نحن نعيش في عالم المستقبل ، على الرغم من أن هذا غير ملحوظ في جميع المناطق. على أي حال ، تتم مناقشة إمكانية تطوير مصادر طاقة جديدة بجدية في الدوائر التقدمية اليوم. الطاقة الشمسية من أكثر المجالات الواعدة.

في الوقت الحالي ، يأتي حوالي 1٪ من الكهرباء على الأرض من معالجة الإشعاع الشمسي. فلماذا ما زلنا لم نتخلى عن الأساليب "الضارة" الأخرى ، وهل نتخلى عنها على الإطلاق؟ نقترح أن تتعرف على مقالتنا وتحاول الإجابة على هذا السؤال بنفسك.

كيف يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء

لنبدأ بالأهم - كيف تتحول أشعة الشمس إلى كهرباء.

العملية نفسها تسمى "توليد الطاقة الشمسية" ... أكثر الطرق فعالية لضمان ذلك هي كما يلي:

• الكهروضوئية؛
• الطاقة الحرارية الشمسية
• محطات توليد الطاقة الشمسية بالون.

دعونا نفكر في كل منهم.

الكهروضوئية

في هذه الحالة ، يظهر التيار الكهربائي بسبب تأثير ضوئي... المبدأ هو: يضرب ضوء الشمس خلية ضوئية ، وتمتص الإلكترونات طاقة الفوتونات (جسيمات الضوء) وتبدأ في الحركة. نتيجة لذلك ، نحصل على جهد كهربائي.

هذه هي بالضبط العملية التي تحدث في الألواح الشمسية ، والتي تعتمد على العناصر التي تحول الإشعاع الشمسي إلى كهرباء.

يتسم تصميم الألواح الكهروضوئية بالمرونة الكافية ويمكن أن يكون لها أحجام مختلفة. لذلك ، فهي عملية للغاية للاستخدام. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز الألواح بخصائص أداء عالية: فهي مقاومة للتساقط ودرجات الحرارة القصوى.

وإليك كيف يعمل وحدة منفصلة للألواح الشمسية:

يمكنك أن تقرأ عن استخدام الألواح الشمسية كشواحن ، وإمدادات الطاقة في المنازل الخاصة ، ولتحسين المدن وللأغراض الطبية في.

الألواح الشمسية الحديثة ومحطات الطاقة

تشمل الأمثلة الحديثة الألواح الشمسية للشركة سيستين سولار... يمكن أن تكون من أي ظل وملمس ، على عكس الألواح الزرقاء الداكنة التقليدية. هذا يعني أنه يمكنهم "تزيين" سقف المنزل كما يحلو لك.

تم اقتراح حل آخر من قبل مطوري Tesla. لقد وضعوا في السوق ليس فقط الألواح ، ولكن مواد تسقيف كاملة تعمل على إعادة تدوير الطاقة الشمسية. يحتوي على وحدات شمسية مدمجة ويمكن أن يحتوي أيضًا على مجموعة متنوعة من التصميمات. في الوقت نفسه ، تكون المادة نفسها أقوى بكثير من بلاط التسقيف العادي ؛ حتى أن Solar Roof لها ضمان لا نهاية له.

كمثال على SPP الكامل ، يمكننا أن نذكر المحطة التي تم بناؤها مؤخرًا في أوروبا بألواح على الوجهين. يجمع الأخير كلاً من الإشعاع الشمسي المباشر والعاكس. هذا يحسن كفاءة توليد الطاقة الشمسية بنسبة 30٪. يجب أن تولد هذه المحطة حوالي 400 ميجاوات في الساعة سنويًا.

الفائدة أيضا أكبر محطة للطاقة الشمسية العائمة في الصين... قدرتها 40 ميغاواط. هذه الحلول لها 3 مزايا مهمة:

• ليست هناك حاجة لاحتلال مساحات كبيرة من الأراضي ، وهو أمر مهم بالنسبة للصين ؛
• ينخفض ​​تبخر المياه في الخزانات ؛
• تسخن الخلايا الضوئية نفسها وتعمل بكفاءة أكبر.

بالمناسبة ، تم بناء محطة الطاقة الشمسية العائمة هذه في موقع مؤسسة تعدين الفحم المهجورة.

تعد التكنولوجيا القائمة على التأثير الكهروضوئي هي الأكثر واعدة اليوم ، ووفقًا للخبراء ، ستكون الألواح الشمسية قادرة على إنتاج حوالي 20 ٪ من الطلب العالمي على الكهرباء في الثلاثين إلى 40 عامًا القادمة.

طاقة شمسية

هنا النهج مختلف بعض الشيء ، لأن يستخدم الإشعاع الشمسي لتسخين وعاء سائل. وبفضل هذا يتحول إلى بخار يقوم بتشغيل التوربين مما يؤدي إلى توليد الكهرباء.

تعمل محطات الطاقة الحرارية على نفس المبدأ ، حيث يتم تسخين السائل فقط عن طريق حرق الفحم.

أوضح مثال على استخدام هذه التكنولوجيا محطة إيفانبا الشمسيةفي صحراء موهافي. إنها أكبر محطة للطاقة الحرارية الشمسية في العالم.

تعمل منذ عام 2014 ولا تستخدم أي وقود لتوليد الكهرباء - فقط الطاقة الشمسية الصديقة للبيئة.

توجد غلاية الماء في الأبراج التي يمكن رؤيتها في وسط الهيكل. يوجد حولها حقل من المرايا التي توجه أشعة الشمس إلى قمة البرج. عند القيام بذلك ، يقوم الكمبيوتر بتدوير هذه المرايا باستمرار اعتمادًا على موقع الشمس.

يركز ضوء الشمس على البرج

تعمل الطاقة الشمسية المركزة على تسخين المياه في البرج وتصبح بخارًا. ينتج عن ذلك ضغط ويبدأ البخار في تدوير التوربين ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الكهرباء. تبلغ سعة هذه المحطة 392 ميغاواط ، وهو ما يقارن تمامًا بمتوسط ​​CHP في موسكو.

من المثير للاهتمام أن مثل هذه المحطات يمكن أن تعمل في الليل. هذا ممكن بسبب وضع جزء من البخار الساخن في التخزين واستخدامه التدريجي لتدوير التوربين.

محطات توليد الطاقة الشمسية بالبالونات

على الرغم من أن هذا الحل الأصلي لم يلقَ استخدامًا واسع النطاق ، إلا أنه لا يزال لديه مكان ليكون.

يتكون التثبيت نفسه من 4 أجزاء رئيسية:

• Aerostat - يقع في السماء ، يجمع الإشعاع الشمسي. يدخل الماء إلى الكرة التي تسخن بسرعة وتتحول إلى بخار.
• خط البخار - من خلاله ، ينزل البخار تحت الضغط إلى التوربين ، مما يجبره على الدوران.
• التوربينات - تحت تأثير تيار من البخار ، تدور وتولد طاقة كهربائية.
• المكثف والمضخة - يتكثف البخار الذي يمر عبر التوربين في الماء ويصعد إلى البالون بمساعدة مضخة ، حيث يتم تسخينه مرة أخرى إلى حالة بخار.

ماهي مميزات الطاقة الشمسية

• ستمنحنا الشمس طاقتها لبضعة مليارات من السنين. في الوقت نفسه ، لا يحتاج الناس إلى إنفاق الأموال والموارد لإنتاجه.
• تعد عملية توليد الطاقة الشمسية عملية صديقة للبيئة تمامًا ولا تشكل أي مخاطر على الطبيعة.
• استقلالية العملية. يتم جمع ضوء الشمس وتوليد الكهرباء بأقل تدخل بشري. الشيء الوحيد الذي يجب عليك فعله هو الحفاظ على نظافة أسطح العمل أو المرايا.
• يمكن إعادة تدوير الألواح الشمسية المستنفدة وإعادة استخدامها في الإنتاج.

