Trăim în lumea viitorului, deși acest lucru nu se observă în toate regiunile. În orice caz, posibilitatea dezvoltării unor noi surse de energie se discută serios astăzi în cercurile progresiste. Una dintre cele mai promițătoare domenii este energia solară.

În prezent, aproximativ 1% din energia electrică de pe Pământ este obținută din procesarea radiației solare. Așadar, de ce încă nu am abandonat alte metode „dăunătoare” și vom refuza deloc? Vă sugerăm să citiți articolul nostru și să încercați să răspundeți singur la această întrebare.

Cum se transformă energia solară în electricitate

Să începem cu cel mai important - modul în care razele soarelui sunt procesate în energie electrică.

Procesul în sine este numit „Generația solară” . Cele mai eficiente modalități de a asigura acest lucru sunt următoarele:

• fotovoltaice;
• energie solara termica;
• centrale electrice cu baloane solare.

Să luăm în considerare fiecare dintre ele.

fotovoltaice

In acest caz, curentul electric apare datorita efect fotovoltaic. Principiul este acesta: lumina soarelui lovește o celulă foto, electronii absorb energia fotonilor (particule de lumină) și se pun în mișcare. Ca rezultat, obținem tensiune electrică.

Este acest proces care are loc în panourile solare, care se bazează pe elemente care transformă radiația solară în electricitate.

Însuși designul panourilor fotovoltaice este destul de flexibil și poate avea dimensiuni diferite. Prin urmare, sunt foarte practice de utilizat. În plus, panourile au proprietăți de înaltă performanță: sunt rezistente la precipitații și temperaturi extreme.

Și iată cum este configurat modul separat de panou solar:

Despre utilizarea panourilor solare ca încărcătoare, surse de energie pentru case particulare, pentru înnobilarea orașelor și în scopuri medicale puteți citi la.

Panouri solare moderne și centrale electrice

Exemplele recente includ panourile solare ale companiei SistineSolar. Ele pot fi de orice nuanță și textură, spre deosebire de panourile tradiționale albastru închis. Și asta înseamnă că pot „decora” acoperișul casei după bunul plac.

O altă soluție a fost propusă de dezvoltatorii Tesla. Au pus în vânzare nu doar panouri, ci și un material de acoperiș cu drepturi depline care procesează energia solară. conține module solare încorporate și poate avea, de asemenea, o mare varietate de modele. În același timp, materialul în sine este mult mai rezistent decât plăcile obișnuite pentru acoperiș; Solar Roof are chiar și o garanție nesfârșită.

Ca exemplu de centrală solară cu drepturi depline, putem cita o stație recent construită în Europa, cu panouri cu două fețe. Acestea din urmă colectează atât radiația solară directă, cât și cea reflectivă. Acest lucru vă permite să creșteți eficiența generării solare cu 30%. Această stație ar trebui să producă aproximativ 400 MWh pe an.

Interesul este, de asemenea cea mai mare centrală solară plutitoare din China. Capacitatea sa este de 40 MW. Astfel de soluții au 3 avantaje importante:

• nu este nevoie să se ocupe mari teritorii terestre, ceea ce este important pentru China;
• în rezervoare, evaporarea apei scade;
• fotocelulele în sine se încălzesc mai puțin și funcționează mai eficient.

Apropo, această centrală solară plutitoare a fost construită pe locul unei întreprinderi de exploatare a cărbunelui abandonată.

Tehnologia bazată pe efectul fotovoltaic este cea mai promițătoare astăzi, iar conform experților, panourile solare vor putea produce aproximativ 20% din cererea mondială de energie electrică în următorii 30-40 de ani.

energie solară termică

Aici abordarea este ușor diferită, pentru că. radiația solară este folosită pentru a încălzi un vas cu lichid. Acest lucru îl transformă în abur, care transformă o turbină, care are ca rezultat generarea de energie electrică.

Centralele termice funcționează pe același principiu, doar lichidul este încălzit prin arderea cărbunelui.

Cel mai evident exemplu de utilizare a acestei tehnologii este statia Ivanpa Solarîn deșertul Mojave. Este cea mai mare centrală solară solară termică din lume.

Funcționează din 2014 și nu folosește niciun combustibil pentru a produce energie electrică - doar energie solară ecologică.

Cazanul de apă este situat în turnuri, pe care le puteți vedea în centrul structurii. În jur este un câmp de oglinzi care direcționează razele soarelui spre vârful turnului. În același timp, computerul rotește constant aceste oglinzi în funcție de locația soarelui.

Lumina soarelui se concentrează asupra turnului

Sub influența energiei solare concentrate, apa din turn este încălzită și devine abur. Acest lucru creează presiune, iar aburul începe să rotească turbina, în urma căreia se eliberează electricitate. Puterea acestei stații este de 392 de megawați, ceea ce poate fi comparat cu media CHPP din Moscova.

Interesant este că astfel de stații pot funcționa pe timp de noapte. Acest lucru este posibil datorită plasării unei părți a aburului încălzit în depozit și utilizării lui treptate pentru a roti turbina.

Centrale electrice cu baloane solare

Această soluție originală, deși nu este utilizată pe scară largă, are totuși un loc.

Instalarea în sine constă din 4 părți principale:

• Un balon este situat pe cer, colectând radiația solară. Apa intră în minge, care se încălzește rapid, devenind abur.
• Conducta de abur - aburul sub presiune coboară prin ea către turbină, determinând-o să se rotească.
• Turbina - sub influența fluxului de abur, se rotește, generând energie electrică.
• Condensator și pompă - aburul care a trecut prin turbină se condensează în apă și se ridică în balon cu ajutorul unei pompe, unde este din nou încălzit la starea de vapori.

Care sunt avantajele energiei solare

• Soarele ne va oferi energia sa pentru încă câteva miliarde de ani. În același timp, oamenii nu au nevoie să cheltuiască bani și resurse pentru extragerea acestuia.
• Generarea energiei solare este un proces complet prietenos cu mediul, fără riscuri pentru natură.
• autonomie de proces. Colectarea luminii solare și generarea de energie electrică au loc cu o intervenție umană minimă. Singurul lucru de făcut este să păstrați suprafețele de lucru sau oglinzile curate.
• Panourile solare scoase din uz pot fi reciclate și refolosite în producție.

Probleme de dezvoltare a energiei solare

În ciuda implementării ideilor pentru a menține funcționarea centralelor solare pe timp de noapte, nimeni nu este imun de capriciile naturii. Cerul înnorat de câteva zile reduce semnificativ producția de energie electrică și, de fapt, populația și întreprinderile au nevoie de alimentarea sa neîntreruptă.

Construirea unei centrale solare nu este o plăcere ieftină. Acest lucru se datorează necesității de a utiliza elemente rare în designul lor. Nu toate țările sunt pregătite să-și cheltuiască bugetele pe centrale electrice mai puțin puternice atunci când există TPP-uri și centrale nucleare funcționale.

Pentru a găzdui astfel de instalații sunt necesare suprafețe mari, și în locurile în care radiația solară are un nivel suficient.

Cum se dezvoltă energia solară în Rusia

Din păcate, în țara noastră, cărbunele, gazul și petrolul încă ard la maxim și cu siguranță Rusia va fi printre ultimii care vor trece complet la energie alternativă.

