Выкарыстанне сонечнай энергіі на Зямлі. Перспектывы выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі

На сённяшні дзень праблема расходу энергіі варта досыць востра - рэсурсы планеты не бясконцыя і за час свайго існавання чалавецтва ладна спустошыла тое, што было дадзена прыродай. На дадзены момант актыўна праводзіцца здабыча вугалю і нафты, запасы якіх з кожным днём становяцца ўсё менш. Сіла думкі дазволіла чалавецтву зрабіць неверагодны крок у будучыню і выкарыстоўваць атамную энергію, прыўнясучы разам з гэтым дабром велізарную небяспеку для ўсёй навакольнага асяроддзя.

Не менш востра стаіць пытанне экалагічны - актыўная здабыча рэсурсаў і іх далейшае выкарыстанне згубна адбіваецца на стане планеты, змяняючы не толькі прыроду глеб, але нават кліматычныя ўмовы.

Менавіта таму асаблівая ўвага заўсёды надавалася натуральным крыніцах энергіі, такім, да прыкладу, як вада ці вецер. Нарэшце, праз столькі гадоў актыўных даследаванняў і распрацовак чалавецтва «дарасло» да выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі. Менавіта пра яго і пойдзе далей гаворка.

Што ў гэтым прывабнага

Перш чым пераходзіць да канкрэтных прыкладаў, высветлім, чым жа так моцна зацікавіў гэты від здабычы энергіі даследчыкаў усяго свету. Асноўным яго здабыткам можна назваць невычэрпнасць. Нягледзячы на шматлікія гіпотэзы, верагоднасць таго, што зорка накшталт Сонца згасне ў бліжэйшы час, вельмі малая. Значыць, перад чалавецтвам адкрыта магчымасць атрымліваць чыстую энергію цалкам натуральным шляхам.

Другое несумнеўная перавага выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі заключаецца ў экалагічнасці гэтага варыянту. Ўздзеянне на навакольнае асяроддзе пры такіх умовах будзе нулявым, што ў сваю чаргу забяспечвае ўсім свеце куды больш светлую будучыню, чым тое, якое адкрываецца пры сталай здабычы абмежаваных падземных рэсурсаў.

Нарэшце, варта надаць асобнае ўвагу таму факту, што выкарыстанне энергіі Сонца ўяўляе найменшую небяспека для самога чалавека.

Як на самой справе

Цяпер пяройдзем да сутнасці. Пад некалькі паэтычным назовам «сонечная энергія» хаваецца на самай справе пераўтварэнне радыяцыі ў электрычнасць пры дапамозе адмыслова распрацаваных тэхналогій. Дадзены працэс забяспечваюць фотаэлектрычныя элементы, якія чалавецтва надзвычай актыўна выкарыстоўвае ў сваіх мэтах, прычым даволі паспяхова.

Сонечная радыяцыя

Так ужо склалася гістарычна, што назоўнік «радыяцыя» выклікае ў чалавека хутчэй негатыўныя асацыяцыі, чым пазітыўныя у сувязі з тымі тэхнагеннымі катастрофамі, якія свеце ўдалося перажыць на сваім вяку. Тым не менш тэхналогія выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі прадугледжвае працу менавіта з ёй.

Па сутнасці, гэты від радыяцыі ўяўляе сабой электрамагнітнае выпраменьванне, дыяпазон якога знаходзіцца ў прамежку ад 2,8 да 3,0 мкм.

Гэтак паспяхова выкарыстоўваецца чалавецтвам сонечны спектр складаецца на самай справе з трох відаў хваль: ўльтрафіялетавых (прыкладна 2%), прыкладна 49% складаюць светлавыя хвалі і, нарэшце, яшчэ столькі ж прыпадае на інфрачырвонае выпраменьванне. Сонечная энергія мае невялікая колькасць іншых складнікаў, аднак роля іх гэтак малаважная, што асаблівага ўздзеяння на жыццё Зямлі яны не маюць.

Колькасць сонечнай энергіі, якая трапляе на Зямлю

Цяпер, калі састаў якi выкарыстоўваецца на карысць чалавецтва спектру вызначаны, варта адзначыць яшчэ адну важную асаблівасць дадзенага рэсурсу. Выкарыстанне сонечнай энергіі на Зямлі здаецца вельмі перспектыўным яшчэ і таму, што яна даступная ў даволі вялікай колькасці пры практычна мінімальных выдатках на перапрацоўку. Агульная колькасць выпраменьваемай зоркай энергіі надзвычай вялікае, аднак да паверхні Зямлі даходзіць прыкладна 47%, што роўна сямістах квадрыльён кілават-гадзін. Для параўнання адзначым, што ўсяго адзін кілават-гадзіну зможа забяспечыць дзесяцігадовую працу лямпачкі магутнасцю ў сто ват.

Магутнасць выпраменьвання Сонца і выкарыстанне энергіі на Зямлі, вядома, залежыць ад цэлага шэрагу фактараў: кліматычных умоў, кута падзення прамянёў на паверхню, часу года і геаграфічнага становішча.