مشاكل تطوير الطاقة الشمسية

على الرغم من تنفيذ أفكار للحفاظ على تشغيل محطات الطاقة الشمسية في الليل ، فلا أحد محصن من تقلبات الطبيعة. على مدار عدة أيام ، قللت السماء المغطاة بالغيوم بشكل كبير من إنتاج الكهرباء ، بينما يحتاج السكان والمؤسسات إلى إمداد مستمر بها.

بناء محطة للطاقة الشمسية ليس متعة رخيصة. هذا بسبب الحاجة إلى استخدام العناصر النادرة في تصميمها. ليست كل البلدان مستعدة لإنفاق ميزانياتها على محطات طاقة أقل قوة عندما يكون هناك عمال في محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية.

لوضع مثل هذه التركيبات ، هناك حاجة إلى مساحات كبيرة ، علاوة على ذلك ، في الأماكن التي يكون فيها الإشعاع الشمسي بمستوى كافٍ.

كيف يتم تطوير الطاقة الشمسية في روسيا

لسوء الحظ ، في بلدنا ، لا يزال الفحم والغاز والنفط يتم حرقهما بالكامل ، وستكون روسيا بالتأكيد من بين الدول التي تتحول بالكامل إلى الطاقة البديلة.

حتي اليوم يمثل التوليد الشمسي 0.03٪ فقط من رصيد طاقة التردد اللاسلكي... للمقارنة ، في نفس ألمانيا ، هذا الرقم يزيد عن 20٪. لا يهتم رواد الأعمال من القطاع الخاص بالاستثمار في الطاقة الشمسية بسبب فترة الاسترداد الطويلة وليس الربحية العالية ، لأن الغاز أرخص بكثير هنا.

في مناطق موسكو ولينينغراد المتقدمة اقتصاديًا ، يكون النشاط الشمسي عند مستوى منخفض. هناك ، بناء محطات الطاقة الشمسية هو ببساطة غير عملي. لكن المناطق الجنوبية واعدة للغاية.

اليوم ، مشكلة استهلاك الطاقة حادة للغاية - موارد الكوكب ليست بلا حدود ، وخلال وجودها ، دمرت البشرية إلى حد كبير ما أعطته الطبيعة. في الوقت الحالي ، يتم استخراج الفحم والنفط بنشاط ، حيث تقل احتياطياتهما كل يوم. سمح للبشرية باتخاذ خطوة لا تصدق في المستقبل واستخدام الطاقة الذرية ، مما جلب مع هذه النعمة خطرًا كبيرًا على البيئة بأكملها.

المسألة البيئية ليست أقل حدة - الاستخراج النشط للموارد واستخدامها الإضافي يؤثر سلبًا على حالة الكوكب ، ولا يغير طبيعة التربة فحسب ، بل يغير أيضًا الظروف المناخية.

هذا هو السبب في أنه تم دائمًا إيلاء اهتمام خاص لمصادر الطاقة الطبيعية ، مثل ، على سبيل المثال ، المياه أو الرياح. أخيرًا ، بعد سنوات عديدة من البحث النشط والتطوير ، "نضجت" البشرية لاستخدام طاقة الشمس على الأرض. إنه حوله الذي سيتم مناقشته أكثر.

ما هو الجاذبية في ذلك

قبل الانتقال إلى أمثلة محددة ، دعنا نتعرف على سبب جذب هذا النوع من إنتاج الطاقة للباحثين في جميع أنحاء العالم كثيرًا. أصولها الرئيسية هي عدم النضوب. على الرغم من الفرضيات العديدة ، فإن احتمال خروج نجم مثل الشمس في المستقبل القريب ضئيل للغاية. هذا يعني أن فرصة الحصول على الطاقة النظيفة بطريقة طبيعية تمامًا مفتوحة للبشرية.

الميزة الثانية التي لا شك فيها لاستخدام طاقة الشمس على الأرض هي الملاءمة البيئية لهذا الخيار. سيكون التأثير البيئي في ظل هذه الظروف صفراً ، والذي بدوره يوفر للعالم بأسره مستقبلاً أكثر إشراقًا من ذلك الذي ينفتح مع الاستخراج المستمر لموارد جوفية محدودة.

أخيرًا ، يجب إيلاء اهتمام خاص لحقيقة أن الشمس تشكل أقل خطر على الإنسان نفسه.

كيف حقا

الآن دعنا نصل إلى النقطة. تحت الاسم الشعري إلى حد ما "الطاقة الشمسية" هو في الواقع تحويل الإشعاع إلى كهرباء باستخدام تقنيات مطورة خصيصًا. يتم توفير هذه العملية من خلال الخلايا الكهروضوئية ، والتي تستخدمها البشرية بنشاط كبير لأغراضها الخاصة ، وبنجاح كبير.

اشعاع شمسي

لقد حدث تاريخيًا أن يستحضر اسم "الإشعاع" لدى الشخص ارتباطات سلبية بدلاً من الارتباطات الإيجابية فيما يتعلق بتلك الكوارث التي من صنع الإنسان والتي تمكن العالم من النجاة منها طوال حياته. ومع ذلك ، فإن تقنية استخدام طاقة الشمس على الأرض توفر للعمل معها.

في الواقع ، هذا النوع من الإشعاع هو إشعاع كهرومغناطيسي ، يتراوح مداها من 2.8 إلى 3.0 ميكرون.

يتكون الطيف الشمسي الذي تستخدمه البشرية بنجاح من ثلاثة أنواع من الموجات: الأشعة فوق البنفسجية (حوالي 2٪) ، وحوالي 49٪ من الموجات الضوئية ، وأخيراً ، تحتوي الطاقة الشمسية على كمية صغيرة من المكونات الأخرى ، لكن دورها ضئيل للغاية أنه ليس لديهم تأثير خاص على حياة الأرض.

كمية الطاقة الشمسية التي تضرب الأرض

الآن وقد تم تحديد تكوين الطيف المستخدم لصالح البشرية ، يجب ملاحظة سمة أخرى أكثر أهمية لهذا المورد. يبدو استخدام الطاقة الشمسية على الأرض واعدًا جدًا أيضًا لأنها متوفرة بكميات كبيرة إلى حد ما وبأقل تكاليف معالجة عمليًا. إن الكمية الإجمالية للطاقة المنبعثة من النجم كبيرة للغاية ، لكن حوالي 47٪ تصل إلى سطح الأرض ، وهو ما يعادل سبعمائة كوادريليون كيلوواط / ساعة. للمقارنة ، لاحظ أن كيلو وات ساعة واحد فقط يمكن أن يوفر تشغيلًا لمدة عشر سنوات لمصباح كهربائي بقوة 100 واط.

تعتمد قوة إشعاع الشمس واستخدام الطاقة على الأرض ، بالطبع ، على عدد من العوامل: الظروف المناخية ، وزاوية سقوط الأشعة على السطح ، ووقت السنة ، والموقع الجغرافي.

متى وكم

من السهل تخمين أن الكمية اليومية من الطاقة الشمسية المتساقطة على سطح الأرض تتغير باستمرار ، لأنها تعتمد بشكل مباشر على موضع الكوكب بالنسبة للشمس وحركة النجم نفسه. من المعروف منذ زمن طويل أن الحد الأقصى للإشعاع عند الظهيرة ، بينما في الصباح والمساء يكون عدد الأشعة التي تصل إلى السطح أقل بكثير.

يمكننا القول بثقة أن استخدام طاقة الشمس سيكون أكثر إنتاجية في المناطق القريبة قدر الإمكان من الشريط الاستوائي ، حيث أن الفرق بين أعلى وأدنى المؤشرات هو الحد الأدنى ، مما يشير إلى الحد الأقصى لمقدار وصول الإشعاع إلى سطح الكوكب. على سبيل المثال ، في أراضي المناطق الصحراوية الأفريقية ، يصل المقدار السنوي للإشعاع إلى متوسط ​​2200 كيلوواط / ساعة ، بينما في كندا أو ، على سبيل المثال ، أوروبا الوسطى ، لا تتجاوز الأرقام 1000 كيلو واط / ساعة.

