Всеки ден количеството на световните запаси от въглища, нефт, газ, тоест всичко, което днес ни служи като източник на енергия, намалява. И в близко бъдеще човечеството ще стигне до точката, в която просто няма да останат изкопаеми горива. Затова всички страни активно търсят спасение от катастрофата, която бързо ни приближава. И първото средство за спасение, за което се сещаме, разбира се, е енергията на слънцето, която хората от незапомнени времена са използвали за сушене на дрехи, осветление на дома и готвене. Това породи една от областите на алтернативната енергия - слънчевата енергия.

Източникът на енергия за слънчевата енергия е енергията на слънчевата светлина, която се преобразува в топлина или електричество с помощта на специални структури. Според експертите само за една седмица земната повърхност получава количество енергия от слънцето, което надвишава енергията на световните запаси от всички видове горива. И въпреки че темповете на развитие на тази област на алтернативната енергия непрекъснато нарастват, слънчевата енергия все още има не само предимства, но и недостатъци.

Ако основните предимства включват достъпност и най-важното неизчерпаемостта на източника на енергия, тогава недостатъците включват:

• необходимостта от натрупване на енергия, получена от слънцето,
• значителна цена на използваното оборудване,
• зависимост от метеорологичните условия и времето на деня,
• повишаване на атмосферната температура над електроцентралите и др.

Числени характеристики на слънчевата радиация

Има такъв показател като слънчевата константа. Стойността му е 1367 W. Точно толкова е енергията на 1 кв.м. планетата Земя. Но поради атмосферата, около 20-25% по-малко енергия достига повърхността на земята. Следователно стойността на слънчевата енергия на квадратен метър, например, на екватора е 1020 W. И като се вземе предвид смяната на деня и нощта, промяната на ъгъла на слънцето над хоризонта, тази цифра намалява около 3 пъти.

Но откъде идва тази енергия? Учените за първи път започнаха да изучават този въпрос през 19 век и версиите бяха напълно различни. Днес, в резултат на огромен брой изследвания, е надеждно известно, че източникът на слънчева енергия е реакцията на превръщане на 4 водородни атома в хелиево ядро. В резултат на този процес се освобождава значително количество енергия. Например енергията, отделена при трансформацията на 1 g. водород е сравнима с енергията, отделена при изгарянето на 15 тона бензин.

Преобразуване на слънчева енергия

Вече знаем, че получената от слънцето енергия трябва да се преобразува в някаква друга форма. Необходимостта от това възниква поради факта, че човечеството все още не разполага с такива устройства, които биха могли да консумират слънчева енергия в чист вид. Поради това бяха разработени източници на енергия като слънчеви колектори и слънчеви панели. Ако първият се използва за генериране на топлинна енергия, то вторият произвежда директно електричество.

Има няколко начина за преобразуване на слънчева енергия:

• фотоволтаици;
• топлинна въздушна енергия;
• слънчева топлинна енергия;
• използване на слънчеви балонни електроцентрали.

Най-разпространеният метод е фотоволтаиците. Принципът на това преобразуване е използването на фотоволтаични слънчеви панели или както още ги наричат ​​слънчеви панели, чрез които слънчевата енергия се преобразува в електрическа. По правило такива панели са изработени от силиций, а дебелината на работната им повърхност е само няколко десети от милиметъра. Те могат да бъдат поставени навсякъде, има само едно условие - наличието на голямо количество слънчева светлина. Отлична възможност за монтаж на фото плаки върху покриви на жилищни и обществени сгради.

В допълнение към обсъдените по-горе фотографски плаки, тънкослойните панели се използват за преобразуване на енергията на слънчевата радиация. Те се отличават с още по-малката си дебелина, което им позволява да бъдат монтирани навсякъде, но съществен недостатък на такива панели е ниската им ефективност. Поради тази причина тяхното инсталиране ще бъде оправдано само за големи площи. Просто за забавление, тънкослойният панел може дори да се постави на кутия за лаптоп или на ръчна чанта.

