i skutecznie opracowuje urządzenia, które pozwalają jej wydobywać światło i ciepło bez użycia węgla, ropy i gazu. W gospodarce narodowej wielu państw pojawił się nowy sub-przemysł - energia słoneczna. To jeden z obszarów alternatywnej energii. Opiera się na zasadzie bezpośredniego użycia promieniowania słonecznego.

Celem, do którego dąży energia słoneczna, jest uzyskanie ciepła i światła, które są niezbędne ludzkości. Nowa gałąź jest czasami nazywana energią słoneczną. W końcu Helios w języku greckim to słońce.

Kompleks pracy

Teoretycznie każdy z nas może obliczyć instalację solarną. Wiadomo przecież, że po przejściu z jedynej gwiazdy naszego systemu galaktycznego na Ziemię strumień promieni świetlnych przyniesie ze sobą ładunek energii równy 1367 W na metr kwadratowy. Jest to tak zwana stała słoneczna, która istnieje przy wejściu do warstw atmosfery. Ta opcja jest możliwa tylko w idealnych warunkach, których po prostu nie ma w przyrodzie. Po minięciu atmosfery promienie słoneczne przyniesie na równiku 1020 watów na metr kwadratowy. Ale ze względu na zmianę dnia i nocy, możemy uzyskać trzy razy mniejszą wartość. Jeśli chodzi o umiarkowane szerokości geograficzne, zmienia się nie tylko czas letni, ale także sezonowość. W związku z tym produkcja energii elektrycznej w miejscach odległych od równika, przy obliczaniu, będzie musiała zostać zmniejszona o kolejne dwa razy.

Geografia promieniowania ciała niebieskiego

Gdzie energia słoneczna może pracować wystarczająco wydajnie? Naturalne warunki rozmieszczenia instalacji odgrywają ważną rolę w tym rozwijającym się przemyśle.
Rozkład promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi jest nierównomierny. W niektórych regionach promień słońca jest długo oczekiwanym i rzadkim gościem, w innych może depresować wszystkie żywe istoty.

Ilość promieniowania słonecznego, które otrzymuje dany obszar, zależy od szerokości jego położenia. Najwyższe dawki naturalnej energii świetlnej są odbierane przez stany położone w pobliżu równika. Ale to nie wszystko. Ilość strumienia słonecznego zależy od liczby dni przezroczystych, które zmieniają się podczas przejścia z jednej strefy klimatycznej do drugiej. Prądy powietrzne i inne cechy regionu są w stanie zwiększyć lub zmniejszyć stopień promieniowania. Korzyści z energii słonecznej są najbardziej znane:

- kraje północno-wschodniej Afryki oraz niektóre południowo-zachodnie i centralne regiony kontynentu;
- mieszkańcy Półwyspu Arabskiego;
- wschodnie wybrzeże Afryki;
- północno-zachodnia Australia i niektóre wyspy Indonezji;
- zachodnie wybrzeże Ameryki Południowej.

Jeśli zaś chodzi o Rosję, to jak pokazują pomiary na jej terytorium, regiony graniczące z Chinami i strefami północnymi radują się najwyższymi dawkami promieniowania słonecznego. A gdzie w naszym kraju słońce najmniej ogrzewa Ziemię? Jest to region północno-zachodni, który obejmuje Sankt Petersburg i okoliczne tereny.

Elektrownie

Trudno wyobrazić sobie nasze życie bez użycia energii słonecznej na Ziemi. Jak to zastosować? Możesz używać promieni światła do generowania elektryczności. Potrzeba tego rośnie każdego roku, podczas gdy zasoby gazu, ropy i węgla spadają w szybkim tempie. Dlatego w ostatnich dziesięcioleciach ludzie zaczęli budować elektrownie słoneczne. Wszakże te instalacje pozwalają na wykorzystanie alternatywnych źródeł energii, znacznie oszczędzając zasoby naturalne.

Elektrownie słoneczne działają dzięki fotokomórkom wbudowanym w ich powierzchnię. Co więcej, w ostatnich latach udało się znacznie zwiększyć efektywność takich systemów. Rośliny słoneczne zaczęły produkować z najnowszych materiałów i wykorzystywać kreatywne rozwiązania inżynieryjne. To znacznie zwiększyło ich moc.

Według niektórych badaczy, w niedalekiej przyszłości ludzkość może zrezygnować z istniejących tradycyjnych sposobów wytwarzania energii elektrycznej. Potrzeby ludzi w pełni zaspokoją ciało niebieskie.

Elektrownie słoneczne mogą mieć różne rozmiary. Najmniejsze z nich są prywatne. W tych systemach zapewnione jest tylko kilka paneli słonecznych. Największe i najbardziej złożone instalacje zajmują tereny o powierzchni przekraczającej dziesięć kilometrów kwadratowych.

Wszystkie elektrownie słoneczne są podzielone na sześć typów. Wśród nich są:

- wieża;
- instalacje z fotokomórkami;
- w kształcie talerza;
- paraboliczne;
- słoneczna próżnia;
- mieszane.