الطاقة الشمسية في التاريخ

إذا فكرنا على نطاق واسع قدر الإمكان ، فإن محاولات "ترويض" النجم العظيم الذي يدفئ كوكبنا بدأت في العصور القديمة ، في أيام الوثنية ، عندما كان كل عنصر يجسده إله منفصل. ومع ذلك ، بالطبع ، لا يمكن الحديث عن استخدام الطاقة الشمسية - فالسحر ساد في العالم.

بدأ موضوع استخدام طاقة الشمس على الأرض في الظهور بنشاط فقط في نهاية القرن الرابع عشر - بداية القرن العشرين. تم تحقيق اختراق حقيقي في العلم في عام 1839 على يد ألكسندر إدموند بيكريل ، الذي تمكن من أن يصبح مكتشفًا للتأثير الكهروضوئي. زادت دراسة هذا الموضوع بشكل كبير ، وبعد 44 عامًا ، تمكن تشارلز فريتس من بناء أول وحدة نمطية على الإطلاق ، والتي كانت تعتمد على السيلينيوم المذهب. أعطى هذا الاستخدام لطاقة الشمس على الأرض كمية صغيرة من الكهرباء المنبعثة - لم يصل إجمالي كمية الإنتاج بعد ذلك إلى أكثر من 1 ٪. ومع ذلك ، بالنسبة للبشرية جمعاء ، كان هذا اختراقًا حقيقيًا ، وفتح آفاقًا جديدة للعلم ، والتي لم تكن تحلم بها من قبل.

قدم ألبرت أينشتاين نفسه مساهمة كبيرة في تطوير الطاقة الشمسية. في العالم الحديث ، غالبًا ما يرتبط اسم العالم بنظريته النسبية الشهيرة ، ولكن في الواقع ، حصل على جائزة نوبل على وجه التحديد لدراسته

حتى يومنا هذا ، فإن تقنية استخدام طاقة الشمس على الأرض تشهد إما صعودًا وهبوطًا سريعًا ، ولكن هذا الفرع من المعرفة يتم تجديده باستمرار بحقائق جديدة ، ويمكن للمرء أن يأمل في المستقبل المنظور عالم جديد سيفتح أمامنا.

الطبيعة ضدنا

لقد تحدثنا بالفعل عن مزايا استخدام طاقة الشمس على الأرض. الآن دعنا ننتبه إلى عيوب هذه الطريقة ، والتي ، للأسف ، ليست أقل.

بسبب الاعتماد المباشر على الموقع الجغرافي والظروف المناخية وحركة الشمس ، فإن إنتاج الطاقة الشمسية بكميات كافية يتطلب تكاليف إقليمية ضخمة. خلاصة القول هي أنه كلما زادت مساحة استهلاك ومعالجة الإشعاع الشمسي ، زادت الطاقة الصديقة للبيئة التي سنحصل عليها عند الإخراج. يتطلب وضع مثل هذه الأنظمة الضخمة مساحة كبيرة خالية ، مما يسبب بعض الصعوبات.

مشكلة أخرى تتعلق باستخدام طاقة الشمس على الأرض هي الاعتماد المباشر على الوقت من النهار ، حيث أن الإنتاج في الليل سيكون صفراً ، وفي الصباح والمساء يكون ضئيلاً للغاية.

عامل الخطر الإضافي هو الطقس نفسه - يمكن أن يكون للتغيرات المفاجئة في الظروف تأثير سلبي للغاية على تشغيل مثل هذا النظام ، لأنه يسبب صعوبات في تصحيح الطاقة المطلوبة. بمعنى ما ، يمكن أن تكون المواقف ذات التغيير الحاد في مقدار الامتصاص والإنتاج خطيرة.

نظيفة ولكنها باهظة الثمن

يعد استخدام الطاقة الشمسية على الأرض أمرًا صعبًا في الوقت الحالي نظرًا لارتفاع تكلفتها. تعد الخلايا الكهروضوئية المطلوبة للعمليات الرئيسية باهظة الثمن. بطبيعة الحال ، فإن الجوانب الإيجابية لاستخدام هذا النوع من الموارد تجعله مردودًا ، ولكن من وجهة نظر اقتصادية ، في الوقت الحالي ، ليست هناك حاجة للحديث عن الاسترداد الكامل للتكاليف النقدية.

ومع ذلك ، كما يظهر الاتجاه ، فإن سعر الخلايا الكهروضوئية يتناقص تدريجياً ، بحيث يمكن حل هذه المشكلة بالكامل بمرور الوقت.

إزعاج العملية

يعد استخدام الشمس كمصدر للطاقة أمرًا صعبًا أيضًا لأن طريقة معالجة الموارد هذه شاقة وغير مريحة إلى حد ما. يعتمد استهلاك ومعالجة الإشعاع بشكل مباشر على نقاء الألواح ، وهو أمر صعب للغاية لضمانه. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تسخين العناصر ، والذي لا يمكن منعه إلا باستخدام أقوى أنظمة التبريد ، له تأثير سلبي للغاية على العملية ، مما يتطلب تكاليف مادية إضافية وتكاليف كبيرة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الألواح المستخدمة في مجمعات الطاقة الشمسية ، بعد 30 عامًا من العمل النشط ، تتدهور تدريجياً ، وقد تم ذكر تكلفة الخلايا الشمسية سابقًا.

قضية بيئية

قيل في وقت سابق أن استخدام هذا النوع من الموارد يمكن أن ينقذ البشرية من مشاكل خطيرة للغاية مع البيئة في المستقبل. مصدر الموارد والمنتج النهائي صديقان للبيئة قدر الإمكان حقًا.

ومع ذلك ، فإن استخدام الطاقة الشمسية ، فإن مبدأ تشغيل المجمعات الشمسية هو استخدام ألواح خاصة بها خلايا ضوئية ، والتي تتطلب تصنيع الكثير من المواد السامة: الرصاص أو الزرنيخ أو البوتاسيوم. لا يضر استخدامها بالبيئة ، ومع ذلك ، نظرًا لعمر الخدمة المحدود ، بمرور الوقت ، يمكن أن يصبح التخلص من اللوحات مشكلة خطيرة.

للحد من التأثير السلبي على البيئة ، يتحول المصنعون تدريجياً إلى الألواح ذات الأغشية الرقيقة ، وهي أرخص وأقل ضرراً بالبيئة.

طرق تحويل الإشعاع إلى طاقة

تعطينا الأفلام والكتب حول مستقبل البشرية دائمًا تقريبًا نفس الصورة لهذه العملية ، والتي ، في الواقع ، قد تختلف بشكل كبير عن الواقع. هناك عدة طرق للتحويل.

تم وصف الاستخدام الأكثر شيوعًا للخلايا الضوئية مسبقًا.

كبديل ، تستخدم البشرية بنشاط الطاقة الحرارية الشمسية بناءً على تسخين الأسطح الخاصة ، مما يسمح بتسخين المياه بالاتجاه الصحيح لدرجة الحرارة التي تم الحصول عليها. إذا قمت بتبسيط هذه العملية قدر الإمكان ، فيمكن مقارنتها بالخزانات المستخدمة للاستحمام الصيفي في المنازل الخاصة.

طريقة أخرى لاستخدام الإشعاع لتوليد الطاقة هي "الشراع الشمسي" ، والذي يمكن أن يعمل فقط. هذا النوع من النظام يحول الإشعاع إلى

يتم حل مشكلة نقص التوليد ليلاً جزئيًا عن طريق محطات توليد الطاقة الشمسية بالبالونات ، والتي يستمر تشغيلها بسبب تراكم الطاقة المنبعثة ومدة عملية التبريد.