Până în prezent generarea solară reprezintă doar 0,03% din bilanțul energetic al Federației Ruse. Spre comparație, în aceeași Germania, această cifră este mai mare de 20%. Antreprenorii privați nu sunt interesați să investească în energia solară din cauza rambursării îndelungate și a profitabilității nu atât de ridicate, deoarece gazul nostru este mult mai ieftin.

În regiunile dezvoltate economic Moscova și Leningrad, activitatea solară este la un nivel scăzut. Acolo construcția de centrale solare este pur și simplu nepractică. Dar regiunile sudice sunt destul de promițătoare.

Astăzi, problema consumului de energie este destul de acută - resursele planetei nu sunt nesfârșite, iar în timpul existenței sale, omenirea a devastat destul de mult ceea ce a fost dat de natură. În acest moment, cărbunele și petrolul sunt extrase activ, ale căror rezerve devin mai mici pe zi ce trece. a permis omenirii să facă un pas incredibil în viitor și să folosească energia atomică, aducând împreună cu acest avantaj un pericol uriaș pentru întregul mediu.

Problema de mediu nu este mai puțin acută - extracția activă a resurselor și utilizarea lor ulterioară afectează negativ starea planetei, schimbând nu numai natura solurilor, ci chiar și condițiile climatice.

De aceea, întotdeauna s-a acordat o atenție deosebită surselor naturale de energie, cum ar fi, de exemplu, apa sau vântul. În cele din urmă, după atâția ani de cercetare și dezvoltare activă, omenirea a „crescut” la utilizarea energiei solare pe Pământ. Despre el se va discuta mai departe.

Ce este atât de atractiv în asta

Înainte de a trece la exemple specifice, să aflăm de ce cercetătorii din întreaga lume sunt atât de interesați de acest tip de producție de energie. Principalul său atu poate fi numit inepuizabilitate. În ciuda numeroaselor ipoteze, probabilitatea ca o stea precum Soarele să se stingă în viitorul apropiat este extrem de mică. Aceasta înseamnă că omenirea are posibilitatea de a primi energie curată într-un mod complet natural.

Al doilea avantaj indubitabil al utilizării energiei solare pe Pământ este prietenosul cu mediul înconjurător al acestei opțiuni. Impactul asupra mediului în astfel de condiții va fi zero, ceea ce, la rândul său, oferă lumii întregi un viitor mult mai luminos decât cel care se deschide odată cu extracția constantă a resurselor subterane limitate.

În cele din urmă, o atenție deosebită trebuie acordată faptului că Soarele reprezintă cel mai mic pericol pentru omul însuși.

Cât de adevărat

Acum să trecem la subiect. Denumirea oarecum poetică „energie solară” ascunde de fapt conversia radiațiilor în electricitate folosind tehnologii special dezvoltate. Acest proces este asigurat de celulele fotovoltaice, pe care omenirea le folosește extrem de activ în propriile sale scopuri și cu destul de mult succes.

Radiatie solara

S-a întâmplat din punct de vedere istoric ca substantivul „radiație” să evoce la o persoană mai multe asocieri negative decât pozitive în legătură cu acele dezastre provocate de om la care lumea a reușit să supraviețuiască în timpul vieții sale. Cu toate acestea, tehnologia de utilizare a energiei Soarelui pe Pământ asigură lucrul cu aceasta.

De fapt, acest tip de radiație este radiație electromagnetică, al cărei interval este cuprins între 2,8 și 3,0 microni.

Spectrul solar folosit cu atât de succes de omenire constă de fapt din trei tipuri de unde: ultraviolete (aproximativ 2%), aproximativ 49% sunt unde luminoase și, în sfârșit, aceeași cantitate cade pe energia solară are un număr mic de alte componente, dar rolul lor este atât de nesemnificativ încât nu au un impact deosebit asupra vieții Pământului.

Cantitatea de energie solară care lovește pământul

Acum că a fost determinată compoziția spectrului folosit în folosul omenirii, trebuie remarcată încă o caracteristică importantă a acestei resurse. Utilizarea energiei solare pe Pământ pare foarte promițătoare și pentru că este disponibilă în cantități destul de mari la costuri de procesare aproape minime. Cantitatea totală de energie emisă de o stea este extrem de mare, dar aproximativ 47% ajunge la suprafața Pământului, ceea ce este egal cu șapte sute de cvadrilioane de kilowați-oră. Pentru comparație, observăm că doar un kilowatt-oră poate asigura o funcționare de zece ani a unui bec cu o putere de o sută de wați.

Puterea radiației solare și utilizarea energiei pe Pământ depind, desigur, de o serie de factori: condițiile climatice, unghiul de incidență al razelor la suprafață, anotimp și locația geografică.

Când și cât

Este ușor de ghicit că cantitatea zilnică de energie solară care cade pe suprafața Pământului se schimbă în mod constant, deoarece depinde direct de poziția planetei în raport cu Soarele și de mișcarea stelei în sine. Se știe de mult că la prânz radiația este maximă, în timp ce dimineața și seara numărul de raze care ajung la suprafață este mult mai mic.

Putem spune cu încredere că utilizarea energiei solare va fi cea mai productivă în regiuni cât mai apropiate de fâșia ecuatorială, deoarece aici diferența dintre cei mai înalți și cei mai mici indicatori este minimă, ceea ce indică cantitatea maximă de radiație care ajunge. suprafata planetei. De exemplu, în zonele deșertice din Africa, cantitatea anuală de radiații atinge o medie de 2200 de kilowați-oră, în timp ce în Canada sau, de exemplu, Europa Centrală, cifrele nu depășesc 1000 de kilowați-oră.

Energia solară în istorie

Dacă gândiți cât mai larg posibil, încercările de a „îmblânzi” marele luminator care ne încălzește planeta au început în vremuri străvechi, în timpul păgânismului, când fiecare element era întruchipat de o divinitate separată. Cu toate acestea, desigur, atunci utilizarea energiei solare era exclusă - magia domnea în lume.

Subiectul utilizării energiei Soarelui pe Pământ a început să fie ridicat în mod activ abia la sfârșitul secolului al XIV-lea - începutul secolului al XX-lea. O adevărată descoperire în știință a fost făcută în 1839 de Alexander Edmond Becquerel, care a reușit să devină descoperitorul efectului fotovoltaic. Studiul acestui subiect a crescut semnificativ, iar după 44 de ani, Charles Fritts a reușit să proiecteze primul modul din istorie, care se baza pe seleniu placat cu aur. O astfel de utilizare a energiei Soarelui pe Pământ a dat o cantitate mică de electricitate eliberată - cantitatea totală de generare a fost atunci nu mai mare de 1%. Cu toate acestea, pentru întreaga omenire, aceasta a fost o adevărată descoperire, deschizând noi orizonturi ale științei, la care nici măcar nu fusese visat înainte.

Albert Einstein însuși a adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea energiei solare. În lumea modernă, numele unui om de știință este mai des asociat cu celebra sa teorie a relativității, dar, de fapt, i s-a acordat Premiul Nobel tocmai pentru că a studiat

Până în ziua de azi, tehnologia de utilizare a energiei solare pe Pământ se confruntă fie cu creșteri rapide, fie căderi nu mai puțin rapide, dar această ramură a cunoașterii este actualizată în mod constant cu fapte noi și putem spera că în viitorul apropiat ușa către o cu totul nouă lumea se va deschide înaintea noastră.

Natura este împotriva noastră

Am vorbit deja despre avantajele utilizării energiei Soarelui pe Pământ. Acum să fim atenți la dezavantajele acestei metode, care, din păcate, nu sunt mai puține.

