Η χρήση της ηλιακής ενέργειας, ηλιακή ενέργεια - ιστορία ανάπτυξης, υπέρ και κατά

Η μόδα της εναλλακτικής ενέργειας κερδίζει δυναμική. Επιπλέον, η έμφαση δίνεται στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας - παλίρροιες, άνεμος, ηλιακή ενέργεια. Η ηλιακή ενέργεια (ή φωτοβολταϊκά) θεωρείται ένας από τους ταχύτερα αναπτυσσόμενους βιομηχανικούς τομείς. Αρκετά συχνά πολύ αισιόδοξες δηλώσεις όπως το γεγονός ότι όλη η ενέργεια των επόμενων καιρών, όχι λιγότερο, θα βασίζεται στην ηλιακή ενέργεια.

Αυστηρά μιλώντας, η ενέργεια ενός αστεριού που ονομάζεται Ήλιος υπάρχει σε «διατηρημένη» μορφή σε όλους τους τύπους ορυκτών καυσίμων - άνθρακα, πετρέλαιο, αέριο. Αυτή η ενέργεια αρχίζει να συσσωρεύεται στο στάδιο της ανάπτυξης των φυτών, τα οποία καταναλώνουν ηλιακό φως και θερμότητα, τα οποία, λόγω πολύπλοκων βιολογικών διεργασιών, μετατρέπονται σε απολιθώματα άνθρακα. Η ενέργεια του νερού, η κυκλοφορία του υποστηρίζεται και από τον Ήλιο.

Η πυκνότητα της ηλιακής ενέργειας στο ανώτερο όριο της ατμόσφαιρας είναι 1350 W / m2, ονομάζεται «ηλιακή σταθερά». Όταν οι ακτίνες του ήλιου περνούν από την ατμόσφαιρα της Γης, μέρος της ακτινοβολίας διασκορπίζεται.Αλλά ακόμη και στην ίδια την επιφάνεια της Γης, η πυκνότητά της είναι επαρκής για πιθανή χρήση, ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό.

Η ιστορία της ανάπτυξης

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο (δηλαδή η εμφάνιση ενός στατικού ρεύματος σε ένα ομοιογενές υλικό με την ομοιογενή φωτοδιέγερσή του) ανακαλύφθηκε το 1839 από τον Γάλλο φυσικό Alexandre-Edmond Becquerel. Λίγο αργότερα, ο Άγγλος Willoughby Smith και ο Γερμανός Heinrich-Rudolph Hertz ανακάλυψαν ανεξάρτητα τη φωτοαγωγιμότητα του σεληνίου και την υπεριώδη φωτοαγωγιμότητα.

Το 1888, η πρώτη «συσκευή ανάκτησης ηλιακής ακτινοβολίας» κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στην Αμερική. Τα πρώτα επιτεύγματα Ρώσων επιστημόνων στον τομέα της φωτοαγωγιμότητας χρονολογούνται από το 1938. Στη συνέχεια, στο εργαστήριο του ακαδημαϊκού Abram Joffe, δημιουργήθηκε για πρώτη φορά ένα στοιχείο μετατροπής ηλιακής ενέργειας, το οποίο σχεδιάστηκε να χρησιμοποιηθεί στην ηλιακή ενέργεια.

Της ανάπτυξης της επίγειας ηλιακής ενέργειας προηγήθηκε πολλή δουλειά από επιστήμονες (συμπεριλαμβανομένων των φυσικών της Επιστημονικής Σχολής Λένινγκραντ-Πετρούπολης Boris Kolomiets και Yuri Maslakovts) στον τομέα των ηλιακών μπαταριών για διαστημικούς σκοπούς. Δημιούργησαν στο Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας του Λένινγκραντ φωτοκύτταρα από θείο θαλλίου, η απόδοση των οποίων ήταν ίση με 1% - πραγματικό ρεκόρ για εκείνη την εποχή.

Ο Abram Joffe έγινε επίσης ο συγγραφέας της δημοφιλούς πλέον λύσης εγκατάστασης φωτοκύτταρα σε ταράτσες (αν και η ιδέα δεν έπιασε ευρέως στην αρχή απλώς και μόνο για τον λόγο ότι κανείς δεν αντιμετώπιζε έλλειψη ορυκτών καυσίμων εκείνη την εποχή). Σήμερα, χώρες όπως η Γερμανία, οι ΗΠΑ, η Ιαπωνία, το Ισραήλ τοποθετούν ολοένα και περισσότερο ηλιακούς συλλέκτες στις στέγες των κτιρίων, δημιουργώντας έτσι «ενεργειακά αποδοτικά σπίτια».