نحن والطاقة الشمسية

يتم استخدام موارد طاقة الشمس والرياح على الأرض بنشاط كبير ، على الرغم من أننا لا نلاحظ ذلك في كثير من الأحيان. لقد ذكرنا بالفعل تسخين المياه الشعبي في دش الصيف. في الواقع ، غالبًا ما تستخدم الطاقة الشمسية لهذه الأغراض. ومع ذلك ، هناك العديد من الأمثلة الأخرى: في كل متجر لمعدات الإضاءة تقريبًا ، يمكنك العثور على مصابيح تخزين يمكنها العمل بدون تيار كهربائي حتى في الليل بفضل الطاقة المتراكمة أثناء النهار.

تُستخدم التركيبات القائمة على الخلايا الكهروضوئية بنشاط في جميع أنواع محطات الضخ وأنظمة التهوية.

أمس اليوم غدا

تعتبر الطاقة الشمسية من أهم الموارد البشرية ، واحتمالات استخدامها كبيرة للغاية. يتم تمويل الصناعة وتوسيعها وتحسينها بنشاط. الآن يتم تطوير الطاقة الشمسية بشكل كبير في الولايات المتحدة ، حيث تستخدمها بعض المناطق كمصدر بديل كامل للطاقة. أيضًا ، محطات توليد الطاقة من هذا النوع تعمل في بلدان أخرى ، وقد اتخذت مسارًا طويلاً نحو هذا النوع من توليد الكهرباء ، والذي قد يحل قريبًا مشكلة التلوث البيئي.

لم يعد بإمكان الناس تخيل الحياة بدون كهرباء ، وكل عام تزداد الحاجة إلى الطاقة أكثر فأكثر ، بينما تتناقص احتياطيات موارد الطاقة مثل النفط والغاز والفحم بسرعة. لم يترك للبشرية أي خيارات أخرى غير استخدام مصادر الطاقة البديلة. تتمثل إحدى طرق توليد الكهرباء في تحويل الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الكهروضوئية. تعلم الناس أنه من الممكن استخدام طاقة الشمس لفترة طويلة نسبيًا ، لكنهم بدأوا في التطور بنشاط فقط في السنوات العشرين الماضية. في السنوات الأخيرة ، أدى البحث المستمر واستخدام أحدث المواد وحلول التصميم الإبداعي إلى زيادة كبيرة في أداء الخلايا الشمسية. يعتقد الكثيرون أنه في المستقبل ، ستكون البشرية قادرة على التخلي عن الأساليب التقليدية لتوليد الكهرباء لصالح الطاقة الشمسية والحصول عليها باستخدام محطات الطاقة الشمسية.

طاقة شمسية

تعتبر الطاقة الشمسية من مصادر توليد الكهرباء بشكل غير تقليدي وبالتالي فهي تنتمي إلى مصادر الطاقة البديلة. تستخدم الطاقة الشمسية الإشعاع الشمسي وتحوله إلى كهرباء أو أشكال أخرى من الطاقة. الطاقة الشمسية ليست فقط مصدر طاقة صديق للبيئة ؛ عند تحويل الطاقة الشمسية ، لا يتم إطلاق أي منتجات ثانوية ضارة ، ولكن أيضًا طاقة الشمس هي مصدر متجدد ذاتيًا للطاقة البديلة.

كيف تعمل الطاقة الشمسية

ليس من الصعب حساب مقدار الطاقة التي يمكن الحصول عليها نظريًا من تدفق الطاقة الشمسية ، فمن المعروف منذ فترة طويلة أنه بعد اجتياز المسافة من الشمس إلى الأرض والسقوط على سطح مساحته 1 متر مربع بزاوية 90 درجة ، فإن التدفق الشمسي عند مدخل الغلاف الجوي يحمل شحنة طاقة تساوي 1367 واط / متر مربع ، وهذا ما يسمى بثابت الشمس. هذا مثالي في ظل ظروف مثالية ، والتي ، كما نعلم ، من المستحيل عمليًا تحقيقها. وبالتالي ، بعد المرور عبر الغلاف الجوي ، سيكون الحد الأقصى للتدفق الذي يمكن الحصول عليه عند خط الاستواء 1020 واط / م 2 ، لكن متوسط ​​القيمة اليومية التي يمكننا الحصول عليها سيكون 3 مرات أقل بسبب تغير النهار والليل والتغير في زاوية حدوث التدفق الشمسي. وفي خطوط العرض المعتدلة ، يضاف تغيير الفصول إلى تغير النهار والليل ، ومعه التغيير في مدة ساعات النهار ، وبالتالي ، في خطوط العرض المعتدلة ، سيتم تقليل كمية الطاقة المستلمة مرتين أخريين.

تطوير وتوزيع الطاقة الشمسية

كما نعلم جميعًا ، في السنوات القليلة الماضية ، كان تطوير الطاقة الشمسية يكتسب زخمًا كل عام ، ولكن دعونا نحاول تتبع ديناميات التنمية. في عام 1985 ، كانت الطاقة الشمسية في العالم 0.021 جيجاواط فقط. في عام 2005 ، بلغت بالفعل 1،656 جيجاوات. يعتبر عام 2005 نقطة تحول في تطوير الطاقة الشمسية ؛ فمن هذا العام بدأ الناس يهتمون بنشاط بالبحث والتطوير للأنظمة الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية. علاوة على ذلك ، لا تترك الديناميكيات أي مجال للشك (2008 - 15.5 جيجاواط ، 2009 - 22.8 جيجاواط ، 2010 - 40 جيجاوات ، 2011 - 70 جيجاواط ، 2012 - 108 جيجاواط ، 2013 - 150 جيجاواط ، 2014 - 203 جيجاواط). تمتلك دول الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة النخلة في استخدام الطاقة الشمسية ؛ ويعمل أكثر من 100 ألف شخص في مجال الإنتاج والتشغيل في الولايات المتحدة وألمانيا وحدهما. أيضًا ، يمكن لإيطاليا وإسبانيا ، وبالطبع الصين التباهي بإنجازاتهم في تطوير الطاقة الشمسية ، والتي ، إن لم تكن رائدة في تشغيل الخلايا الشمسية ، هي كيف تزيد الشركة المصنعة للخلايا الشمسية من معدل الإنتاج من عام إلى سنة.

مزايا وعيوب استخدام الطاقة الشمسية

مزايا: 1) الصداقة البيئية - لا تلوث البيئة ؛ 2) التوفر - الخلايا الكهروضوئية متاحة للبيع ليس فقط للاستخدام الصناعي ، ولكن أيضًا لإنشاء محطات طاقة شمسية صغيرة خاصة ؛ 3) عدم استنفاد مصدر الطاقة والتجديد الذاتي ؛ 4) الانخفاض المستمر في تكلفة إنتاج الكهرباء.
عيوب: 1) التأثير على أداء الأحوال الجوية والوقت من اليوم ؛ 2) لتوفير الطاقة ، من الضروري تجميع الطاقة ؛ 3) انخفاض الإنتاجية في المناطق المعتدلة بسبب تغير الفصول ؛ 4) تسخين الهواء بشكل كبير فوق محطة الطاقة الشمسية ؛ 5) الحاجة إلى تنظيف سطح الخلايا الكهروضوئية دوريًا من التلوث ، وهذا يمثل مشكلة بسبب المساحات الشاسعة التي يشغلها تركيب الخلايا الكهروضوئية ؛ 6) يمكنك أيضًا التحدث عن التكلفة العالية نسبيًا للمعدات ، على الرغم من انخفاض التكلفة كل عام ، بينما لا داعي للحديث عن الطاقة الشمسية الرخيصة.