Datorită dependenței directe de locația geografică, condițiile climatice și mișcarea Soarelui, producerea energiei solare în cantități suficiente necesită costuri teritoriale uriașe. Concluzia este că, cu cât zona de consum și procesare a radiației solare este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de energie ecologică pe care o vom primi la ieșire. Amplasarea unor astfel de sisteme uriașe necesită o cantitate mare de spațiu liber, ceea ce provoacă anumite dificultăți.

O altă problemă privind utilizarea energiei Soarelui pe Pământ este în dependență directă de ora zilei, întrucât generarea pe timp de noapte va fi zero, iar dimineața și seara va fi extrem de nesemnificativă.

Un factor de risc suplimentar este vremea în sine - schimbările bruște ale condițiilor pot avea un impact extrem de negativ asupra funcționării acestui tip de sistem, deoarece provoacă dificultăți în depanarea puterii necesare. Într-un fel, situațiile cu o schimbare bruscă a cantității de consum și producție pot fi periculoase.

Curat dar scump

Utilizarea energiei solare pe Pământ este dificilă în acest moment din cauza costului ridicat al acesteia. Fotocelulele necesare pentru implementarea proceselor principale au un cost destul de ridicat. Bineînțeles, aspectele pozitive ale utilizării acestui tip de resursă îl fac să plătească, dar din punct de vedere economic, în acest moment nu este nevoie să vorbim despre rambursarea integrală a costurilor în numerar.

Cu toate acestea, după cum arată tendința, prețul celulelor solare scade treptat, astfel încât în ​​timp această problemă poate fi complet rezolvată.

Inconvenientul procesului

Utilizarea Soarelui ca sursă de energie este, de asemenea, dificilă, deoarece această metodă de procesare a resurselor este destul de laborioasă și incomodă. Consumul și procesarea radiațiilor depind direct de curățenia plăcilor, ceea ce este destul de problematic de asigurat. În plus, încălzirea elementelor are și un efect extrem de negativ asupra procesului, care poate fi prevenit doar prin utilizarea celor mai puternice sisteme de răcire, care necesită costuri suplimentare cu materiale, și considerabile.

În plus, plăcile folosite la colectoarele solare, după 30 de ani de muncă activă, treptat devin inutilizabile, iar costul celulelor fotovoltaice a fost menționat mai devreme.

problema de mediu

Mai devreme s-a spus că utilizarea acestui tip de resursă poate salva umanitatea de probleme destul de grave cu mediul în viitor. Sursa de resurse și produsul final sunt cu adevărat ecologice pe cât posibil.

Cu toate acestea, utilizarea energiei solare, principiul de funcționare a colectoarelor solare este utilizarea plăcilor speciale cu fotocelule, a căror fabricare necesită o mulțime de substanțe toxice: plumb, arsen sau potasiu. Folosirea lor în sine nu dăunează mediului, totuși, având în vedere perioada limitată de funcționare a acestora, în timp, eliminarea plăcilor poate deveni o problemă serioasă.

Pentru a limita impactul negativ asupra mediului, producătorii trec treptat la plăci cu peliculă subțire, care au un cost mai mic și un efect mai puțin dăunător asupra mediului.

Modalități de transformare a radiațiilor în energie

Filmele și cărțile despre viitorul omenirii ne oferă aproape întotdeauna aceeași imagine a acestui proces, care, de fapt, poate diferi semnificativ de realitate. Există mai multe moduri de a converti.

Cea mai comună poate fi numită implicarea descrisă anterior a fotocelulelor.

Ca alternativă, umanitatea folosește în mod activ energia termică solară, bazată pe încălzirea unor suprafețe speciale, care permite, cu direcția corectă a temperaturii obținute, încălzirea apei. Dacă simplificăm cât mai mult acest proces, acesta poate fi comparat cu rezervoarele care se folosesc pentru un duș de vară în casele din sectorul privat.

O altă modalitate de a folosi radiația pentru a genera energie este „vela solară”, care poate funcționa doar în acest tip de sistem transformă radiația în

Problema lipsei de generare pe timp de noapte este parțial rezolvată de centralele cu baloane solare, a căror funcționare continuă datorită acumulării de energie eliberată și a duratei procesului de răcire.

Noi și energia solară

Resursele energetice ale soarelui și vântului de pe Pământ sunt folosite destul de activ, deși adesea nu observăm acest lucru. Anterior, încălzirea populară a apei într-un duș în aer liber a fost deja menționată. De fapt, cel mai adesea energia solară este folosită în aceste scopuri. Există însă multe alte exemple: aproape în fiecare magazin de iluminat găsești becuri de stocare care pot funcționa fără curent electric chiar și noaptea datorită energiei acumulate în timpul zilei.

Instalațiile bazate pe fotocelule sunt utilizate activ în toate tipurile de stații de pompare și sisteme de ventilație.

Ieri astăzi Mâine

Una dintre cele mai importante resurse pentru umanitate este energia solară, iar perspectivele de utilizare a acesteia sunt extrem de mari. Această industrie este finanțată în mod activ, extinsă și îmbunătățită. Acum energia solară este cea mai dezvoltată în Statele Unite, unde unele regiuni o folosesc ca sursă alternativă de energie cu drepturi depline. De asemenea, centralele de acest tip funcționează în alte țări, în timp ce se îndreaptă de mult către acest tip de generare de energie electrică, care ar putea rezolva în curând problema poluării mediului.

energie solara- aceasta este lumina, căldura și viața de pe planeta noastră și, de asemenea, energia solară este principala sursă alternativă, care depășește întregul potențial energetic existent al Pământului cu câteva ordine de mărime și este capabilă să-și satisfacă pe deplin toate nevoile energetice.

Așa cum Soarele este o sursă nesfârșită de căldură și lumină (condiționat), la fel energia radiației solare a susținut viața pe Pământ de mai bine de un milion de ani. Soarele are capacitatea de a asigura toate procesele vitale datorită compoziției sale. În termeni procentuali, este format în principal din două elemente: hidrogen (73%) și heliu (25%). Puteți citi mai multe despre formarea și ciclul de viață al Soarelui, de exemplu, pe Wikipedia.

Reacțiile de fuziune care au loc în Soare ard hidrogenul, transformându-l în heliu. Energia colosală a razelor solare eliberată în timpul unor astfel de procese este radiată în spațiu. Apropo, oamenii de știință încearcă să repete aceste reacții pe pământ (reacție de fuziune termonucleară controlată, proiect internațional TOKAMAK).

Toate organismele care folosesc energia luminii solare își asigură procesele de viață cu ajutorul acestuia - lumina soarelui este necesară pentru etapa inițială a procesului de fotosinteză. Cu participarea sa, are loc sinteza unor substanțe precum oxigenul și hidrocarburile.

Cantitatea de hidrogen din soare scade treptat și, mai devreme sau mai târziu, va veni momentul în care rezerva sa în soare se va epuiza. Cu toate acestea, din cauza cantității mari de hidrogen, acest lucru nu se va întâmpla, cel puțin în următoarele 5 miliarde de ani.

În fiecare secundă în miezul Soarelui, aproximativ 4 milioane de tone de materie este transformată în energie radiantă, rezultând generarea de radiație solară și un flux de neutrini solari.