При топлинната въздушна енергия слънчевата енергия се преобразува в енергията на въздушния поток, който след това се изпраща към турбогенератор. Но в случай на използване на слънчеви балонни електроцентрали, водната пара се генерира вътре в балона. Този ефект се постига чрез нагряване на повърхността на балона, върху която е нанесено селективно абсорбиращо покритие, от слънчева светлина. Основното предимство на този метод е достатъчното количество пара, което е достатъчно, за да продължи работата на електроцентралата при лошо време и през нощта.

Принципът на слънчевата енергия е да нагрява повърхност, която абсорбира слънчевите лъчи и ги фокусира за последващо използване на получената топлина. Най-простият пример е водата за отопление, която след това може да се използва за битови нужди, например да се подава към канализацията или батериите, като същевременно се пести газ или друго гориво. В индустриален мащаб енергията на слънчевата радиация, получена по този метод, се преобразува в електрическа енергия с помощта на топлинни двигатели. Изграждането на такива комбинирани електроцентрали може да продължи над 20 години, но темповете на развитие на слънчевата енергия не намаляват, а напротив, непрекъснато нарастват.

Къде може да се използва слънчевата енергия?

Слънчевата енергия може да се използва в напълно различни области - от химическата промишленост до автомобилната индустрия, от готвене до отопление на помещения. Например, използването на слънчеви панели в автомобилната индустрия датира от 1955 г. Тази година беше белязана от пускането на първата кола, работеща със слънчеви батерии. Днес BMW, Toyota и други големи компании произвеждат такива автомобили.

В ежедневието слънчевата енергия се използва за отопление на помещения, за осветление и дори за готвене. Например слънчеви пещи от фолио и картон, по инициатива на ООН, се използват активно от бежанци, които са били принудени да напуснат домовете си поради трудната политическа ситуация. По-сложните слънчеви пещи се използват за термична обработка и топене на метали. Една от най-големите такива пещи се намира в Узбекистан.

Най-интересните изобретения за използване на слънчева енергия включват:

• Защитен калъф за телефон с фотоклетка, който е и зарядно.
• Раница с прикрепен към нея соларен панел. Ще ви позволи да зареждате не само телефона, но и таблета и дори фотоапарата си, изобщо всякаква електроника, която има USB вход.
• Соларни Bluetooth слушалки.

И най-креативната идея са дрехите, изработени от специална тъкан. Сако, вратовръзка и дори бански костюм - всичко това може да стане не само елемент от гардероба ви, но и зарядно устройство.

Развитие на алтернативната енергия в страните от ОНД

Алтернативната енергия, включително слънчевата, се развива с висока скорост не само в САЩ, Европа или Индия, но и в страните от ОНД, включително Русия, Казахстан и особено Украйна. Например в Крим е построена най-голямата слънчева електроцентрала в бившия Съветски съюз - Перово. Строителството му е завършено през 2011 г. Тази електроцентрала стана третият иновативен проект на австрийската компания Activ Solar. Пиковата мощност на Перово е около 100 MW.

А през октомври същата година Activ Solar пусна друга слънчева електроцентрала - Охотниково, също в Крим. Мощността му беше 80 MW. Охотниково също получи статут на най-големия, но в Централна и Източна Европа. Можем да кажем, че алтернативната енергия в Украйна направи огромна крачка към безопасна и неизчерпаема енергия.

В Казахстан ситуацията изглежда малко по-различна. По принцип развитието на алтернативната енергия в тази страна се случва само на теория. Републиката има огромен потенциал, но той все още не е напълно реализиран. Разбира се, правителството се занимава с този въпрос и дори е разработен план за развитие на алтернативна енергия в Казахстан, но делът на енергията, получена от възобновяеми източници, по-специално от слънцето, ще бъде не повече от 1% в общия енергиен баланс на страната. До 2020 г. се предвижда да бъдат пуснати само 4 слънчеви електроцентрали, чиято обща мощност ще бъде 77 MW.