آفاق تطوير الطاقة الشمسية

اليوم ، يُتوقع مستقبل عظيم لتطوير الطاقة الشمسية ، كل عام يتم بناء المزيد والمزيد من محطات الطاقة الشمسية الجديدة ، والتي تدهش بحجمها وحلولها التقنية. كما أن البحث العلمي الهادف إلى زيادة كفاءة الخلايا الكهروضوئية لا يتوقف. وقد قدر العلماء أنه إذا كانت أرض كوكب الأرض مغطاة بنسبة 0.07٪ ، وبكفاءة الخلايا الشمسية بنسبة 10٪ ، فإن الطاقة ستكون كافية لأكثر من 100٪ من جميع احتياجات البشرية. اليوم ، الخلايا الكهروضوئية بكفاءة 30٪ مستخدمة بالفعل. وبحسب معطيات البحث فمن المعروف أن طموحات العلماء تعد برفعها إلى 85٪.

محطات الطاقة الشمسية

محطات الطاقة الشمسية هي هياكل مهمتها تحويل تيارات الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. يمكن أن تختلف أحجام محطات الطاقة الشمسية ، بدءًا من محطات الطاقة الصغيرة الخاصة المزودة بالعديد من الألواح الشمسية إلى المحطات الضخمة ، والتي تغطي مساحة تزيد عن 10 كيلومترات مربعة.

ما هي محطات الطاقة الشمسية

لقد مضى وقت طويل منذ إنشاء أولى محطات الطاقة الشمسية ، حيث تم تنفيذ العديد من المشاريع وتطبيق العديد من حلول التصميم المثيرة للاهتمام. من المعتاد تقسيم جميع محطات الطاقة الشمسية إلى عدة أنواع:
1. محطات الطاقة الشمسية من نوع البرج.
2. محطات الطاقة الشمسية ، حيث تكون الخلايا الشمسية خلايا ضوئية.
3. محطات الطاقة الشمسية القرص.
4. محطات الطاقة الشمسية مكافئ.
5. محطات الطاقة الشمسية من نوع الفراغ الشمسي.
6. محطات توليد الطاقة الشمسية من النوع المختلط.

محطات الطاقة الشمسية البرجية

نوع شائع جدًا من تصميم محطات الطاقة. إنه مبنى برج طويل في الأعلى ، يضم خزانًا مطليًا باللون الأسود بالماء لجذب ضوء الشمس المنعكس بشكل أفضل. حول البرج توجد مرايا كبيرة في دائرة تزيد مساحتها عن 2 متر مربع ، وكلها متصلة بنظام تحكم واحد يراقب التغير في زاوية ميل المرايا بحيث تعكس دائمًا ضوء الشمس وتوجهه مباشرة إلى خزان المياه الموجود أعلى البرج. وهكذا ، فإن أشعة الشمس المنعكسة تسخن الماء الذي يتكون بخارًا ، ثم يتم ضخ هذا البخار إلى مولد التوربينات حيث يتم توليد الكهرباء. يمكن أن تصل درجة حرارة تسخين الخزان إلى 700 درجة مئوية. يعتمد ارتفاع البرج على حجم وقوة محطة الطاقة الشمسية ، وكقاعدة عامة ، يبدأ من 15 مترًا ، ويبلغ ارتفاع أكبرها اليوم 140 مترًا ، وهذا النوع من محطات الطاقة الشمسية شائع جدًا ويفضل من قبل العديد من البلدان لكفاءتها العالية بنسبة 20 ٪.

محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

تستخدم الخلايا الكهروضوئية (الألواح الشمسية) لتحويل التدفق الشمسي إلى كهرباء. أصبح هذا النوع من محطات الطاقة شائعًا للغاية نظرًا لإمكانية استخدام الألواح الشمسية في كتل صغيرة ، مما يجعل من الممكن استخدام الألواح الشمسية لتوفير الكهرباء لكل من المنازل الخاصة والمنشآت الصناعية الكبيرة. علاوة على ذلك ، تتزايد الكفاءة كل عام واليوم توجد بالفعل خلايا ضوئية بكفاءة تصل إلى 30٪.

محطات الطاقة الشمسية مكافئ

يشبه هذا النوع من محطات الطاقة الشمسية أطباق الأقمار الصناعية الضخمة ، والتي يتم تغطية الجزء الداخلي منها بألواح مرآة. يشبه المبدأ الذي يتم من خلاله تحويل الطاقة محطات البرج مع اختلاف طفيف ، فالشكل المكافئ للمرايا يجعل أشعة الشمس ، المنعكسة من سطح المرآة بالكامل ، تتركز في المركز ، حيث يوجد جهاز الاستقبال سائل يسخن ، مكونًا بخارًا ، والذي يعد في قائمة انتظاره القوة الدافعة للمولدات الصغيرة.

محطات توليد الطاقة الشمسية صينية

يتطابق مبدأ التشغيل وطريقة توليد الكهرباء مع محطات الطاقة الشمسية البرجية والمكافئة. الاختلاف الوحيد هو ميزات التصميم. على هيكل ثابت ، يشبه قليلاً شجرة معدنية عملاقة ، معلقة عليها مرايا مستديرة مستديرة تركز الطاقة الشمسية على جهاز الاستقبال.

محطات الطاقة الشمسية من نوع الفراغ الشمسي

هذه طريقة غير معتادة لاستخدام طاقة الشمس والاختلافات في درجات الحرارة. يتكون هيكل المحطة من قطعة أرض ذات سقف زجاجي بشكل دائري مع برج في الوسط. البرج مجوف من الداخل ، وفي قاعدته عدة توربينات تدور بسبب تدفق الهواء بسبب اختلاف درجات الحرارة. من خلال السقف الزجاجي ، تقوم الشمس بتسخين الأرض والهواء داخل الغرفة ، ويتواصل المبنى مع البيئة الخارجية بواسطة أنبوب ، وبما أن درجة حرارة الهواء خارج الغرفة أقل بكثير ، يتم إنشاء تيار هواء يزيد مع زيادة فرق درجات الحرارة. وبالتالي ، فإن التوربينات تولد كهرباء في الليل أكثر مما تولده أثناء النهار.

محطات توليد الطاقة الشمسية المختلطة

يحدث هذا في محطات الطاقة الشمسية من نوع معين ، على سبيل المثال ، يتم استخدام المجمعات الشمسية كعناصر مساعدة لتزويد الكائنات بالماء الساخن والحرارة ، أو من الممكن استخدام أقسام من الخلايا الضوئية في نفس الوقت في طاقة من نوع البرج مصنع.

تتطور الطاقة الشمسية بمعدل مرتفع ، ويفكر الناس أخيرًا بجدية في مصادر الطاقة البديلة من أجل منع أزمة الطاقة الوشيكة والكارثة البيئية. على الرغم من أن الرواد في مجال الطاقة الشمسية لا يزالون هم الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي ، إلا أن جميع القوى العالمية الأخرى بدأت تدريجياً في تبني واستخدام الخبرات والتقنيات لإنتاج واستخدام محطات الطاقة الشمسية. ليس هناك شك في أن الطاقة الشمسية ستصبح عاجلاً أم آجلاً المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض.

منذ العصور القديمة ، تحدث الناس عن الشمس على أنها عظيمة وعظيمة ، ورفعوها في دياناتهم إلى كائن حي. تم تعبد النجم ، وتم الثناء عليه ، وقاموا بقياس الوقت واعتبروه دائمًا المصدر الأساسي للبضائع الأرضية.

الحاجة للطاقة الشمسية

لقد مرت آلاف السنين. لقد دخلت الإنسانية حقبة جديدة من تطورها وتتمتع بثمار التطور التكنولوجي السريع. ومع ذلك ، حتى يومنا هذا ، فإن الشمس هي المصدر الطبيعي الرئيسي للحرارة ، وبالتالي الحياة.

كيف تستخدم البشرية الشمس في أنشطتها اليومية؟ دعنا نفكر في هذه المشكلة بمزيد من التفصيل.