Principalul influx de energie solară care ajunge în atmosfera Pământului este în intervalul spectral 0,1-4 µm. În intervalul 0,3 1,5-2 microni, atmosfera Pământului este aproape transparentă la radiația solară. Undele ultraviolete (lungime de undă mai mică de 0,3 microni) sunt absorbite de stratul de ozon, care se află la altitudini de 20-60 km. Radiațiile X și radiațiile gamma aproape că nu ajung la suprafața Pământului.

Concentrația energiei solare este caracterizată de o valoare de 1367 W/m 2 , numită constantă solară. Este acest flux care trece printr-o zonă perpendiculară de 1 m 2, dacă este plasat la intrarea în stratul superior al atmosferei Pământului. Când acest flux atinge nivelul mării, pierderile de energie îl reduc la 1000 W/m 2 la ecuator. Dar schimbarea zilei și a nopții o reduce de încă 3 ori. Pentru latitudinile temperate, ținând cont de perioada de iarnă, este jumătate din indicatorul cantitativ al fluxului maxim la ecuator.

În medie în timp și pe suprafața Pământului, acest flux este de 341 W/m 2 . Bazat pe întreaga suprafață sau 1,74x10 17 W calculat pe întreaga suprafață a Pământului. Astfel, Pământul de la suprafață va primi 4,176x10 15 kWh de energie pe zi, cea mai mare parte din care se întoarce în spațiu sub formă de radiație.

Conform IEA pentru 2015, producția globală de energie a fost de 19.099 Mtep (echivalentul unei megatone de petrol). În ceea ce privește kilowați-ore obișnuite, această cifră va fi de 6,07x10 11 kWh pe zi.

Soarele oferă pământului de 8.000 de ori mai multă energie decât este necesar pentru întreaga omenire. Evident, perspectivele de utilizare a acestui tip de energie sunt foarte largi. Cu participarea sa, se dezvoltă energia eoliană (vântul apare din cauza diferențelor de temperatură), se folosesc convertoare fotovoltaice și se construiesc stații de stocare cu pompare. Există o utilizare pe scară largă a panourilor solare.

Potențialul de utilizare a energiei solare este foarte mare.

Avantajele și dezavantajele utilizării energiei solare

Beneficiile folosirii energiei solare a condus la faptul că astăzi vedem utilizarea sa în diverse tipuri de activitate umană.

Principalele avantaje sunt:

• Inepuizabilitatea energiei solare în următoarele 4 miliarde de ani;
• Disponibilitatea acestui tip de energie - cu aceasta, fermierii, proprietarii de case private și plante gigantice lucrează în siguranță și eficient astăzi;
• Energie generată gratuită și ecologică;
• Perspectiva dezvoltării acestei surse de energie, care devine din ce în ce mai relevantă din cauza creșterii prețurilor la alte tipuri de energie;
• pentru că numărul de echipamente puse anual în funcțiune și fiabilitatea acestuia este în creștere, costul kilowatt-oră generat de energie solară este în scădere.

Dezavantajele condiționate ale energiei solare includ:

• Principalul dezavantaj al energiei solare este dependența directă a cantității de lumină și căldură primită de influența unor factori precum vremea, perioada anului sau ziua. Consecința logică în acest caz este necesitatea de a stoca energie, ceea ce crește costul sistemului;
• Pentru producerea de elemente de echipamente în acest scop, se folosesc elemente rare și, prin urmare, costisitoare.

Perspective pentru dezvoltarea energiei solare

Astăzi, tehnologiile care folosesc energia luminii solare sunt din ce în ce mai folosite. Cele mai comune sunt panourile solare. Celulele fotovoltaice sunt instalate cu succes pe diverse tipuri de transport - de la vehicule electrice la avioane. Japonezii practică instalarea lor în trenuri.

Funcționând cu succes, una dintre centralele solare europene asigură toate nevoile Vaticanului. Cea mai mare fabrică din California, a cărei sursă este energia solară (fotografiile oferă o idee despre amploare), deja oferă statului munca non-stop.

Introducerea unor astfel de tehnologii se confruntă cu rezistența liderilor industriei de hidrocarburi - la urma urmei, sursele alternative din sectorul energetic ar putea să-și înlocuiască în curând reprezentanții din pozițiile de conducere.

Dacă vorbim de conversie directă, atunci cele mai comune dispozitive de conversie a energiei solare sunt conductele de căldură (colectori solari) și celulele solare fotovoltaice.

Economia unei instalații solare

Atunci când se analizează posibilitatea instalării unei centrale solare, accentul se pune mai degrabă pe aspectele de mediu decât pe cele economice. Sună așa:

1. Care este costul unei instalații solare?
2. Care este perioada sa de rambursare?
3. Va genera instalația suficientă energie electrică?

Este recomandabil să luați în considerare centralele electrice mici, cu o capacitate de până la 50 kW. Instalațiile de putere mai mare sunt utilizate în principal în instalațiile industriale.

Va genera o centrală solară de acasă suficientă energie electrică?

Pentru a răspunde la a treia întrebare, înainte de a începe proiectarea unei instalații solare, se determină profilul de consum de energie al casei. Se poate inregistra prin instalarea unui contor de energie electrica la instalatie cu functia de salvare a parametrilor curenti: tensiunea retelei, consumul de curent, consumul de curent, frecventa. După o lună, îți poți evalua profilul de consum cu valori medii, maxime și minime ale parametrilor.

Dacă un astfel de dispozitiv nu este disponibil, atunci profilul consumului de energie poate fi estimat astfel: va fi necesar să se înregistreze toate dispozitivele care pot fi utilizate în casă și să se simuleze opțiunile posibile pentru utilizarea lor zilnică. După aceea, înarmat cu un calculator, puteți calcula consumul zilnic de energie electrică și valorile puterii de vârf.

Regiunea în care se află clădirea joacă un rol semnificativ. Energia care ajunge la suprafața Pământului, în funcție de regiune, poate varia de la mai mult de 5 kWh/m 2 /zi la 1,5 kWh/m 2 /zi sau mai puțin.

Dacă consumul maxim are loc în timpul zilei, atunci pentru a asigura suficiența energiei electrice generate, este necesar să se împartă puterea maximă consumată la puterea unui panou solar. Tipul și caracteristicile panourilor sunt cunoscute din cataloagele producătorilor. Trebuie avut în vedere faptul că caracteristicile panourilor solare sunt date la iluminarea lor maximă - este necesară o modificare a coeficientului regional. Perioada de iarnă în care bateriile sunt acoperite cu zăpadă nu este luată în considerare.

Acest calcul nu ia în considerare următoarea caracteristică: În timpul zilei, instalarea va generează întotdeauna o cantitate în exces de energie, iar noaptea, din motive evidente, generația va fi 0.

Bateriile, pe de o parte, măresc costul total al sistemului, pe de altă parte, vă permit să reduceți numărul de panouri solare prin stocarea energiei în perioadele de consum redus de energie.

Pentru a calcula banca de baterii, trebuie să răspundeți la următoarele întrebări:

• Sistemul ar trebui să fie complet autonom?
• Dacă sistemul nu este autonom, atunci care este durata maximă posibilă a întreruperilor de alimentare cu energie.

Consumul maxim în kWh se înmulțește cu numărul de ore fără sursa principală (rețineți că la momentul opririi soarele poate să nu fie). Pe baza acestor date se poate calcula capacitatea bateriei. Descărcarea bateriei la 0 îi scurtează durata de viață, astfel încât coeficientul indicatorului de descărcare maximă este introdus în calcul, de exemplu, poate fi 50, 40 sau 30%. Cu cât rata maximă de descărcare este mai mică, cu atât vor fi necesare mai multe baterii.

