Употреба соларне енергије, соларна енергија - историја развоја, предности и мане

Мода за алтернативну енергију узима маха. Штавише, нагласак је на обновљивим изворима енергије — плима, ветар, сунчева енергија. Соларна енергија (или фотоволтаика) се сматра једним од најбрже растућих индустријских сектора. Често су врло оптимистичне изјаве попут чињенице да ће се сва енергија надолазећих времена, ни мање ни више, базирати на соларној енергији.

Строго говорећи, енергија звезде која се зове Сунце присутна је у „очуваном“ облику у свим врстама фосилних горива – угљу, нафти, гасу. Ова енергија почиње да се акумулира у фази раста биљака, које троше сунчеву светлост и топлоту, које се услед сложених биолошких процеса претварају у фосиле угљеника. Енергију воде, њену циркулацију подржава и Сунце.

Густина сунчеве енергије на горњој граници атмосфере је 1350 В/м2, назива се «соларна константа». Када сунчеви зраци пролазе кроз Земљину атмосферу, део зрачења се распршује.Али чак и на самој површини Земље, његова густина је довољна за могућу употребу, чак и по облачном времену.

Историја развоја

Фотонапонски ефекат (тј. појава стационарне струје у хомогеном материјалу са његовом хомогеном фотоексцитацијом) открио је 1839. године француски физичар Александар-Едмон Бекерел. Нешто касније, Енглез Вилоуби Смит и Немац Хајнрих-Рудолф Херц независно су открили фотопроводљивост селена и ултраљубичасту фотопроводљивост.

Године 1888. у Америци је патентиран први „уређај за опоравак сунчевог зрачења“. Прва достигнућа руских научника у области фотопроводљивости датирају из 1938. Тада је у лабораторији академика Абрама Јофеа први пут створен елемент за конверзију сунчеве енергије, који је планирано да се користи у соларној енергији.

Развоју земаљске соларне енергије претходио је велики рад научника (укључујући физичаре Лењинградско-Петербуршке научне школе Бориса Коломиетса и Јурија Маслаковца) у области соларних батерија за свемирске сврхе. Створили су у Лењинградском институту за физику и технологију фотоћелије од талијум сумпора, чија је ефикасност била једнака 1% - прави рекорд за то време.

Абрам Јоффе је такође постао аутор сада популарног инсталационог решења фотоћелије на крововима (иако идеја у почетку није била широко распрострањена само из разлога што нико у то време није имао недостатак фосилних горива). Данас земље попут Немачке, САД, Јапана, Израела све више постављају соларне панеле на кровове зграда, стварајући тако „енергетски ефикасне куће”.

Соларна енергија је почела да привлачи веће интересовање у другој половини 20. века.Захваљујући практичном развоју у овој области, створене су термоелектране у којима се расхладна течност загрева директним сунчевим зрачењем, а турбо-електрични генератор покреће пару која се ствара у котлу.

Са акумулацијом знања и напретком из теорије у праксу, поставља се питање исплативости соларне производње. У почетку, задаци соларне енергије нису ишли даље од снабдевања локалних објеката, на пример, тешко доступних или удаљених од централног електроенергетског система. Већ 1975. године укупна снага свих соларних инсталација на планети била је само 300 кВ, а цена вршног киловата снаге достигла је 20 хиљада долара.

Принцип рада соларних електрана:

Како се соларна енергија претвара у електричну

Уобичајени типови соларних панела

Али наравно, подизање соларне енергије са земље - чак и без разматрања економске компоненте - захтевало је знатно већу ефикасност. И успели су да то донекле постигну. Ефикасност савремених силицијумских полупроводничких генератора је већ 15-24% (види — Ефикасност соларних ћелија и модула), због чега (као и њихов пад цене) данас постоји стална тражња.

Производњом соларних панела овладале су велике светске компаније као што су Сиеменс, Киоцера, Соларек, БП Солар, Схелл и друге. Цена једног вата инсталиране електричне енергије полупроводничких соларних ћелија пала је на 2 долара.