"عمل" الشمس

يعتبر الجسم السماوي المصدر الوحيد للطاقة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي للنباتات. تغيب الشمس عن دورة المياه ، وبفضلها فقط توجد جميع أنواع الوقود الأحفوري المعروفة للبشرية على كوكبنا. ويستخدم الناس أيضًا قوة هذا النجم الساطع لتلبية احتياجاتهم من الطاقة الكهربائية والحرارية. بدون هذا ، ستكون الحياة على الكوكب ببساطة مستحيلة.

المصدر الرئيسي للطاقة

تحرص الطبيعة بحكمة على أن تتلقى البشرية عطاياها من الجسد السماوي. يتم توصيل الطاقة الشمسية إلى الأرض عن طريق إرسال موجات الإشعاع إلى سطح القارات والمياه. علاوة على ذلك ، من الطيف الكامل المرسل إلينا ، فقط:

1. الموجات فوق البنفسجية. وهي غير مرئية للعين البشرية وتشكل حوالي 2٪ من الطيف الكلي.

2. موجات الضوء. هذا ما يقرب من نصف طاقة الشمس التي تصل إلى سطح الأرض. بفضل موجات الضوء ، يرى الشخص كل ألوان العالم من حوله.

3. موجات الأشعة تحت الحمراء. تشكل ما يقرب من 49 ٪ من الطيف وتسخن سطح الماء والأرض. هذه الأمواج هي الأكثر طلبًا في استخدام الطاقة الشمسية على الأرض.

مبدأ تحويل موجة الأشعة تحت الحمراء

كيف تتم عملية استخدام طاقة الشمس على الأرض؟ مثل أي إجراء آخر مماثل ، يتم تنفيذه وفقًا لمبدأ التحويل المباشر. هذا يتطلب فقط سطح خاص. الحصول عليها ، يمر ضوء الشمس بعملية تحويل إلى طاقة. لتوليد الحرارة ، يجب أن يشارك المجمع في هذه الدائرة. تمتص موجات الأشعة تحت الحمراء. علاوة على ذلك ، في الجهاز الذي يستخدم طاقة الشمس ، توجد بالتأكيد أجهزة تخزين. لتسخين المنتج النهائي ، يتم ترتيب مبادلات حرارية خاصة.

الهدف الذي تسعى إليه الطاقة الشمسية هو الحصول على الحرارة والضوء الضروريين للإنسانية. تسمى الصناعة الجديدة أحيانًا الطاقة الشمسية. بعد كل شيء ، تُرجمت هيليوس من اليونانية على أنها الشمس.

عملية معقدة

نظريًا ، يمكن لكل منا حساب تركيب شمسي. بعد كل شيء ، من المعروف أنه بعد اجتياز الطريق من النجم الوحيد في نظامنا المجري إلى الأرض ، فإن تدفق أشعة الضوء سيجلب معه شحنة طاقة تساوي 1367 واط لكل متر مربع. هذا هو ما يسمى بالثابت الشمسي ، والذي يوجد عند مدخل طبقات الغلاف الجوي. هذا الخيار ممكن فقط في ظل ظروف مثالية ، وهي ببساطة غير موجودة في الطبيعة. بعد المرور عبر الغلاف الجوي ، ستجلب أشعة الشمس 1020 واط لكل متر مربع إلى خط الاستواء. ولكن نظرًا للتغيير في النهار والليل ، سنتمكن من الحصول على قيمة أقل بثلاث مرات. أما بالنسبة لخطوط العرض المعتدلة ، فهنا لا تتغير مدة ساعات النهار فحسب ، بل تتغير أيضًا الموسمية. وبالتالي ، فإن إنتاج الكهرباء في الأماكن البعيدة عن خط الاستواء ، أثناء الحساب ، سوف يحتاج إلى تقليله بمقدار النصف الآخر.

جغرافيا إشعاع الجسم السماوي

أين يمكن أن تعمل الطاقة الشمسية بكفاءة كافية؟ تلعب الظروف الطبيعية لتحديد موقع النبات دورًا مهمًا في هذه الصناعة المتنامية.
توزيع الإشعاع الشمسي على سطح الأرض غير متساوٍ. في بعض المناطق ، يكون شعاع الشمس ضيفًا نادرًا طال انتظاره ، وفي مناطق أخرى يكون قادرًا على إحباط جميع الكائنات الحية.

تعتمد كمية الإشعاع الشمسي التي تتلقاها منطقة معينة على خط العرض لموقعها. يتم تلقي أكبر جرعات من طاقة النجم الطبيعي من قبل الدول الواقعة بالقرب من خط الاستواء. لكن هذا ليس كل شيء. يعتمد مقدار التدفق الشمسي على عدد الأيام الصافية ، والتي تتغير مع الانتقال من منطقة مناخية إلى أخرى. يمكن للتيارات الهوائية والميزات الأخرى في المنطقة أن تزيد أو تقلل من درجة الإشعاع. فوائد الطاقة الشمسية هي الأكثر شيوعًا:

دول شمال شرق إفريقيا وبعض المناطق الجنوبية الغربية والوسطى من القارة ؛
- سكان شبه الجزيرة العربية.
- الساحل الشرقي لأفريقيا ؛
- شمال غرب أستراليا وبعض جزر إندونيسيا ؛
- الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية.

أما بالنسبة لروسيا ، كما تظهر القياسات على أراضيها ، فإن المناطق المتاخمة للصين وكذلك المناطق الشمالية تتمتع بأعلى جرعات من الإشعاع الشمسي. وأين في بلدنا أقل حرارة للشمس الأرض؟ هذه هي المنطقة الشمالية الغربية التي تضم سانت بطرسبرغ والمناطق المجاورة.

محطات توليد الكهرباء

من الصعب تخيل حياتنا دون استخدام طاقة الشمس على الأرض. كيف يمكنني تطبيقه؟ يمكنك استخدام أشعة الضوء لتوليد الكهرباء. يتزايد الطلب عليها كل عام ، وتتناقص احتياطيات الغاز والنفط والفحم بوتيرة سريعة. لهذا السبب بدأ الناس في العقود الأخيرة في بناء محطات طاقة شمسية. بعد كل شيء ، تسمح هذه التركيبات باستخدام مصادر الطاقة البديلة ، مما يوفر الموارد الطبيعية بشكل كبير.

تعمل محطات الطاقة الشمسية بفضل الخلايا الشمسية المدمجة في أسطحها. علاوة على ذلك ، في السنوات الأخيرة ، كان من الممكن زيادة كفاءة هذه الأنظمة بشكل كبير. بدأ إنتاج منشآت الطاقة الشمسية من أحدث المواد وباستخدام الحلول الهندسية الإبداعية. هذا زاد بشكل كبير من قوتهم.

وفقًا لبعض الباحثين ، في المستقبل القريب ، قد تتخلى البشرية عن الطرق التقليدية الحالية للحصول على الكهرباء. حاجات الناس ترضي الجسد السماوي بالكامل.

تأتي محطات الطاقة الشمسية بأحجام مختلفة. أصغرهم خاصة. لا يوجد سوى عدد قليل من الألواح الشمسية في هذه الأنظمة. تغطي التركيبات الأكبر والأكثر تعقيدًا مساحات تزيد عن عشرة كيلومترات مربعة.

تنقسم جميع محطات الطاقة الشمسية إلى ستة أنواع. بينهم:

برج؛
- تركيبات مع الخلايا الكهروضوئية ؛
- على شكل قرص
- قطع مكافئ
- الفراغ الشمسي
- مختلط.

أكثر أنواع محطات الطاقة شيوعًا هو البرج. هذا بناء طويل. ظاهريًا ، يشبه برجًا به خزان يقع عليه. الحاوية مملوءة بالماء ومطلية باللون الأسود. يوجد حول البرج مرايا تزيد مساحتها عن 8 متر مربع. هذا النظام بأكمله متصل بلوحة تحكم واحدة ، وبفضلها يمكن توجيه زاوية ميل المرايا بحيث تعكس ضوء الشمس باستمرار. تعمل الحزم الموجهة إلى الخزان على تسخين الماء. ينتج النظام البخار الذي يتم إرساله لتوليد الكهرباء.