Costul instalării generației solare

Componentele principale ale echipamentului sistemului sunt distribuite după cost în următorul procent (condițional):

• Invertor și sistem de control - 15-40%;
• Panouri solare și controlere MPPT - 20-40%;
• Banca AKB - 30%.

Costul panourilor solare și al bateriilor va fi identic pentru sistemele tuturor producătorilor, există diferențe semnificative doar în costul echipamentelor pentru un invertor cu sistem de control și controler MPPT.

Diferența de preț ajunge la peste 200%, în funcție de producător. Acest lucru se datorează nu numai „mărcii”, ci și capacităților sistemului, de exemplu, ușurința de gestionare, acces la distanță, încărcare maximă și rezistență la suprasarcini de 2x-3x, posibilitatea de oprire parțială a sarcinii etc.

Fiecare soluție tehnică finală va fi ușor diferită datorită faptului că toți oamenii folosesc aparate electrocasnice diferite în momente diferite ale zilei. Nu există o combinație ideală de echipamente, chiar și pentru o anumită putere.

Ca cost estimativ al unei instalații solare funcționale într-o casă de țară, ținând cont de rezervarea unei părți din putere, se poate concentra aproximativ pe cifrele de 700-1800 USD / kW, în funcție de producătorul echipamentului.

Perioada de rambursare a instalației de generare solară

Dacă proprietarii merg condiționat la dacha numai în weekend și, în același timp, nu există consumatori în casă care lucrează în fiecare zi, atunci, cel mai probabil, sistemul va plăti cel puțin 10-15 ani, la curentul electric tarifele.

Cu domiciliul permanent, perioada de rambursare se va reduce la 6-10 ani.

Partea pozitivă a monedei este că proprietarul unei astfel de case primește o sursă stabilă de electricitate și nu depinde de întreruperile liniei de alimentare sau căderile de curent. Toată lumea sta fără lumină, iar tu ești cu lumină, funcționează sistemele de securitate, nu este nevoie să deschizi manual garajul etc.

Se poate presupune că dezvoltarea transportului electric privat va reduce perioada de amortizare a instalațiilor solare pentru gospodării. Proprietarul unei astfel de mașini o va „alimenta” gratuit de pe propriul său acoperiș..

Perioada de rambursare depinde de gradul de utilizare a energiei electrice. Dacă clădirea folosește 100% din generație și este conectată la rețeaua centrală de alimentare cu energie, atunci, în general, nu este nevoie să instalați o bancă de baterii. Perioada de amortizare totală estimată pentru o astfel de instalație va fi de 3-5 ani și chiar mai puțin în regiunile calde.

Un beneficiu suplimentar se formează datorită faptului că în timpul zilei proprietarul NU PLATI la tariful zilnic și noaptea PLATĂ noaptea.

Astfel de facilități de amortizare rapidă pot fi orice industrii consumatoare de energie, cu un acoperiș plat gol, centre comerciale și de divertisment și sportive și parcări, complexe frigorifice etc.

În mod surprinzător, astfel de soluții, care pot reduce semnificativ costurile de operare, nu sunt încă folosite de proprietarii de proprietăți.

În viitorul previzibil, odată cu dezvoltarea energiei solare, un număr tot mai mare de proprietari de clădiri vor folosi energie curată în locul materiei prime de hidrocarburi.

Fără energie, viața pe planetă este imposibilă. Legea fizică a conservării energiei spune că energia nu poate apărea din nimic și nu dispare fără urmă. Poate fi obținut din resurse naturale, cum ar fi cărbunele, gazele naturale sau uraniul și transformat în forme utilizabile, cum ar fi căldura sau lumina. În lumea din jurul nostru putem găsi diverse forme de acumulare de energie, dar cea mai importantă pentru o persoană este energia pe care o oferă razele soarelui – energia solară.

energie solara se referă la sursele regenerabile de energie, adică este restaurată fără intervenția omului, în mod natural. Aceasta este una dintre sursele de energie prietenoase cu mediul care nu poluează mediul. Posibilitati de aplicare energie solara practic nelimitat, iar oamenii de știință din întreaga lume lucrează pentru a dezvolta sisteme care extind posibilitățile de utilizare energie solara.

Un metru pătrat de Soare emite 62.900 kW de energie. Aceasta corespunde aproximativ cu puterea a 1 milion de lămpi electrice. O astfel de cifră este impresionantă - Soarele oferă Pământului 80 de mii de miliarde de kW în fiecare secundă, adică de câteva ori mai mult decât toate centralele electrice din lume. Știința modernă se confruntă cu sarcina de a învăța cum să folosească energia Soarelui cel mai complet și eficient, ca fiind cea mai sigură. Oamenii de știință cred că utilizarea omniprezentă energie solara este viitorul omenirii.

Rezervele mondiale de zăcăminte deschise de cărbune și gaze, la astfel de rate de utilizare a acestora ca astăzi, ar trebui să fie epuizate în următorii 100 de ani. S-a calculat că în zăcămintele încă neexplorate, rezervele de minerale combustibile ar fi suficiente pentru 2-3 secole. Dar, în același timp, descendenții noștri ar fi lipsiți de acești purtători de energie, iar produsele arderii lor ar provoca pagube enorme mediului.

Energia atomică are un potențial uriaș. Totuși, accidentul de la Cernobîl din aprilie 1986 a arătat ce consecințe grave poate avea utilizarea energiei nucleare. Publicul din întreaga lume a recunoscut că utilizarea energiei atomice în scopuri pașnice este justificată din punct de vedere economic, dar cele mai stricte măsuri de siguranță trebuie respectate la utilizarea acesteia.

Prin urmare, cea mai curată și sigură sursă de energie este Soarele!

energie solara poate fi transformată în energie utilă prin utilizarea sistemelor de energie solară activă și pasivă.

Sisteme pasive de energie solară.

Cel mai primitiv mod de utilizare pasivă energie solara- Acesta este un recipient de apă de culoare închisă. culoare închisă, acumulându-se energie solara, îl transformă în căldură - apa se încălzește.

Cu toate acestea, există metode mai avansate de utilizare pasivă. energie solara. Au fost dezvoltate tehnologii de construcție care, la proiectarea clădirilor, ținând cont de condițiile climatice și de selectare a materialelor de construcție, profită la maximum de energie solara pentru încălzire sau răcire, iluminatul clădirii. Cu un astfel de design, structura clădirii în sine este un colector, acumulând energie solara.

Așadar, în anul 100 d.Hr., Pliniu cel Tânăr a construit o casă mică în nordul Italiei. Într-una din camere ferestrele sunt din mica. S-a dovedit că această cameră era mai caldă decât celelalte și avea nevoie de mai puține lemne de foc pentru a o încălzi. În acest caz, mica a acționat ca un izolator care reține căldura.

Proiectele moderne de clădiri iau în considerare amplasarea geografică a clădirilor. Astfel, în regiunile nordice sunt prevăzute un număr mare de ferestre orientate spre sud pentru a primi mai multă lumină solară și căldură și limitarea numărului de ferestre pe laturile de est și vest pentru a limita fluxul de lumină solară vara. În astfel de clădiri, orientarea și amplasarea ferestrelor, sarcina termică și izolarea termică sunt un singur sistem de proiectare în proiectare.