Алтернативната енергетика в Русия също се развива със значителни темпове. Но, както каза заместник-министърът на енергетиката, фокусът в тази област е основно върху регионите на Далечния изток. Например в Якутия общото производство на 4 слънчеви електроцентрали, работещи в най-отдалечените северни села, възлиза на повече от 50 хиляди kWh. Това позволи спестяване на повече от 14 тона скъпо дизелово гориво. Друг пример за използване на слънчева енергия е изграждащият се многофункционален авиационен комплекс в района на Липецк. Електричеството за работата му ще се генерира от първата слънчева електроцентрала, построена също в района на Липецк.

Всичко това ни позволява да направим следния извод: днес всички страни, дори и не най-развитите, се стремят да се доближат възможно най-близо до заветната цел: използването на алтернативни източници на енергия. В края на краищата потреблението на електроенергия нараства всеки ден, а количеството вредни емисии в околната среда се увеличава всеки ден. И мнозина вече разбират, че нашето бъдеще и бъдещето на нашата планета зависи само от нас.

Р. Абдулина

Украйна разчита на слънчевата енергия

Слънчевата радиация се абсорбира от земната повърхност, океаните (покриващи около 71% от повърхността на земното кълбо) и атмосферата. Поглъщането на слънчева енергия чрез атмосферна конвекция, изпарение и кондензация на водни пари задвижва водния цикъл и контролира ветровете. Погълнатите от океана и сушата слънчеви лъчи поддържат средната температура на земната повърхност, която сега е 14 °C. Чрез фотосинтезата на растенията слънчевата енергия може да се преобразува в химическа енергия, която се съхранява под формата на храна, дървесина и биомаса, която в крайна сметка се превръща в изкопаеми горива.

Видео по темата

Перспективи за използване

Слънчевата енергия е източник на вятър, вода, морска топлина, биомаса, а също и причина за образуването на торф, кафяви и каменни въглища, нефт и природен газ в продължение на хиляди години, но тази енергия е непряка и се натрупва в продължение на хиляди и милиони от години. Слънчевата енергия може да се използва и директно като източник на електричество и топлина. За целта е необходимо да се създадат устройства, които концентрират енергията на Слънцето на малки площи и в малки обеми.

Общото количество слънчева енергия, погълната от атмосферата, земната повърхност и океана, е приблизително 3 850 000 екзаджаула (EJ) годишно. За един час това осигурява повече енергия, отколкото целият свят е използвал през цялата 2002 година. Фотосинтезата отнема около 3000 EJ годишно за производството на биомаса. Количеството слънчева енергия, което достига повърхността на земята, е толкова голямо, че за една година приблизително ще удвои цялата енергия, която потенциално може да бъде генерирана от всички невъзобновяеми източници: въглища, нефт, уранови руди.

Количеството слънчева енергия, което човек може потенциално да използва, е различно от количеството енергия, което се намира близо до земната повърхност. Фактори като дневни и нощни цикли, облачност и налична земна повърхност намаляват количеството използваема енергия.

Географското местоположение влияе върху енергийния потенциал, тъй като районите, които са по-близо до екватора, получават повече слънчева радиация. Въпреки това използването на фотоволтаични устройства, които могат да променят ориентацията си в съответствие с позицията на Слънцето в небето, може значително да увеличи потенциала на слънчевата енергия в райони, отдалечени от екватора.

Наличието на земя значително влияе върху възможното производство на енергия, тъй като слънчеви панели могат да бъдат инсталирани само върху земя, която е подходяща за това и не се използва за други цели. Например подходящо място за монтаж на стоманени покривни панели.

Слънчевите системи се делят на активни и пасивни, в зависимост от начина на усвояване, обработка и разпределение на слънчевата енергия.

Активните соларни технологии използват фотоволтаици, концентрирана слънчева енергия (Английски), слънчеви колектори, помпи и вентилатори за преобразуване на слънчевата радиация в полезна произведена енергия. Пасивните соларни технологии включват използването на материали с благоприятни топлинни характеристики, проектиране на помещения с естествена циркулация на въздуха и благоприятно разположение на сградите спрямо позицията на Слънцето. Активните соларни технологии увеличават енергоснабдяването, докато пасивните слънчеви технологии намаляват необходимостта от допълнителни източници на енергия.

