استفاده از انرژی خورشیدی در زمین. چشم انداز استفاده از انرژی خورشیدی در زمین

2024 نویسنده: Henry Conors | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-12 06:36

امروزه مشکل مصرف انرژی کاملاً حاد است - منابع سیاره بی پایان نیستند و در طول وجود آن، بشریت تقریباً آنچه را که طبیعت داده بود ویران کرده است. در حال حاضر، زغال سنگ و نفت به طور فعال استخراج می شود که ذخایر آن هر روز کمتر می شود. قدرت فکر به بشر اجازه داد تا گامی باورنکردنی به سوی آینده بردارد و از انرژی اتمی استفاده کند و همراه با این نعمت خطر بزرگی را برای کل محیط زیست به همراه داشته باشد.

مسئله زیست محیطی کمتر حاد نیست - استخراج فعال منابع و استفاده بیشتر از آنها بر وضعیت کره زمین تأثیر منفی می گذارد و نه تنها ماهیت خاک، بلکه حتی شرایط آب و هوایی را تغییر می دهد.

به همین دلیل است که همیشه به منابع طبیعی انرژی مانند آب یا باد توجه ویژه ای شده است. سرانجام، پس از سال‌ها تحقیق و توسعه فعال، بشریت به سمت استفاده از انرژی خورشیدی روی زمین "بزرگ" شده است. در مورد او بیشتر بحث خواهیم کرد.

چه چیزی در این مورد جذاب است

قبل از رفتن به نمونه های خاص، بیایید دریابیم که چرا محققان در سراسر جهان تا این حد به این نوع تولید انرژی علاقه مند هستند.سرمایه اصلی آن را می توان پایان ناپذیری نامید. علیرغم فرضیه های متعدد، احتمال اینکه ستاره ای مانند خورشید در آینده نزدیک بیرون برود بسیار کم است. این بدان معناست که بشریت این فرصت را دارد که انرژی پاک را به روشی کاملاً طبیعی دریافت کند.

دومین مزیت بدون شک استفاده از انرژی خورشیدی در زمین، سازگاری با محیط زیست این گزینه است. در چنین شرایطی تأثیر بر محیط‌زیست صفر خواهد بود، که به نوبه خود آینده‌ای بسیار روشن‌تر از آنچه که با استخراج مداوم منابع زیرزمینی محدود می‌شود برای کل جهان فراهم می‌کند.

در نهایت باید به این نکته توجه ویژه داشت که استفاده از انرژی خورشیدی کمترین خطر را برای انسان دارد.

واقعا

حالا بریم سر اصل مطلب. نام تا حدودی شاعرانه "انرژی خورشیدی" در واقع تبدیل تشعشعات را به الکتریسیته با استفاده از فناوری های توسعه یافته خاص پنهان می کند. این فرآیند توسط سلول‌های فتوولتائیک ارائه می‌شود که بشریت به شدت از آنها برای اهداف خود استفاده می‌کند و کاملاً موفقیت آمیز است.

تابش خورشیدی

از نظر تاریخی اتفاق افتاده است که اسم "تابش" بیشتر تداعی های منفی را در ارتباط با آن بلایای انسان ساخته که جهان در طول عمر خود توانسته است از آن جان سالم به در ببرد، بر می انگیزد تا تداعی های مثبت. با این وجود، فناوری استفاده از انرژی خورشید روی زمین امکان کار با آن را فراهم می کند.

در اصل،این نوع تابش، تابش الکترومغناطیسی است که دامنه آن بین 2.8 تا 3.0 میکرون است.

طیف خورشیدی که بشر با موفقیت مورد استفاده قرار می دهد در واقع از سه نوع امواج تشکیل شده است: ماوراء بنفش (حدود 2٪)، حدود 49٪ امواج نور و در نهایت، همان مقدار در تابش مادون قرمز است. انرژی خورشیدی دارای تعداد کمی از اجزای دیگر است، اما نقش آنها به قدری ناچیز است که تأثیر خاصی بر حیات زمین ندارند.

میزان برخورد انرژی خورشیدی به زمین

اکنون که ترکیب طیف مورد استفاده به نفع بشر مشخص شده است، باید به یک ویژگی مهم دیگر این منبع اشاره کرد. استفاده از انرژی خورشیدی بر روی زمین بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد، همچنین به این دلیل که در مقادیر نسبتاً زیادی با تقریباً حداقل هزینه پردازش در دسترس است. مقدار کل انرژی ساطع شده از یک ستاره بسیار زیاد است، اما حدود 47 درصد به سطح زمین می رسد که برابر با هفتصد کوادریلیون کیلووات ساعت است. برای مقایسه، توجه می کنیم که تنها یک کیلووات ساعت می تواند کارکرد ده ساله یک لامپ با قدرت صد وات را فراهم کند.

قدرت تابش خورشید و استفاده از انرژی روی زمین البته به عوامل مختلفی بستگی دارد: شرایط آب و هوایی، زاویه تابش پرتوها به سطح، فصل و موقعیت جغرافیایی.