Astfel de clădiri sunt ecologice, independente energetic și confortabile. În camere este multă lumină naturală, o conexiune cu natura se simte mai pe deplin, iar electricitatea se economisește semnificativ. Căldura în astfel de clădiri este reținută datorită materialelor termoizolante alese ale pereților, tavanelor, podelelor. Aceste prime clădiri „solare” au câștigat o popularitate imensă în America după al Doilea Război Mondial. Ulterior, din cauza scăderii prețului petrolului, interesul pentru proiectarea unor astfel de clădiri a scăzut oarecum. Cu toate acestea, acum, din cauza crizei globale de mediu, s-a înregistrat o creștere a atenției acordate proiectelor de mediu cu sisteme de energie regenerabilă crescute din nou.

Sisteme active de energie solară

În centrul sistemelor de utilizare activă energie solara se folosesc colectoare solare. Colector, absorbant energie solara, îl transformă în căldură, care încălzește clădirile prin lichidul de răcire, încălzește apa, o poate transforma în energie electrică etc. Colectorii solari pot fi utilizați în toate procesele din industrie, agricultură, nevoi casnice, unde se folosește căldură.

Tipuri de colectori

colector solar de aer

Acesta este cel mai simplu tip de colectoare solare. Designul său este extrem de simplu și seamănă cu efectul unei sere obișnuite, care se află în orice zonă suburbană. Fă un mic experiment. Într-o zi însorită de iarnă, pune orice obiect pe pervaz astfel încât razele soarelui să cadă pe el și după un timp pune palma pe el. Veți simți că acest obiect a devenit cald. Și în afara ferestrei poate fi - 20! Pe acest principiu se bazează munca unui colector solar de aer.

Elementul principal al colectorului este o placă izolată termic din orice material care conduce bine căldura. Placa este vopsită în culoare închisă. Razele soarelui trec prin suprafața transparentă, încălzesc placa și apoi transferă căldură în cameră cu un flux de aer. Aerul trece prin convenție naturală sau prin intermediul unui ventilator, care îmbunătățește transferul de căldură.

Cu toate acestea, dezavantajul acestui sistem este că sunt necesare costuri suplimentare pentru funcționarea ventilatorului. Acești colectori funcționează în timpul zilei, astfel încât nu pot înlocui sursa principală de încălzire. Cu toate acestea, dacă montați colectorul în sursa principală de încălzire sau ventilație, eficiența acestuia crește disproporționat. Colectoarele solare de aer pot fi folosite și pentru desalinizarea apei de mare, ceea ce reduce costul acesteia la 40 de cenți de euro pe metru cub.

Colectoarele solare pot fi plane și în vid.

colector solar plat

Colectorul este format dintr-un element care absoarbe energia solară, o acoperire (sticlă cu conținut redus de metal), o conductă și un strat termoizolant. Un strat transparent protejează carcasa de condițiile climatice nefavorabile. În interiorul carcasei, panoul absorbantului (absorbantului) de energie solară este conectat la lichidul de răcire, care circulă prin conducte. Conducta poate fi fie sub formă de zăbrele, fie sub formă de serpentină. Lichidul de răcire se deplasează prin ele de la conductele de admisie la conductele de evacuare, încălzindu-se treptat. Panoul absorbant este realizat dintr-un metal care conduce bine căldura (aluminiu, cupru).

Colectorul captează căldura, transformând-o în energie termică. Astfel de colectoare pot fi montate în acoperiș sau plasate pe acoperișul clădirii, sau pot fi amplasate separat. Acest lucru va oferi designului site-ului un aspect modern.

Colector solar cu vid

Colectorele de vid pot fi folosite pe tot parcursul anului. Elementul principal al colectoarelor sunt tuburile vidate. Fiecare dintre ele este format din două tuburi de sticlă. Țevile sunt realizate din sticlă borosilicată, iar interiorul este acoperit cu un strat special care asigură absorbția căldurii cu reflexie minimă. Aerul este pompat din spațiul dintre tuburi. Un getter de bariu este folosit pentru a menține vidul. In stare buna, tubul de vid este de culoare argintie. Dacă pare alb, atunci vidul a dispărut și tubul trebuie înlocuit.

Colectorul de vid constă dintr-un set de tuburi de vid (10-30) și transferă căldura în rezervorul de stocare printr-un lichid antigel (purtător de căldură). Eficiența colectoarelor de vid este mare:

- pe vreme înnorată, pentru că tuburile cu vid pot absorbi energia razelor infraroșii care trec prin nori

- poate lucra la temperaturi sub zero.

Panouri solare.

O baterie solară este un set de module care primesc și transformă energia solară, inclusiv energia termică. Dar acest termen a fost atribuit în mod tradițional convertoarelor fitoelectrice. Prin urmare, atunci când spunem „baterie solară” ne referim la un dispozitiv fitoelectric care transformă energia solară în energie electrică.

Panourile solare sunt capabile să genereze energie electrică în mod continuu sau să o acumuleze pentru utilizare ulterioară. Pentru prima dată, bateriile fotovoltaice au fost folosite în sateliții spațiali.

Avantajul bateriilor solare este simplitatea maximă a designului, instalarea simplă, cerințele minime de întreținere și o durată lungă de viață. Instalarea nu necesită spațiu suplimentar. Singura condiție este să nu le umbriți mult timp și să îndepărtați praful de pe suprafața de lucru. Panourile solare moderne pot continua să funcționeze decenii! Este greu de găsit un sistem atât de sigur, eficient și cu o durată de acțiune atât de lungă! Ele produc energie pe tot parcursul zilei, chiar și în zilele înnorate.

Panourile solare au dezavantajele lor în aplicare:

- sensibilitate la poluare. (Dacă bateria este plasată la un unghi de 45 de grade, aceasta va fi curățată de ploaie sau zăpadă, astfel încât nu este necesară întreținere suplimentară)

- sensibilitate la temperaturi ridicate. (Da, atunci când este încălzit la 100 - 125 de grade, panoul solar se poate chiar opri și poate fi necesar un sistem de răcire. Sistemul de ventilație va consuma o mică parte din energia generată de baterie. Designurile moderne ale panourilor solare oferă un sistem pentru scurgerea aerului cald.)

- preț mare. (Ținând cont de durata lungă de viață a panourilor solare, nu numai că va plăti costurile de achiziție, ci va economisi bani pe consumul de energie electrică, va economisi tone de combustibili tradiționali, fiind în același timp ecologic)

Utilizarea sistemelor de energie solară în construcții.

În arhitectura modernă, se plănuiește din ce în ce mai mult să se construiască case cu surse de energie solară reîncărcabile încorporate. Panourile solare sunt instalate pe acoperișurile clădirilor sau pe suporturi speciale. Aceste clădiri folosesc o sursă de energie liniștită, fiabilă și sigură - Soarele. Energia solară este utilizată pentru iluminat, încălzirea spațiului, răcirea cu aer, ventilație și generarea de energie electrică.

Vă prezentăm câteva proiecte de arhitectură inovatoare folosind sisteme solare.

Fațada acestei clădiri este din sticlă, fier, aluminiu cu acumulatori de energie solară încorporați. Energia generată este suficientă nu numai pentru a asigura locuitorilor casei alimentare autonomă cu apă caldă și energie electrică, ci și pentru a ilumina strada timp de 2,5 km pe tot parcursul anului.