Калі і колькі

Нескладана здагадацца, што сутачная колькасць сонечнай энергіі, якая трапляе на паверхню Зямлі, увесь час мяняецца, паколькі непасрэдна залежыць ад становішча планеты ў адносінах да Сонца і руху самога свяціла. Даўно вядомы той факт, што ў поўдзень выпраменьванне максімальна, у той час як раніцай і ўвечары колькасць якія дасягаюць паверхні прамянёў значна менш.

З упэўненасцю можна казаць аб тым, што выкарыстанне энергіі Сонца будзе найбольш прадуктыўна ў рэгіёнах, максімальна набліжаных да экватарыяльнай паласе, паколькі менавіта там розніца паміж вышэйшымі і ніжэйшымі паказчыкамі мінімальная, што кажа аб максімальным колькасці радыяцыі, якая дасягае паверхні планеты. Да прыкладу, на тэрыторыі пустынных афрыканскіх участкаў гадавое колькасць выпраменьвання дасягае ў сярэднім 2200 кілават-гадзін, у той час як на тэрыторыі Канады або, да прыкладу, Цэнтральнай Еўропы паказчыкі не перавышае 1000 кілават-гадзін.

Сонечная энергетыка ў гісторыі

Калі думаць максімальна шырока, спробы «прыручыць» вялікае свяціла, сагравае нашу планету, пачаліся яшчэ ў глыбокай старажытнасці ў часы паганства, калі кожная стыхія была ўвасоблена асобным бажаством. Аднак, вядома, тады аб выкарыстанні сонечнай энергіі нават гаворкі быць не магло - у свеце панавала магія.

Тэма выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі стала актыўна падымацца толькі ў канцы XIV - пачатку ХХ стагоддзя. Сапраўдны прарыў у навуцы быў здзейснены ў 1839 г. Аляксандрам Эдмон Бекерэлем, якому ўдалося стаць першаадкрывальнікам фотогальванического эфекту. Вывучэнне дадзенай тэмы значна ўзмацніўся, і ўжо праз 44 гады Чарльз Фриттс змог сканструяваць першы ў гісторыі модуль, у аснове якога быў пазалочаны селен. Такое выкарыстанне энергіі Сонца на Зямлі давала невялікая колькасць вызваляемага электрычнасці - агульная колькасць выпрацоўкі тады склала не больш за 1%. Тым не менш для ўсяго чалавецтва гэта стала сапраўдным прарывам, які адкрыў новыя гарызонты навукі, пра якія раней не даводзілася нават марыць.

Важкі ўклад у развіццё сонечнай энергетыкі ўнёс у свой час сам Альберт Эйнштэйн. У сучасным свеце імя вучонага часцей звязваюць з яго знакамітай тэорыяй адноснасці, аднак на самай справе Нобелеўскай прэміі ён быў ганараваны менавіта за вывучэнне вонкавага фотаэфекту.

Да нашых дзён тэхналогія выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі перажывае тое імклівыя ўзлёты, то не менш імклівыя падзення, аднак гэтая галіна ведаў пастаянна папаўняецца новымі фактамі, і можна спадзявацца, што ўжо ў агляднай будучыні перад намі адкрыецца дзверы ў зусім новы свет.

Прырода супраць нас

Аб вартасцях выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі мы ўжо казалі. Цяпер звернем увагу на недахопы дадзенага метаду, якіх, на жаль, не менш.

З-за прамой залежнасці ад геаграфічнага становішча, кліматычных умоў і руху Сонца выпрацоўка сонечнай энергіі ў дастатковай колькасці патрабуе велізарных тэрытарыяльных выдаткаў. Сутнасць заключаецца ў тым, што чым больш будзе плошчу спажывання і перапрацоўкі сонечнай радыяцыі, тым большая колькасць экалагічна чыстай энергіі мы атрымаем на выхадзе. Размяшчэнне ж такіх велізарных сістэм патрабуе вялікай колькасці вольнага пляца, што выклікае пэўныя цяжкасці.

Яшчэ адна праблема, якая тычыцца выкарыстання энергіі Сонца на Зямлі, заключаецца ў прамой залежнасці ад часу сутак, паколькі выпрацоўка ноччу будзе нулявы, а ў ранішні і вячэрні час вельмі нязначнай.

Дадатковым фактарам рызыкі з'яўляецца сама надвор'е - рэзкія змены умоў могуць вельмі негатыўна адбіцца на працы такога роду сістэмы, паколькі выклікаюць цяжкасці ў адладцы неабходнай магутнасці. У пэўным сэнсе сітуацыі з рэзкай зменай колькасці паглынання і выпрацоўкі могуць быць небяспечнымі.

Чыста, але дорага

Выкарыстанне сонечнай энергіі на Зямлі цяжка на дадзены момант з-за яе дарагоўлі. Фотаэлементы, неабходныя для ажыццяўлення асноўных працэсаў, маюць дастаткова высокі кошт. Вядома, станоўчыя бакі выкарыстання такога роду рэсурсу робяць яго акупляльным, аднак з эканамічнага пункту гледжання на дадзены момант не даводзіцца казаць аб поўнай акупнасці грашовых выдаткаў.