چه زمانی و چقدر

به راحتی می توان حدس زد که مقدار روزانه انرژی خورشیدی که روی سطح می افتدزمین به طور مداوم در حال تغییر است، زیرا مستقیماً به موقعیت سیاره در رابطه با خورشید و حرکت خود نور بستگی دارد. از قدیم معلوم شده است که در ظهر تابش حداکثر است، در حالی که در صبح و عصر تعداد پرتوهایی که به سطح می رسد بسیار کمتر است.

می توانیم با اطمینان بگوییم که استفاده از انرژی خورشیدی در مناطقی که تا حد ممکن نزدیک به نوار استوایی ممکن است بیشترین بهره وری را خواهد داشت، زیرا در آنجاست که تفاوت بین بالاترین و پایین ترین شاخص ها حداقل است، که نشان می دهد حداکثر مقدار تشعشعی که به سطح سیاره می رسد. به عنوان مثال، در مناطق بیابانی آفریقا، میزان تشعشعات سالانه به طور متوسط به 2200 کیلووات ساعت می رسد، در حالی که در کانادا یا، برای مثال، اروپای مرکزی، این ارقام از 1000 کیلووات ساعت تجاوز نمی کند.

انرژی خورشیدی در تاریخ

اگر تا حد امکان گسترده تر فکر کنید، تلاش برای "رام کردن" نور بزرگی که سیاره ما را گرم می کند، در دوران بت پرستی آغاز شد، زمانی که هر عنصر توسط خدایی جداگانه مجسم می شد. با این حال، البته، در آن زمان استفاده از انرژی خورشیدی منتفی بود - جادو در جهان حاکم شد.

موضوع استفاده از انرژی خورشید در زمین فقط در اواخر قرن چهاردهم - آغاز قرن بیستم به طور فعال مطرح شد. یک پیشرفت واقعی در علم در سال 1839 توسط الکساندر ادموند بکرل انجام شد که موفق شد کاشف اثر فتوولتائیک شود. مطالعه این موضوع به طور قابل توجهی افزایش یافته است و پس از 44 سال، چارلز فریتز توانست اولین مورد را طراحی کند.ماژول بر اساس سلنیوم با روکش طلا. این استفاده از انرژی خورشید روی زمین مقدار کمی الکتریسیته آزاد شد - مقدار کل تولید در آن زمان بیش از 1٪ نبود. با این وجود، برای تمام بشریت، این یک پیشرفت واقعی بود، که افق‌های جدیدی از علم را باز کرد، چیزی که قبلاً حتی در خواب هم دیده نمی‌شد.

خود آلبرت اینشتین سهم قابل توجهی در توسعه انرژی خورشیدی داشت. در دنیای مدرن، نام این دانشمند بیشتر با نظریه نسبیت معروف او مرتبط است، اما در واقع، جایزه نوبل را دقیقاً به دلیل مطالعه اثر فوتوالکتریک خارجی دریافت کرد.

تا به امروز، فناوری استفاده از انرژی خورشیدی در زمین یا با بالارفتن سریع و یا سقوط کمتر سریع روبرو می شود، با این حال، این شاخه از دانش به طور مداوم با حقایق جدید به روز می شود و می توان امیدوار بود که در آینده قابل پیش بینی ، دری به سوی دنیای کاملاً جدید به روی ما باز خواهد شد. صلح.

طبیعت علیه ماست

ما قبلاً در مورد مزایای استفاده از انرژی خورشید در زمین صحبت کرده ایم. حال به معایب این روش می پردازیم که متاسفانه کمتر از آنها نیست.

به دلیل وابستگی مستقیم به موقعیت جغرافیایی، شرایط اقلیمی و حرکت خورشید، تولید انرژی خورشیدی به مقدار کافی مستلزم هزینه های سرزمینی هنگفتی است. نتیجه این است که هر چه مساحت مصرف و پردازش تابش خورشیدی بیشتر باشد، میزان انرژی سازگار با محیط زیست در خروجی بیشتر خواهد بود. قرار دادن چنینسیستم‌های بزرگ به فضای خالی زیادی نیاز دارند که مشکلات خاصی را ایجاد می‌کند.

مشکل دیگر در مورد استفاده از انرژی خورشیدی در زمین در رابطه مستقیم با زمان روز است، زیرا این نسل در شب صفر و در صبح و عصر بسیار ناچیز خواهد بود.

یک عامل خطر اضافی خود آب و هوا است - تغییرات ناگهانی در شرایط می تواند تأثیر بسیار منفی بر عملکرد این نوع سیستم داشته باشد، زیرا آنها در اشکال زدایی توان مورد نیاز با مشکل مواجه می شوند. به یک معنا، شرایط با تغییر شدید در میزان مصرف و تولید می تواند خطرناک باشد.

تمیز اما گران قیمت

استفاده از انرژی خورشیدی در زمین به دلیل هزینه بالای آن در حال حاضر دشوار است. فتوسل های لازم برای اجرای فرآیندهای اصلی هزینه نسبتا بالایی دارند. البته جنبه های مثبت استفاده از این نوع منابع باعث ثمربخشی آن می شود، اما از نظر اقتصادی در حال حاضر نیازی به صحبت درباره بازپرداخت کامل هزینه های نقدی نیست.