По това време работят нагревателни устройства, които акумулират енергията на Слънцето, както и прототипи на електрически двигатели и автомобили, които използват енергията на Слънцето.

Смята се, че до края на века слънчевата енергия ще представлява не повече от 1% от общото потребление на енергия. През 1870 г. в Чили е построена слънчева инсталация за обезсоляване на морска вода, която произвежда до 30 тона прясна вода на ден и работи повече от 40 години. Благодарение на използването на хетеропреходи ефективността на слънчевите клетки вече достига 25%. Установено е производството на слънчеви клетки под формата на дълги поликристални силициеви ленти, които имат ефективност над 10%.

Термална енергия

Технологиите, които използват топлинна енергия от слънцето, могат да се използват за отопление на вода, отопление на помещения, охлаждане на помещения и генериране на топлина за процеси.

Към 2007 г. общият инсталиран капацитет на слънчевите системи за отопление на вода е приблизително 154 GW топлинна енергия. Китай е световен лидер в тази област, като е инсталирал 70 GW топлинна енергия към 2006 г. и планира да достигне 210 GW топлинна енергия до 2020 г. Израел и Кипър са водещи в света по използване на слънчеви системи за отопление на вода на глава от населението, като 90% от домакинствата са ги инсталирали. В САЩ, Канада и Австралия слънчевите бойлери се използват предимно за отопление на плувни басейни с инсталирана топлинна мощност от около 18 GW към 2005 г.

Отопление, охлаждане и вентилация

готвене

Слънчевите пещи използват слънчева светлина за готвене, сушене и пастьоризация. Те могат да се разделят на три широки категории: кутийни печки, панелни печки и рефлекторни печки. Най-простата слънчева фурна е boxchast, която е построена за първи път от Хорас Бенедикт дьо Сосюр през 1767 г. Обикновената фурна в кутия се състои от изолиран контейнер с прозрачен капак. Може да се използва ефективно при частично облачно небе и обикновено достига температури от 90-150°C. Панелната фурна използва отразяващ панел, за да насочи слънчевите лъчи към изолиран контейнер и да постигне температури, сравними с кутийната фурна. Отражателните фурни използват различни геометрии на рефлектора (чиния, корито, френелови огледала), за да фокусират лъчите върху контейнера. Тези фурни достигат температури от 315°C, но изискват директен лъч и трябва да се преместват при промяна на позицията на слънцето.

Процесна топлина

Пречистване на водата

Слънчевото обезсоляване може да се използва за превръщане на солена или солена вода в питейна вода. Първият пример за такава трансформация е записан от арабски алхимици от 16 век. Първият мащабен проект за слънчево обезсоляване е изграден през 1872 г. в чилийския миньорски град Лас Салинас. Инсталацията, която имаше слънчеви колектори от 4700 m2, можеше да произвежда до 22 700 литра питейна вода и работи 40 години. Индивидуалните дизайни на дестилатори включват единичен наклон, двоен наклон (оранжерия или тип), вертикален, конусен, обърнат абсорбатор, многофитилен и множествен ефект. . Тези инсталации за обезсоляване могат да работят в пасивен, активен и хибриден режим. Устройствата Kazan с двоен наклон са най-рентабилни за нуждите на децентрализираното домакинство, докато уредите с активен многофункционален ефект са по-подходящи за мащабни проекти.

Слънчевата енергия може да се използва при умерени нива за пречистване на отпадъчни води без използването на химикали или електричество. Друга полза за околната среда е, че водораслите живеят в такива езера и консумират въглероден диоксид чрез фотосинтеза, въпреки че могат да произвеждат токсични вещества, които правят водата негодна за консумация.

Производство на електроенергия

Слънчевата енергия работи чрез преобразуване на слънчевата светлина в електричество. Това може да се случи или директно, използвайки фотоволтаици, или индиректно, използвайки системи за концентрирана слънчева енергия (Английски), при който лещи и огледала събират слънчева светлина от голяма площ в тънък лъч, а проследяващ механизъм проследява позицията на Слънцето. Фотоволтаиците преобразуват светлината в електрически ток, използвайки фотоелектрическия ефект.