Тым не менш, як паказвае тэндэнцыя, цана на фотаэлементы паступова падае, так што з часам дадзеная праблема можа быць цалкам вырашана.

нязручнасць працэсу

Выкарыстанне Сонца як крыніцы энергіі ўяўляе цяжкасць яшчэ і таму, што дадзены спосаб апрацоўкі рэсурсаў даволі працаёмкі і нязручны. Спажыванне і перапрацоўка радыяцыі напрамую залежаць ад чысціні пласцін, якую забяспечыць даволі праблематычна. Акрамя таго, вельмі негатыўна на працэсе адбіваецца і награванне элементаў, якое можна прадухіліць толькі выкарыстаннем наймагутных сістэм астуджэння, што патрабуе дадатковых матэрыяльных затрат, прычым немалых.

Акрамя таго, пласціны, якія выкарыстоўваюцца ў гелиоколлекторах, пасля 30 гадоў актыўнай працы паступова прыходзяць у непрыдатнасць, а аб кошце фотаэлементаў гаварылася раней.

экалагічнае пытанне

Раней гаварылася, што выкарыстанне такога роду рэсурсу зможа пазбавіць чалавецтва ад досыць сур'ёзных праблем з навакольным асяроддзем у будучыні. Крыніца рэсурсаў і канчатковы прадукт сапраўды экалагічна максімальна чыстыя.

Тым не менш выкарыстанне энергіі Сонца, прынцып працы гелиоколлекторов складаецца ва ўжыванні адмысловых пласцін з фотаэлементамі, для вырабу якіх патрабуецца маса атрутных рэчываў: свінцу, мыш'яку або калію. Само іх выкарыстанне шкоды навакольнага асяроддзі не прыносіць, аднак, улічваючы абмежаваны тэрмін іх эксплуатацыі, з часам утылізацыя пласцін можа стаць сур'ёзнай праблемай.

Для абмежавання негатыўнага ўздзеяння на экалогію вытворцы паступова пераходзяць на тонкаплёнкавыя пласціны, якія маюць больш нізкі кошт і менш згубна адбіваюцца на навакольным асяроддзі.

Спосабы пераўтварэння радыяцыі ў энергію

Фільмы і кнігі пра будучыню чалавецтва даюць нам амаль заўсёды прыкладна аднолькавую карціну дадзенага працэсу, якая, па сутнасці, можа істотна адрознівацца ад рэчаіснасці. Існуе некалькі спосабаў пераўтварэння.

Самым распаўсюджаным можна назваць ужо апісанае раней задзейнічанне фотаэлементаў.

У якасці альтэрнатывы чалавецтва актыўна выкарыстоўвае гелиотермальную энергетыку, заснаваную на нагрэве спецыяльных паверхняў, які дазваляе пры належным напрамку атрыманай тэмпературы награваць ваду. Калі спрасціць гэты працэс максімальна, яго можна параўнаць з бакамі, якія выкарыстоўваюцца для летняга душа ў дамах прыватнага сектара.

Яшчэ адным спосабам прымянення выпраменьвання для выпрацоўкі энергіі з'яўляецца «сонечны ветразь», які можа дзейнічаць толькі ў беспаветранай прасторы. Такога роду сістэма пераўтворыць радыяцыю ў кінэтычную энергію.

Праблема адсутнасці выпрацоўкі ў начны час сутак часткова вырашаецца сонечнымі Аэростатного электрастанцыямі, праца якіх працягваецца дзякуючы акумуляцыі вылучаемай энергіі і працягласці працэсу астывання.

Мы і сонечная энергія

Рэсурсы энергіі сонца і ветру на Зямлі выкарыстоўваюцца даволі актыўна, хоць мы часта і не заўважаем гэтага. Раней ужо згадвалася могілкі простага награванне вады ў летнім душы. Па сутнасці, часцей за ўсё сонечная энергія выкарыстоўваецца менавіта для гэтых мэтаў. Тым не менш ёсць маса іншых прыкладаў: амаль у кожнай краме асвятляльнай тэхнікі можна знайсці назапашвальныя лямпачкі, якія могуць працаваць без электрычнага току нават ноччу дзякуючы энергіі, акумуляванай за дзень.

Ўстаноўкі на аснове фотаэлементаў актыўна выкарыстоўваюцца на разнастайных помпавых станцыях і вентыляцыйных сістэмах.

Учора, сёння, заўтра

Адзін з найважнейшых рэсурсаў для чалавецтва - сонечная энергія, і перспектывы яе выкарыстання надзвычай вялікія. Дадзеная галіна актыўна фінансуецца, пашыраецца і ўдасканальваецца. Зараз сонечная энергетыка максімальна развіта ў ЗША, дзе некаторыя рэгіёны выкарыстоўваюць яе як паўнавартасны альтэрнатыўны крыніца харчавання. Гэтак жа электрастанцыі такога тыпу працуюць у пустыні Махавэ. Іншыя ж краіны даўно ўзялі курс на дадзены від атрымання электраэнергіі, што ў хуткім часе, магчыма, вырашыць праблему забруджвання навакольнага асяроддзя.