اما همانطور که روند نشان می دهد، قیمت سلول های خورشیدی به تدریج در حال کاهش است، بنابراین به مرور زمان می توان این مشکل را به طور کامل حل کرد.

ناراحتی فرآیند

استفاده از خورشید به عنوان منبع انرژی نیز دشوار است زیرا این روش پردازش منابع نسبتاً پر زحمت و ناخوشایند است. مصرف و پردازش تابش مستقیماً به تمیزی صفحات بستگی دارد که اطمینان از آن کاملاً مشکل است. علاوه بر این، به شدتگرمایش المنت ها نیز بر روند تأثیر منفی می گذارد، که تنها با استفاده از قوی ترین سیستم های خنک کننده، که مستلزم هزینه های مواد اضافی و هزینه های قابل توجه است، قابل پیشگیری است.

علاوه بر این، صفحات مورد استفاده در کلکتورهای خورشیدی پس از 30 سال کار فعال، به تدریج غیر قابل استفاده می شوند و هزینه سلول های خورشیدی قبلاً ذکر شد.

مسئله زیست محیطی

پیشتر گفته شده بود که استفاده از این نوع منابع می تواند بشریت را از مشکلات کاملاً جدی با محیط زیست در آینده نجات دهد. منبع منابع و محصول نهایی واقعاً تا حد امکان سازگار با محیط زیست هستند.

با این وجود، استفاده از انرژی خورشیدی، اصل کار کلکتورهای خورشیدی استفاده از صفحات مخصوص با فتوسل است که برای ساخت آنها به مواد سمی زیادی نیاز است: سرب، آرسنیک یا پتاسیم. استفاده از آنها هیچ آسیبی به محیط زیست وارد نمی کند، با این حال، با توجه به طول عمر محدود آنها، با گذشت زمان، دفع صفحات می تواند به یک مشکل جدی تبدیل شود.

برای محدود کردن تأثیر منفی بر محیط زیست، تولیدکنندگان به تدریج به سمت ویفرهای لایه نازک می روند که هزینه کمتری دارند و اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند.

روشهای تبدیل تشعشع به انرژی

فیلم‌ها و کتاب‌های مربوط به آینده بشر تقریباً همیشه تصویر مشابهی از این روند به ما می‌دهند، که در واقع،ممکن است به طور قابل توجهی با واقعیت متفاوت باشد. چندین راه برای تبدیل وجود دارد.

رایج ترین استفاده از فتوسل ها است که قبلا توضیح داده شد.

به عنوان یک جایگزین، بشریت به طور فعال از انرژی حرارتی خورشیدی استفاده می کند، بر اساس گرم کردن سطوح ویژه، که اجازه می دهد آب را با جهت مناسب دمای به دست آمده گرم کند. اگر این فرآیند را تا حد امکان ساده کنید، می توان آن را با مخازنی که برای دوش گرفتن تابستانی در خانه های شخصی استفاده می شود مقایسه کرد.

راه دیگری برای استفاده از تشعشعات برای تولید انرژی "بادبان خورشیدی" است که فقط در خلاء می تواند کار کند. این نوع سیستم تابش را به انرژی جنبشی تبدیل می کند.

مشکل کمبود تولید در شب تا حدودی توسط نیروگاه های بالن خورشیدی حل می شود که به دلیل انباشت انرژی آزاد شده و مدت زمان فرآیند خنک سازی، فعالیت آنها ادامه دارد.

ما و انرژی خورشیدی

منابع انرژی خورشیدی و باد روی زمین کاملاً فعال استفاده می شود، اگرچه ما اغلب متوجه این موضوع نمی شویم. قبلاً به گرم کردن معمولی آب در دوش در فضای باز اشاره شده است. در واقع، اغلب از انرژی خورشیدی برای این اهداف استفاده می شود. با این حال، نمونه‌های بسیار دیگری وجود دارد: تقریباً در هر فروشگاه روشنایی می‌توانید لامپ‌های ذخیره‌سازی را پیدا کنید که به لطف انرژی انباشته شده در روز، حتی در شب هم بدون برق کار می‌کنند.

تاسیسات مبتنی بر فتوسل به طور فعال در انواع ایستگاه های پمپاژ و سیستم های تهویه استفاده می شود.

دیروز، امروز، فردا

یکی از مهم ترین منابع برای بشریت انرژی خورشیدی است و چشم انداز استفاده از آن بسیار زیاد است. این صنعت به طور فعال تامین مالی، گسترش و بهبود یافته است. اکنون انرژی خورشیدی در ایالات متحده توسعه یافته است، جایی که برخی از مناطق از آن به عنوان یک منبع انرژی جایگزین کامل استفاده می کنند. همچنین نیروگاه هایی از این نوع در صحرای موجاوه کار می کنند. کشورهای دیگر مدت‌هاست به سمت این نوع تولید برق رفته‌اند که ممکن است به زودی مشکل آلودگی محیط زیست را حل کند.