Această casă a fost proiectată de un grup de studenți americani. Proiectul a fost depus la concursul „Proiectare, construcție de case și exploatare panouri solare”. Condiții de concurență: să prezinte un proiect arhitectural al unei clădiri rezidențiale cu eficiența economică, economisirea energiei și atractivitatea acesteia. Autorii proiectului au demonstrat că proiectul lor este accesibil, atractiv pentru consumator, combină designul excelent și eficiența maximă. (tradus de pe www.solardecathlon.gov)

Utilizarea sistemelor de energie solară în lume.

Sisteme de utilizare energie solara perfect și prietenos cu mediul. Există o cerere uriașă pentru ele în întreaga lume. Peste tot în lume, oamenii încep să renunțe la utilizarea combustibililor tradiționali din cauza creșterii prețurilor la gaz și petrol. De exemplu, în Germania în 2004. 47% dintre case aveau colectoare solare pentru încălzirea apei.

În multe țări ale lumii, programe de stat pentru dezvoltarea utilizării energie solara. În Germania, acesta este programul 100.000 de acoperișuri solare, în Statele Unite, un program similar este Million Solar Roofs. În 1996 arhitecți din Germania, Austria, Marea Britanie, Grecia și alte țări au elaborat o Cartă europeană asupra energie solara in constructii si arhitectura. În Asia, China este lider, unde sistemele de colectoare solare sunt introduse în construcția clădirilor și se folosesc tehnologii moderne bazate pe tehnologii moderne. energie solaraîn industrie.

Un fapt care spune multe: una dintre condițiile pentru aderarea la Uniunea Europeană este creșterea ponderii surselor alternative în sistemul energetic al țării. În 2000 În lume funcționau 60 de milioane de kilometri pătrați de colectoare solare, până în 2010 suprafața creștea la 300 de milioane de kilometri pătrați.

Experții notează că piața sistemelor energie solara pe teritoriul Rusiei, Ucrainei și Belarusului este doar în curs de formare. Sistemele solare nu au fost niciodată produse la scară largă, deoarece materiile prime erau atât de ieftine încât echipamentele scumpe pentru sistemele solare nu erau solicitate... Producția de colectoare, în Rusia, de exemplu, a încetat aproape complet.

În legătură cu creșterea prețului purtătorilor de energie tradiționali, a avut loc o renaștere a interesului pentru utilizarea sistemelor solare. Într-o serie de regiuni ale acestor țări, care se confruntă cu o penurie de resurse energetice, se adoptă programe locale de utilizare a sistemelor solare, dar sistemele solare sunt practic necunoscute pieței de consum.

Principalul motiv pentru dezvoltarea lentă a pieței de vânzare și utilizare a sistemelor solare este, în primul rând, costul inițial ridicat al acestora, iar în al doilea rând, lipsa de informații despre posibilitățile sistemelor solare, tehnologii avansate de utilizare a acestora, despre dezvoltatori. și producătorii de sisteme solare. Toate acestea nu pot face posibilă evaluarea corectă a eficacității utilizării sistemelor care operează energie solara.

Trebuie avut în vedere faptul că colectorul solar nu este produsul final. Pentru a obține produsul final - căldură, electricitate, apă caldă - este necesar să se treacă de la proiectare, instalare până la punerea în funcțiune a sistemelor solare. Puțina experiență disponibilă cu utilizarea colectoarelor solare arată că această lucrare nu este mai dificilă decât instalarea încălzirii tradiționale, dar eficiența economică este mult mai mare.

În Belarus, Rusia, Ucraina, există multe companii implicate în proiectarea și instalarea echipamentelor de încălzire, dar astăzi transportatorii de energie tradiționali au prioritate. Dezvoltarea proceselor economice, experiență mondială în utilizarea sistemelor energie solara arată că viitorul aparține surselor alternative de energie. Pentru viitorul apropiat, se poate observa că sistemele solare reprezintă o poziție nouă, practic neocupată pe piața noastră.

Principiul conversiei energiei solare, aplicarea și perspectivele acesteia

Există mai puține surse tradiționale de energie în lume. Stocurile de petrol, gaze, cărbune sunt epuizate și totul se referă la faptul că mai devreme sau mai târziu se vor epuiza. Dacă până în acest moment nu se găsesc surse alternative de energie, atunci o catastrofă așteaptă omenirea. Prin urmare, în toate țările dezvoltate, cercetările sunt în desfășurare pentru a descoperi și dezvolta noi surse de energie. Prima este energia solară. Din cele mai vechi timpuri, această energie a fost folosită de oameni pentru a-și lumina casele, hrana uscată, hainele etc. Astăzi, energia solară este una dintre cele mai promițătoare surse de energie alternativă. În prezent, există deja destul de multe modele care vă permit să convertiți energia soarelui în energie electrică sau termică. Industria crește și se dezvoltă treptat, dar, ca peste tot, există probleme. Toate acestea vor fi discutate în acest articol.

Energia solară este una dintre cele mai accesibile surse regenerabile de pe Pământ. Utilizarea energiei solare în economia națională are un efect pozitiv asupra stării mediului, deoarece nu necesită forarea puțurilor sau dezvoltarea minelor pentru obținerea acesteia. În plus, acest tip de energie este gratuit și nu costă nimic. Desigur, costurile pentru achiziționarea și instalarea echipamentelor sunt necesare.

Problema este că soarele este o sursă intermitentă de energie. Deci, ceea ce este necesar este acumularea de energie și utilizarea acesteia împreună cu alte surse de energie. Principala problemă astăzi este că echipamentele moderne au o eficiență scăzută de conversie a energiei solare în energie electrică și termică. Prin urmare, toate dezvoltările au ca scop creșterea eficienței unor astfel de sisteme și reducerea costurilor acestora.

Apropo, o mulțime de resurse de pe planetă sunt derivate din energia solară. De exemplu, vântul, care este o altă sursă regenerabilă, nu ar sufla fără soare. Evaporarea apei și acumularea acesteia în râuri are loc și sub acțiunea soarelui. Și apa, după cum știți, este folosită de hidroenergie. Nici biocombustibilii nu ar exista fără soare. Prin urmare, pe lângă o sursă directă de energie, soarele afectează și alte zone de energie.

Soarele trimite radiații la suprafața planetei noastre. Din spectrul larg de radiații de la suprafața Pământului, 3 tipuri de unde ating:

• Ușoară. În spectrul de emisie, acestea sunt de aproximativ 49 la sută;
• infraroşu. Ponderea lor este, de asemenea, de 49 la sută. Datorită acestor valuri, planeta noastră se încălzește;
• Ultraviolet. În spectrul radiației solare, acestea sunt de aproximativ 2 la sută. Sunt invizibile pentru ochii noștri.

Excursie în istorie

Cum a evoluat energia solară până în zilele noastre? Omul s-a gândit încă din cele mai vechi timpuri la utilizarea soarelui în activitățile sale. Toată lumea cunoaște legenda conform căreia Arhimede a ars flota inamică în apropierea orașului său Siracuza. A folosit oglinzi incendiare pentru asta. Cu câteva mii de ani în urmă, în Orientul Mijlociu, palatele domnitorilor erau încălzite cu apă, care era încălzită de soare. În unele țări, evaporăm apa de mare la soare pentru a obține sare. Oamenii de știință au efectuat adesea experimente cu dispozitive de încălzire alimentate cu energie solară.