Η ηλιακή ενέργεια άρχισε να προσελκύει περισσότερο ενδιαφέρον στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα.Χάρη στις πρακτικές εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα, δημιουργήθηκαν θερμοηλεκτρικοί σταθμοί, όπου το ψυκτικό θερμαίνεται με άμεση ηλιακή ακτινοβολία και μια στροβιλοηλεκτρική γεννήτρια οδηγεί τον ατμό που παράγεται στο λέβητα.

Με τη συσσώρευση γνώσης και την πρόοδο από τη θεωρία στην πράξη, τίθεται το ζήτημα της κερδοφορίας της ηλιακής παραγωγής. Αρχικά, τα καθήκοντα της ηλιακής ενέργειας δεν υπερέβαιναν την παροχή τοπικών αντικειμένων, για παράδειγμα, δυσπρόσιτα ή απομακρυσμένα από το κεντρικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας. Ήδη το 1975, η συνολική ισχύς όλων των ηλιακών εγκαταστάσεων στον πλανήτη ήταν μόνο 300 kW και η τιμή ενός κιλοβάτ αιχμής έφτασε τα 20 χιλιάδες δολάρια.

Η αρχή λειτουργίας των ηλιακών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής:

Πώς η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική

Κοινοί τύποι ηλιακών συλλεκτών

Αλλά φυσικά, η απόκτηση ηλιακής ενέργειας από το έδαφος —ακόμα και χωρίς να ληφθεί υπόψη η οικονομική συνιστώσα— απαιτούσε σημαντικά μεγαλύτερη απόδοση. Και κατάφεραν να το πετύχουν κάπως. Η απόδοση των σύγχρονων γεννητριών ημιαγωγών πυριτίου είναι ήδη 15-24% (βλ. Αποδοτικότητα ηλιακών κυψελών και πλαισίων), γι' αυτό (όπως και η πτώση τους στην τιμή) υπάρχει συνεχής ζήτηση σήμερα.

Η παραγωγή ηλιακών συλλεκτών έχει κατακτηθεί από μεγάλες παγκόσμιες εταιρείες όπως η Siemens, η Kyocera, η Solarex, η BP Solar, η Shell και άλλες. Το κόστος ενός βατ εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος ηλιακών κυψελών ημιαγωγών μειώθηκε στα 2 δολάρια.

Ακόμη και στη σοβιετική εποχή, υπολογιζόταν ότι 4 χιλιάδες km2 ηλιακών μονάδων ήταν σε θέση να καλύψουν τις ετήσιες ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια όλου του κόσμου. Και η απόδοση των μπαταριών εκείνη την εποχή δεν ξεπερνούσε το 6%.

Τον περασμένο αιώνα εγκαταστάθηκαν ηλιακοί σταθμοί ισχύος 10 μεγαβάτ (SPP) στις ΗΠΑ, τη Γαλλία, την Ισπανία, την Ιταλία και άλλες «ηλιακές» χώρες. Στην ΕΣΣΔ, η πρώτη πειραματική ηλιακή μονάδα ισχύος 5 MW κατασκευάστηκε στη χερσόνησο του Κερτς, όπου ο αριθμός των ηλιόλουστων ημερών ανά έτος είναι ένας από τους υψηλότερους στην περιοχή.

Ορισμένοι από αυτούς τους σταθμούς εξακολουθούν να λειτουργούν, πολλοί έχουν πάψει να λειτουργούν, αλλά μπορούμε να πούμε με ασφάλεια ότι κατ' αρχήν δεν μπορούν να ανταγωνιστούν τα σύγχρονα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα.

Ηλιακές μονάδες παραγωγής ενέργειας:

Τύποι ηλιακών σταθμών

Πλωτοί ηλιακοί σταθμοί

Ηλιακοί συγκεντρωτές

επαγγελματίες

Οι δυνάμεις της ηλιακής ενέργειας είναι προφανείς σε όλους και δεν χρειάζονται λεπτομερείς εξηγήσεις.

Πρώτον, οι πόροι του Ήλιου θα διαρκέσουν πολύ - η διάρκεια ζωής ενός αστεριού υπολογίζεται από τους επιστήμονες σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Δεύτερον, η χρήση της ηλιακής ενέργειας δεν απειλεί τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, την υπερθέρμανση του πλανήτη και τη γενική περιβαλλοντική ρύπανση, δηλ. δεν επηρεάζει την οικολογική ισορροπία του πλανήτη.

Ένας φωτοβολταϊκός σταθμός ισχύος 1 MW παράγει περίπου 2 εκατομμύρια kW ετησίως. Αυτό αποτρέπει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα σε σύγκριση με ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας καύσης στους ακόλουθους όγκους: σε φυσικό αέριο περίπου 11 χιλιάδες τόνους, σε προϊόντα πετρελαίου 1,1-1,5 χιλιάδες τόνους, σε άνθρακα 1,7-2,3 χιλιάδες τόνοι...