عند تشغيل محطات توليد الطاقة من النوع الكهروضوئي ، يتم استخدام الألواح الشمسية. أصبحت هذه التركيبات شائعة بشكل خاص اليوم. بعد كل شيء ، يمكن تركيب الألواح الشمسية في كتل صغيرة ، مما يسمح باستخدامها ليس فقط للمؤسسات الصناعية ، ولكن أيضًا للمنازل الخاصة.

إذا رأيت عددًا من أطباق الأقمار الصناعية الضخمة ، والتي تم تركيب لوحات مرآة بداخلها ، فعليك أن تعلم أن هذه محطات طاقة مكافئة تعمل بالإشعاع الشمسي. يشبه مبدأ عملها نفس أنظمة البرج. يلتقطون شعاع الضوء ويسخنون جهاز الاستقبال بالسائل. علاوة على ذلك ، يتم توليد البخار ، والذي يستخدم في توليد الكهرباء.

تعمل محطات Poppet بنفس الطريقة التي تعمل بها تلك التي تنتمي إلى البرج ونوع القطع المكافئ. الاختلافات تكمن فقط في ميزات تصميم التثبيت. للوهلة الأولى ، تبدو كشجرة معدنية ضخمة ، أوراقها عبارة عن مرايا مستديرة مسطحة. تتركز الطاقة الشمسية فيها.

تُستخدم طريقة غير معتادة لتوليد الحرارة في محطة طاقة تعمل بالفراغ الشمسي. هيكلها قطعة أرض مغطاة بسقف دائري. في وسط هذا الهيكل ، يرتفع برج مجوف ، يتم تثبيت التوربينات في قاعدته. يحدث دوران شفرات محطة الطاقة هذه بسبب تدفق الهواء الذي يحدث عندما تختلف درجة الحرارة. يسمح السقف الزجاجي بدخول أشعة الشمس. يسخنون الأرض. ترتفع درجة حرارة الهواء الداخلي. الفرق بين قراءات أعمدة مقياس الحرارة بالداخل والخارج يخلق تيار هواء.

تستخدم الطاقة الشمسية أيضًا محطات توليد الطاقة من النوع المختلط. يمكننا التحدث عن مثل هذه الأنظمة ، على سبيل المثال ، عند استخدام خلايا ضوئية إضافية في الأبراج.

مزايا وعيوب الطاقة الشمسية

لكل فرع من فروع الاقتصاد الوطني جوانبه الإيجابية والسلبية. كما أنها متوفرة عند استخدام تدفقات الضوء. مزايا الطاقة الشمسية كالتالي:

الصداقة البيئية ، لأنها لا تلوث البيئة ؛
- توافر المكونات الرئيسية - الخلايا الضوئية ، التي لا تستخدم فقط للاستخدام الصناعي ، ولكن أيضًا لإنشاء محطات طاقة صغيرة شخصية ؛
- عدم استنفاد المصدر والاسترداد الذاتي ؛
- انخفاض التكلفة باستمرار.

من بين عيوب الطاقة الشمسية:

تأثير الوقت من اليوم والظروف الجوية على أداء محطات توليد الطاقة ؛
- الحاجة إلى تخزين الطاقة ؛
- انخفاض في الإنتاجية اعتمادًا على خط العرض الذي تقع فيه المنطقة ووفقًا للموسم ؛
- تسخين الهواء بشكل كبير ، والذي يحدث في محطة الطاقة نفسها ؛
- الحاجة إلى التنظيف الدوري من التلوث الذي يحتاجه نظام البطاريات الشمسية والذي يمثل إشكالية بسبب المساحات الشاسعة التي يتم تركيب الخلايا الضوئية عليها ؛
- التكلفة العالية نسبيًا للمعدات ، والتي ، على الرغم من تناقصها كل عام ، لا تزال غير متوفرة للمستهلكين.

آفاق التنمية

ما هي الاحتمالات الأخرى لاستخدام طاقة الشمس على الأرض؟ اليوم ، يتوقع مستقبل عظيم لهذا المجمع البديل.

إن آفاق الطاقة الشمسية مشرقة. في الواقع ، يجري العمل اليوم في هذا الاتجاه على نطاق هائل. في كل عام ، تظهر المزيد والمزيد من محطات الطاقة الشمسية في بلدان مختلفة من العالم ، وأبعادها ملفتة للنظر في حلولها التقنية وحجمها. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتوقف الخبراء في هذه الصناعة عن إجراء البحوث العلمية التي تهدف إلى مضاعفة كفاءة الخلايا الضوئية المستخدمة في مثل هذه المنشآت.

لقد أجرى العلماء حسابات مثيرة للاهتمام. إذا تم تركيب الخلايا الضوئية على أرض كوكب الأرض ، والتي ستكون موجودة على سبع مائة من أراضيها ، فعندئذٍ ، حتى لو كانت كفاءة هذه الخلايا تصل إلى 10٪ ، فإنها ستزود البشرية جمعاء بالحرارة والضوء اللذين تحتاجهما. وهذا ليس بعيد المنال. بعد كل شيء ، تتمتع الخلايا الضوئية المستخدمة اليوم بكفاءة تساوي 30٪. في الوقت نفسه ، يأمل العلماء في رفع هذه القيمة إلى 85٪.

يسير تطوير الطاقة الشمسية بمعدل مرتفع إلى حد ما. يشعر الناس بقلق بالغ إزاء استنفاد الموارد الطبيعية ويبحثون عن مصادر بديلة للحرارة والضوء. مثل هذا القرار سيساعد في منع حدوث أزمة طاقة حتمية للبشرية ، فضلاً عن كارثة بيئية وشيكة.

حياة الإنسان المعاصر ببساطة لا يمكن تصورها بدون طاقة. يبدو أن انقطاع التيار الكهربائي يمثل كارثة ، فلم يعد بإمكان الشخص تخيل الحياة بدون وسيلة نقل ، والطهي ، على سبيل المثال ، الطعام على النار ، وليس على موقد غاز أو كهربائي مناسب ، هو بالفعل هواية.

حتى الآن ، نستخدم الوقود الأحفوري (النفط والغاز والفحم) لتوليد الطاقة. لكن احتياطياتها على كوكبنا محدودة ، ولن يأتي اليوم أو غدًا عندما تنفد. ماذا أفعل؟ الإجابة موجودة بالفعل - للبحث عن مصادر أخرى للطاقة ، غير تقليدية ، بديلة ، لا ينضب العرض منها.

تشمل مصادر الطاقة البديلة هذه الشمس والرياح.

استخدامات الطاقة الشمسية

الشمس- أقوى مورد للطاقة. نحن نستخدم شيئًا ما بسبب خصائصنا الفسيولوجية. لكن ملايين ومليارات من الكيلوات تضيع وتختفي عند حلول الظلام. كل ثانية تعطي الشمس للأرض 80 ألف مليار كيلوواط. هذا يزيد عدة مرات عما تولده جميع محطات الطاقة في العالم.

فقط تخيل الفوائد التي سيجلبها استخدام الطاقة الشمسية للبشرية:

. ما لا نهاية في الوقت المناسب... يتوقع العلماء أن الشمس لن تغرب قبل عدة مليارات من السنين. وهذا يعني أنه سيكون هناك ما يكفي لقرننا ولأحفادنا البعيدين.

. جغرافية... لا توجد أماكن على كوكبنا لا تشرق فيها الشمس. في مكان ما أكثر إشراقًا ، وفي مكان ما أكثر قتامة ، لكن الشمس في كل مكان. هذا يعني أنه لن يكون من الضروري تغليف الأرض بشبكة لا نهاية لها من الأسلاك ، في محاولة لتوصيل الكهرباء إلى الزوايا النائية من الكوكب.