Primele modele de astfel de încălzitoare au fost produse în secolele XVII-XVII. În special, cercetătorul N. Saussure a prezentat versiunea sa a încălzitorului de apă. Este o cutie de lemn cu capac de sticla. Apa din acest dispozitiv a fost încălzită la 88 de grade Celsius. În 1774, A. Lavoisier folosea lentile pentru a concentra căldura de la soare. Si au aparut si lentile care permit local topirea fontei in cateva secunde.

Bateriile care convertesc energia soarelui în energie mecanică au fost create de oamenii de știință francezi. La sfârșitul secolului al XIX-lea, cercetătorul O. Musho a dezvoltat un izolator care focaliza fasciculele asupra unui cazan de abur folosind o lentilă. Acest cazan a fost folosit pentru a funcționa presa de tipar. În Statele Unite la acea vreme, era posibil să se creeze o unitate alimentată de soare cu o capacitate de 15 „cai”.

Multă vreme, izolatoarele au fost produse după o schemă care folosește energia soarelui pentru a transforma apa în abur. Și energia convertită a fost folosită pentru a lucra. Primul dispozitiv care convertește energia solară în energie electrică a fost creat în 1953 în Statele Unite. A devenit prototipul panourilor solare moderne. Efectul fotoelectric pe care se bazează munca lor a fost descoperit încă din anii 70 ai secolului al XIX-lea.

În anii treizeci ai secolului trecut, academicianul URSS A.F. Ioffe a propus utilizarea fotocelulelor semiconductoare pentru a converti energia solară. Eficiența bateriei la acel moment era mai mică de 1%. Au durat mulți ani până când celulele solare au fost dezvoltate cu o eficiență de 10-15 la sută. Atunci americanii au construit panouri solare de tip modern.

Pentru a obține mai multă putere din sistemele solare, eficiența scăzută este compensată de o suprafață crescută a fotocelulelor. Dar aceasta nu este o opțiune, deoarece semiconductorii de siliciu din celulele fotovoltaice sunt destul de scumpi. Odată cu creșterea eficienței, costul materialelor crește. Acesta este principalul obstacol în calea utilizării masive a panourilor solare. Dar pe măsură ce resursele se epuizează, utilizarea lor va deveni din ce în ce mai profitabilă. În plus, cercetările pentru creșterea eficienței celulelor solare nu se opresc.

Merită spus că bateriile pe bază de semiconductori sunt destul de durabile și nu necesită calificări pentru a le îngriji. Prin urmare, ele sunt cel mai des folosite în viața de zi cu zi. Există și centrale solare întregi. De regulă, acestea sunt create în țări cu un număr mare de zile însorite pe an. Acestea sunt Israel, Arabia Saudită, sudul SUA, India, Spania. Acum există proiecte absolut fantastice. De exemplu, centralele solare în afara atmosferei. Acolo lumina soarelui nu și-a pierdut încă energie. Adică, radiația este propusă a fi captată pe orbită și apoi convertită în microunde. Apoi, sub această formă, energia va fi trimisă pe Pământ.

Conversia energiei solare

În primul rând, merită spus despre cum poate fi exprimată și evaluată energia solară.

Cum poți estima cantitatea de energie solară?

Experții obișnuiesc să evalueze o astfel de valoare precum constanta solară. Este egal cu 1367 wați. Aceasta este cantitatea de energie solară pe metru pătrat al planetei. Aproximativ un sfert se pierde în atmosferă. Valoarea maximă la ecuator este de 1020 wați pe metru pătrat. Luând în considerare ziua și noaptea, modificările unghiului de incidență a razelor, această valoare ar trebui redusă de încă trei ori.

Versiunile despre sursele de energie solară erau foarte diferite. În acest moment, experții spun că energia este eliberată ca urmare a transformării a patru atomi de H2 într-un nucleu He. Procesul continuă cu eliberarea unei cantități semnificative de energie. Pentru comparație, imaginați-vă că energia de conversie a 1 gram de H2 este comparabilă cu cea eliberată la arderea a 15 tone de hidrocarburi.

Metode de conversie

Deoarece știința de astăzi nu are dispozitive care să funcționeze cu energia soarelui în forma sa pură, aceasta trebuie convertită la un alt tip. Pentru aceasta, au fost create dispozitive precum panouri solare și un colector. Bateriile transformă energia solară în energie electrică. Iar colectorul generează energie termică. Există și modele care combină aceste două tipuri. Se numesc hibrizi.

Principalele modalități de conversie a energiei solare sunt prezentate mai jos:

• fotoelectric;
• solar termic;
• aer cald;
• centrale electrice cu baloane solare.

Prima cale este cea mai comună. Folosește panouri fotovoltaice care generează energie electrică sub influența soarelui. În cele mai multe cazuri, acestea sunt fabricate din silicon. Grosimea unor astfel de panouri este de zecimi de milimetru. Astfel de panouri sunt combinate în module fotovoltaice (baterii) și instalate la soare. Cel mai adesea sunt așezate pe acoperișurile caselor. În principiu, nimic nu le împiedică să fie așezate pe pământ. Este necesar doar ca în jurul lor să nu existe obiecte mari, alte clădiri și copaci care pot arunca o umbră.

Pe lângă fotocelule, filmele subțiri sau sunt folosite pentru a genera energie electrică. Avantajul lor este o grosime mică, iar dezavantajul este o eficiență redusă. Astfel de modele sunt adesea folosite în încărcătoare portabile pentru diverse gadget-uri.

Metoda de conversie a aerului cald presupune obținerea energiei unui flux de aer. Acest flux este direcționat către turbogenerator. În centralele cu baloane, sub influența energiei solare, vaporii de apă sunt generați într-un balon. Suprafața balonului este acoperită cu un strat special care absoarbe razele soarelui. Astfel de centrale electrice pot funcționa pe vreme înnorată și pe timp de noapte datorită alimentării cu abur din balon.

Energia solară se bazează pe încălzirea suprafeței purtătorului de energie într-un colector special. De exemplu, ar putea fi încălzirea apei pentru un sistem de încălzire a casei. Nu numai apa, ci și aerul poate fi folosit ca purtător de căldură. Poate fi încălzit în colector și alimentat în sistemul de ventilație al casei.

Toate aceste sisteme sunt destul de scumpe, dar dezvoltarea și îmbunătățirea lor continuă treptat.

Avantajele și dezavantajele energiei solare

Avantaje

• Este gratuit. Unul dintre principalele avantaje ale energiei solare este că nu există nicio taxă pentru aceasta. Panourile solare sunt realizate din siliciu, care este destul de abundent;
• Nu există niciun efect secundar. Procesul de conversie a energiei are loc fără zgomot, emisii nocive și deșeuri, impact asupra mediului. Acest lucru nu se poate spune despre energia termică, hidro și nucleară. Toate sursele tradiționale dăunează sistemului de operare într-un fel sau altul;
• Siguranță și fiabilitate. Echipamentul este durabil (servește până la 30 de ani). După 20-25 de ani de utilizare, celulele solare eliberează până la 80% din valoarea lor nominală;
• Reciclare. Panourile solare sunt complet reciclabile și pot fi refolosite în producție;
• Ușurință de întreținere. Echipamentul este destul de simplu de implementat și de funcționat offline;
• Bine adaptat pentru utilizare în case private;
• Estetică. Poate fi instalat pe acoperișul sau fațada clădirii fără a compromite aspectul;
• Bine integrat ca sisteme auxiliare de alimentare cu energie.