Najpopularniejszym rodzajem elektrowni jest wieża. To jest wysoka konstrukcja. Zewnętrznie przypomina wieżę z umieszczonym na niej zbiornikiem. Zbiornik jest wypełniony wodą i pomalowany na czarno. Wokół wieży znajdują się lustra o powierzchni przekraczającej 8 metrów kwadratowych. Cały system jest połączony z pojedynczym panelem kontrolnym, dzięki któremu możliwe jest skierowanie kąta nachylenia lusterek tak, aby stale odbijały światło słoneczne. Promienie skierowane na zbiornik podgrzewają wodę. System wytwarza parę, która jest wysyłana w celu wytworzenia energii elektrycznej.

Podczas działania elektrowni fotowoltaicznych stosowane są baterie słoneczne. Dzisiaj takie instalacje stały się szczególnie popularne. W końcu panele słoneczne można instalować w małych blokach, co pozwala na wykorzystanie ich nie tylko w przedsiębiorstwach przemysłowych, ale także w prywatnych domach.

Jeśli widzisz całą serię ogromnych anten satelitarnych, po wewnętrznej stronie której zainstalowane są lustrzane płyty, powinieneś wiedzieć, że są to paraboliczne elektrownie działające na promieniowanie słoneczne. Zasada ich działania jest podobna do tych samych systemów typu wieża. Łapią wiązkę światła i ogrzewają odbiornik cieczą. Następnie wytwarzana jest para wodna, która trafia do produkcji energii elektrycznej.

Stacje płyt działają tak samo jak te związane z wieżą i typem parabolicznym. Różnice dotyczą jedynie cech konstrukcyjnych instalacji. Na pierwszy rzut oka wygląda jak wielkie metalowe drzewo, którego liśćmi są płaskie lustra o okrągłym kształcie. Energia słoneczna jest w nich skoncentrowana.

Nietypowy sposób uzyskiwania ciepła wykorzystywany jest w elektrowni słoneczno-próżniowej. Jego projekt jest kawałkiem ziemi pokrytym okrągłym dachem. Pośrodku tej konstrukcji stoi pusta wieża, na której podstawie zainstalowane są turbiny. Rotacja łopatek takiej elektrowni jest spowodowana przepływem powietrza, który występuje, gdy różnica temperatur. Szklany dach przenosi promienie słońca. Ogrzewają ziemię. Temperatura powietrza w pomieszczeniu rośnie. Różnica w odczytach termometrów wewnątrz i na zewnątrz powoduje przeciąg powietrza.

Wykorzystanie energii słonecznej i elektrownie typu mieszanego. Można mówić o takich systemach w przypadkach, gdy na przykład na wieżach stosowane są dodatkowe fotokomórki.

Zalety i wady energii słonecznej

Każda gałąź gospodarki narodowej ma swoje pozytywne i negatywne strony. Są one, gdy używa się strumienia świetlnego. Zalety energii słonecznej są następujące:

- przyjazność dla środowiska, ponieważ nie zanieczyszcza środowiska;
- dostępność głównych komponentów - ogniw fotowoltaicznych, które są wdrażane nie tylko do użytku przemysłowego, ale również do tworzenia osobistych małych elektrowni;
- niewyczerpalność i samodzielność w odzyskaniu źródła;
- stale obniżająca się cena.

Wśród niedociągnięć energii słonecznej można zidentyfikować:

- wpływ pory dnia i warunków pogodowych na działanie elektrowni;
- potrzeba magazynowania energii;
- spadek wydajności w zależności od szerokości geograficznej regionu i pory roku;
- duże ogrzewanie powietrzne, które odbywa się w samej elektrowni;
- potrzeba okresowego czyszczenia zanieczyszczeń, które wymaga systemu paneli słonecznych, co jest problematyczne ze względu na ogromne obszary, w których zainstalowane są ogniwa fotowoltaiczne;
- stosunkowo wysoki koszt sprzętu, który, choć maleje każdego roku, nie jest jeszcze dostępny dla masowego odbiorcy.

Perspektywy rozwoju

Jakie są dalsze możliwości wykorzystania energii Słońca na Ziemi? Dzisiaj przewidywana jest wielka przyszłość tego alternatywnego kompleksu.

Perspektywy dla energii słonecznej są jasne. W końcu dzisiejszy kierunek jest ogromny. Corocznie coraz więcej elektrowni słonecznych pojawia się w różnych krajach świata, których wielkość zadziwia swoimi rozwiązaniami technicznymi i skalą. Ponadto specjaliści w tej branży nie zaprzestają prowadzenia badań naukowych, których celem jest wielokrotne zwiększanie wydajności ogniw fotowoltaicznych wykorzystywanych w takich instalacjach.

Naukowcy dokonali interesujących obliczeń. Jeśli włączone sucha planeta Ziemia do zainstalowania ogniw fotowoltaicznych, które znajdowałyby się na siedmiu setnych terytorium, a nawet o wydajności 10%, zapewniłaby całej ludzkości niezbędne ciepło i światło. A to nie jest bardzo odległa perspektywa. Wszakże ogniwa fotowoltaiczne, które są dzisiaj używane, mają wydajność równą 30%. Jednocześnie naukowcy mają nadzieję, że wartość ta wzrośnie do 85%.

Rozwój energii słonecznej jest wystarczająco wysoki. Ludzie są poważnie zaniepokojeni problemem wyczerpywania się zasobów naturalnych i są zaangażowani w identyfikację alternatywnych źródeł ciepła i światła. Taka decyzja zapobiegnie nieuchronnemu kryzysowi energetycznemu ludzkości, a także zbliżającej się katastrofie ekologicznej.