. كمية... هناك طاقة كافية من الشمس للجميع. حتى لو بدأ شخص ما في تخزين هذه الطاقة بشكل لا يقاس للاستخدام في المستقبل ، فلن يغير ذلك أي شيء. يكفي لشحن البطاريات وأخذ حمام شمسي على الشاطئ.

. فائدة اقتصادية... لن تحتاج بعد الآن إلى إنفاق الأموال على شراء الحطب والفحم والبنزين. سيكون ضوء الشمس المجاني مسؤولاً عن تشغيل إمدادات المياه والسيارة ومكيف الهواء والتلفزيون والثلاجة والكمبيوتر.

. صديق للبيئة... ستصبح إزالة الغابات بالكامل شيئًا من الماضي ، ولن تكون هناك حاجة لتسخين المواقد ، وبناء "تشرنوبيل" و "فوكوشيما" ، وحرق زيت الوقود والنفط. لماذا نبذل الكثير من الجهد في تدمير الطبيعة عندما يكون هناك مصدر رائع لا ينضب للطاقة في السماء - الشمس.

لحسن الحظ ، هذه ليست أحلام. يقدر العلماء أنه بحلول عام 2020 ، سيتم توفير 15٪ من الكهرباء في أوروبا عن طريق أشعة الشمس. وهذه ليست سوى البداية.

أين يتم استخدام الطاقة الشمسية

. الألواح الشمسية... البطاريات المثبتة على سطح المنزل لم تعد مفاجئة. عن طريق امتصاص طاقة الشمس ، يقومون بتحويلها إلى طاقة كهربائية. في كاليفورنيا ، على سبيل المثال ، يتطلب أي مشروع منزل جديد استخدام الألواح الشمسية. وفي هولندا ، يطلق على مدينة هيروغوفارد اسم "مدينة الشمس" ، لأن جميع المنازل هنا مجهزة بألواح شمسية.

. المواصلات.

الآن بالفعل ، تزود جميع سفن الفضاء أثناء الرحلة المستقلة بالكهرباء من طاقة الشمس.

مركبات تعمل بالطاقة الشمسية. تم تقديم النموذج الأول لهذه السيارة في عام 1955. وبالفعل في عام 2006 بدأت شركة Venturi الفرنسية الإنتاج المتسلسل للسيارات "الشمسية". لا تزال خصائصه متواضعة: 110 كيلومترات فقط من الجري المستقل وسرعة لا تتجاوز 120 كم / ساعة. لكن جميع قادة العالم تقريبًا في صناعة السيارات يطورون نسخهم الخاصة من السيارات الصديقة للبيئة.

. محطات الطاقة الشمسية.

. الأدوات... توجد بالفعل شواحن للعديد من الأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية.

أنواع الطاقة الشمسية (محطات الطاقة الشمسية)

حاليًا ، تم تطوير عدة أنواع من محطات الطاقة الشمسية (SPP):

. برج... مبدأ العملية بسيط. مرآة ضخمة (هيليوستات) تدور لتتبع الشمس وتوجه أشعة الشمس إلى بالوعة حرارة مملوءة بالماء. ثم يحدث كل شيء كما هو الحال في CHP التقليدي: يغلي الماء ويتحول إلى بخار. يدير البخار التوربينات التي تشغل المولد. هذا الأخير يولد الكهرباء.

. بوبيت... مبدأ العملية يشبه البرج. يكمن الاختلاف في التصميم نفسه. أولاً ، لا يتم استخدام مرآة واحدة ، ولكن يتم استخدام عدة مرايا مستديرة تشبه الألواح الضخمة. يتم تثبيت المرايا قطريًا حول جهاز الاستقبال.

يمكن أن يحتوي كل قرص SES على العديد من الوحدات النمطية المتشابهة في وقت واحد.

. الكهروضوئية(باستخدام بطاريات الصور).

. SES مع مكثف أسطواني مكافئ... مرآة ضخمة على شكل أسطوانة ، حيث يتم تثبيت أنبوب به سائل تبريد في بؤرة القطع المكافئ (غالبًا ما يتم استخدام الزيت). يسخن الزيت إلى درجة الحرارة المطلوبة ويعطي الماء حرارة.

. فراغ شمسي... المؤامرة مغطاة بسقف زجاجي. يسخن الهواء والتربة تحته أكثر. يقوم التوربين الخاص بتوجيه الهواء الدافئ إلى برج الاستقبال ، حيث يتم تثبيت مولد كهربائي بالقرب منه. يتم توليد الكهرباء من خلال الاختلافات في درجات الحرارة.

استخدام طاقة الرياح

نوع آخر من مصادر الطاقة البديلة والمتجددة هو الرياح. كلما كانت الرياح أقوى ، زادت الطاقة الحركية التي تولدها. ويمكن دائمًا تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية.

تم استخدام الطاقة الميكانيكية التي يتم الحصول عليها من الرياح لفترة طويلة. على سبيل المثال ، عند طحن الحبوب (طواحين الهواء الشهيرة) أو ضخ المياه.

تستخدم طاقة الرياح أيضًا:

في توربينات الرياح التي تولد الكهرباء. تقوم الشفرات بشحن البطارية ، والتي يتم من خلالها توفير التيار للمحولات. هنا ، يتم تحويل التيار المباشر إلى تيار متردد.

المواصلات. توجد بالفعل سيارة تعمل بطاقة الرياح. تسمح توربينات الرياح الخاصة (طائرة ورقية) للمركبة المائية بالتحرك أيضًا.

أنواع طاقة الرياح (محطات طاقة الرياح)

. ساكن الأرض- النوع الأكثر شيوعًا. يتم تثبيت مزارع الرياح هذه على التلال أو المرتفعات.

. البحرية... تم بناؤها في المياه الضحلة ، على مسافة كبيرة من الساحل. يتم توفير الكهرباء للأرض عبر الكابلات البحرية.

. ساحلي- مثبتة على مسافة ما من البحر أو المحيط. تستغل مزارع الرياح الساحلية قوة النسمات.

. يطفو على السطح... تم تركيب أول توربينات رياح عائمة في عام 2008 قبالة سواحل إيطاليا. يتم تركيب المولدات على منصات خاصة.

. مزارع الرياح الشاهقةتوضع على ارتفاع على وسائد خاصة مصنوعة من مواد غير قابلة للاشتعال ومليئة بالهيليوم. يتم توفير الكهرباء إلى الأرض بواسطة الحبال.

الآفاق والتنمية

وضعت الصين أخطر الخطط طويلة الأجل لاستخدام الطاقة الشمسية ، والتي تخطط بحلول عام 2020 لتصبح الشركة الرائدة عالميًا في هذا المجال. تعمل دول المجموعة الاقتصادية الأوروبية على تطوير مفهوم يسمح بتلقي ما يصل إلى 20٪ من الكهرباء من مصادر بديلة. تستشهد وزارة الطاقة الأمريكية برقم أقل - بحلول عام 2035 إلى 14٪. توجد محطة للطاقة الشمسية في روسيا. تم تثبيت واحدة من أقوى الأقوى في كيسلوفودسك.

فيما يتعلق باستخدام طاقة الرياح ، فإليك بعض الأرقام. أصدرت الرابطة الأوروبية لطاقة الرياح بيانات تظهر أن توربينات الرياح توفر الكهرباء للعديد من البلدان حول العالم. لذلك ، في الدنمارك ، يتم الحصول على 20٪ من الكهرباء المستهلكة من مثل هذه المنشآت ، في البرتغال وإسبانيا - 11٪ ، في أيرلندا - 9٪ ، في ألمانيا - 7٪.

حاليًا ، يتم إنشاء مزارع الرياح في أكثر من 50 دولة حول العالم ، وتتزايد قدرتها من عام إلى آخر.