Још у совјетско време процењивало се да је 4 хиљаде км2 соларних модула могло да покрије годишње потребе за електричном енергијом целог света. А ефикасност батерија у то време није прелазила 6%.

У прошлом веку успостављене су соларне електране (СПП) од 10 мегавата у САД, Француској, Шпанији, Италији и другим „соларним“ земљама. У СССР-у је прва експериментална соларна електрана снаге 5 МВ изграђена на Керчком полуострву, где је број сунчаних дана у години један од највећих у региону.

Неке од ових станица су и даље у функцији, многе су престале да функционишу, али се слободно може рећи да се у принципу не могу такмичити са савременим соларним фотонапонским системима.

Соларне електране:

Врсте соларних електрана

Плутајуће соларне електране

Соларни концентратори

професионалци

Предности соларне енергије су очигледне свима и не треба их детаљно објашњавати.

Прво, ресурси Сунца ће трајати дуго — научници процењују да је животни век звезде око 5 милијарди година.

Друго, коришћење соларне енергије не угрожава емисије гасова стаклене баште, глобално загревање и опште загађење животне средине, тј. не утиче на еколошку равнотежу планете.

Фотонапонско постројење капацитета 1 МВ годишње производи око 2 милиона кВ.Овим се спречавају емисије угљен-диоксида у поређењу са термоелектраном на сагоревање у следећим количинама: на гас око 11 хиљада тона, на нафтне деривате 1,1-1,5 хиљада тона, на угаљ 1,7-2,3 хиљаде тона...

Цонс

Уска грла соларне енергије укључују, прво, још увек недовољно високу ефикасност, и друго, недовољно ниске цене по киловат сату – нешто што поставља питања о широко распрострањеној употреби било ког обновљивог извора енергије.

Овоме се додаје и чињеница да се прилична количина сунчевог зрачења на површини земље неконтролисано распршује.

Безбедност животне средине је такође строго доведена у питање — уосталом, још увек није јасно шта да се ради са одлагањем искоришћених елемената.

Коначно, степен проучавања соларне енергије – шта год они рекли – још увек је далеко од савршеног.

Најслабија карика у соларној енергији је ниска ефикасност батерија; решење овог проблема је само питање времена.

Употреба

Да, добијање енергије од Сунца није најјефтинији пројекат. Али, прво, током протеклих тридесет година, један ват произведен помоћу фотоћелија постао је десет пута јефтинији. И друго, жеља европских земаља да смање зависност од традиционалних извора енергије игра улогу сунчеве енергије. Такође, не заборавите на Кјото протокол. Сада можемо рећи да се соларна енергија развија уједначеним темпом и са становишта науке и са становишта трговине.

Данас се соларна енергија најактивније користи у три сврхе:

• грејање и топла вода и климатизација;

• претварање у електричну енергију коришћењем соларних фотонапонских претварача;

• производња електричне енергије великих размера заснована на термичком циклусу.

Сунчева енергија не мора да се претвара у електричну, али је сасвим могуће користити као топлоту. На пример, за грејање и топлу воду стамбених и индустријских објеката.

Основа принципа рада дизајна соларних система грејања је загревање антифриза.Топлота се затим преноси у резервоаре за складиштење, који се обично налазе у подруму, и одатле се троши.

Један од највећих потенцијалних потрошача фотонапонске енергије је пољопривредни сектор, који може самостално да троши стотине мегавата вршне соларне енергије годишње. Овоме се може додати подршка за навигацију, напајање за телекомуникационе системе, системе за одмаралиште и здравствено-туристички бизнис, као и виле, соларна улична светла и друго.

Данас се озбиљно разматра могућност апсолутно фантастичних, лаички гледано, начина коришћења сунчеве енергије. На пример, пројекти за орбиту око соларних станица или, још фантастичније, соларне електране на Месецу.

И заиста има таквих пројеката. У свемиру је концентрација сунчеве енергије много већа у поређењу са нашом плавом планетом. Пренос енергије на Земљу је могућ коришћењем усмереног светла (ласер) или ултрависоке фреквенције (микроталасног) зрачења.

У наставку теме: Узгајајте соларну енергију у свету