Μειονεκτήματα

Τα σημεία συμφόρησης της ηλιακής ενέργειας περιλαμβάνουν, πρώτον, την ακόμη όχι αρκετά υψηλή απόδοση και δεύτερον, όχι αρκετά χαμηλό κόστος ανά κιλοβατώρα – κάτι που εγείρει ερωτήματα σχετικά με την ευρεία χρήση οποιασδήποτε ανανεώσιμης πηγής ενέργειας.

Σε αυτό προστίθεται το γεγονός ότι μια αρκετή ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης διασκορπίζεται ανεξέλεγκτα.

Η ασφάλεια του περιβάλλοντος είναι επίσης αυστηρά υπό αμφισβήτηση — εξάλλου, δεν είναι ακόμη σαφές τι να γίνει με την απόρριψη των χρησιμοποιημένων στοιχείων.

Τέλος, ο βαθμός μελέτης της ηλιακής ενέργειας -ό,τι κι αν λένε- απέχει πολύ από το τέλειο.

Ο πιο αδύναμος κρίκος στην ηλιακή ενέργεια είναι η χαμηλή απόδοση των μπαταριών. η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι μόνο θέμα χρόνου.

Χρήση

Ναι, η λήψη ενέργειας από τον Ήλιο δεν είναι το φθηνότερο έργο. Όμως, πρώτα, τα τελευταία τριάντα χρόνια, ένα βατ που παράγεται με φωτοκύτταρα έχει γίνει δέκα φορές φθηνότερο. Και δεύτερον, η επιθυμία των ευρωπαϊκών χωρών να μειώσουν την εξάρτηση από τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας παίζει το ρόλο της ηλιακής ενέργειας. Επίσης, μην ξεχνάτε το Πρωτόκολλο του Κιότο. Μπορούμε πλέον να πούμε ότι η ηλιακή ενέργεια αναπτύσσεται με σταθερούς ρυθμούς τόσο από την άποψη της επιστήμης όσο και από την άποψη του εμπορίου.

Σήμερα, η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται πιο ενεργά για τρεις σκοπούς:

• θέρμανση και ζεστό νερό και κλιματισμός?

• μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια με χρήση ηλιακών φωτοβολταϊκών μετατροπέων.

• παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας με βάση τον θερμικό κύκλο.

Η ηλιακή ενέργεια δεν χρειάζεται να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά είναι πολύ πιθανό να χρησιμοποιηθεί ως θερμότητα. Για παράδειγμα, για θέρμανση και ζεστό νερό οικιστικών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων.

Η βάση της αρχής λειτουργίας του σχεδιασμού των ηλιακών συστημάτων θέρμανσης είναι η θέρμανση του αντιψυκτικού.Στη συνέχεια, η θερμότητα μεταφέρεται σε δεξαμενές αποθήκευσης, που βρίσκονται συνήθως στο υπόγειο, και καταναλώνεται από εκεί.

Ένας από τους μεγαλύτερους δυνητικούς καταναλωτές φωτοβολταϊκής ενέργειας είναι ο αγροτικός τομέας, ο οποίος μπορεί ανεξάρτητα να καταναλώνει εκατοντάδες μεγαβάτ ηλιακής ενέργειας αιχμής ετησίως. Σε αυτό μπορεί να προστεθεί υποστήριξη πλοήγησης, ισχύς για συστήματα τηλεπικοινωνιών, συστήματα για θέρετρα και επιχειρήσεις υγείας και τουρισμού, καθώς και βίλες, ηλιακά φώτα δρόμου και πολλά άλλα.

Σήμερα, εξετάζεται σοβαρά το ενδεχόμενο απολύτως φανταστικών, από τη σκοπιά των λαϊκών, τρόπων χρήσης της ηλιακής ενέργειας. Για παράδειγμα, έργα για τροχιά γύρω από ηλιακούς σταθμούς ή, ακόμα πιο φανταστικά, ηλιακούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας στο φεγγάρι.

Και πράγματι υπάρχουν τέτοια έργα. Στο διάστημα, η συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας είναι πολύ μεγαλύτερη σε σύγκριση με τον μπλε πλανήτη μας. Η μετάδοση ενέργειας στη Γη είναι δυνατή με χρήση κατευθυνόμενου φωτός (λέιζερ) ή ακτινοβολίας υπερυψηλής συχνότητας (μικροκύματα).

Συνεχίζοντας το θέμα: Αυξήστε την ηλιακή ενέργεια στον κόσμο