Предвижда се слънчевата енергия да стане най-големият източник на електроенергия до 2050 г., като фотоволтаиците и концентрираната слънчева енергия представляват съответно 16 и 11% от световното производство на електроенергия.

Търговските концентрирани слънчеви електроцентрали се появяват за първи път през 80-те години. След 1985 г. инсталация на този тип SEGS (Английски)в пустинята Мохаве (Калифорния) 354 MW стана най-голямата слънчева електроцентрала в света. Сред другите слънчеви централи от този тип е SES Solnova (Английски)(150 MW) и SES Andasol (Английски)(100 MW), и двете в Испания. Сред най-големите фотоволтаични централи (Английски): слънчев проект Agua Caliente (250 MW) в САЩ и соларен парк Charanka (221 MW) в Индия. Проекти, по-големи от 1 GW, са в етап на разработка, но повечето фотоволтаични инсталации, до 5 kW, са малки по размер и разположени на покриви Към 2013 г. слънчевата енергия представлява по-малко от 1% от електроенергията в световната мрежа.

Архитектура и градоустройство

Наличието на слънчева светлина е повлияло на дизайна на сградите от самото начало на архитектурната история. Усъвършенстваната соларна архитектура и техники за градско планиране са били пионери от древните гърци и китайци, които ориентирали домовете си на юг, за да осигурят светлина и топлина.

Земеделие и растениевъдство

Вижте също

Бележки

1. Смил (1991), стр. 240
2. Радиационен и светлинен режим
3. Естествено форсиране на климатичната система. Междуправителствена група по изменение на климата. Посетен на 29 септември 2007.
4. Съмървил, Ричард.Исторически преглед на науката за изменението на климата (PDF). Междуправителствена група по изменение на климата. Посетен на 29 септември 2007.
5. Вермас, Вим.Въведение във фотосинтезата и нейните приложения. Държавен университет в Аризона. Посетен на 29 септември 2007.
6. Смил (2006), стр. 12
7. http://www.nature.com/nature/journal/v443/n7107/full/443019a.html
8. Захранване на планетата: Химически предизвикателства при използването на слънчевата енергия (PDF). Посетен на 7 август 2008.
9. Преобразуване на енергия от фотосинтетични организми. Организацията по прехрана и земеделие към Обединените нации. Посетен на 25 май 2008.
10. Ексергетични диаграми - GCEP. stanford.edu.
11. Арчър, Кристина.Оценка на глобалната вятърна енергия. Станфорд. Посетен на 3 юни 2008.
12. . Лаборатория за възобновяема и подходяща енергия. Посетен на 6 декември 2012.
13. Общо потребление на първична енергия. Администрация за енергийна информация. Посетен на 30 юни 2013.
14. Общо нетно потребление на електроенергия. Администрация за енергийна информация. Посетен на 30 юни 2013.
15. Енергията и предизвикателството на устойчивостта (PDF). Програмата за развитие на ООН и Световният енергиен съвет(септември 2000 г.). Посетен на 17 януари 2017.

Слънчевата енергия дава живот на целия живот на Земята. Под негово влияние водата се изпарява от моретата и океаните, превръщайки се във водни капки, образувайки мъгли и облаци. В резултат на това тази влага пада обратно на Земята, създавайки постоянен цикъл. Затова постоянно наблюдаваме сняг, дъжд, скреж или роса. Огромната отоплителна система, създадена от слънцето, позволява най-оптималното разпределение на топлината върху повърхността на Земята. За правилното разбиране и използване на тези процеси е необходимо да си представим източника на слънчевата енергия и какво определя нейното влияние върху нашата планета.

Видове слънчева енергия

Основният вид енергия, отделяна от Слънцето, с право се счита за лъчиста енергия, която има пряко въздействие върху всички най-важни процеси, протичащи на Земята. Ако сравним други земни източници на енергия с него, техните запаси са безкрайно малки и не ни позволяват да решим всички проблеми.

От всички звезди Слънцето е най-близо до Земята. По своята структура това е газова топка, многократно по-голяма от диаметъра и обема на нашата планета. Тъй като размерите на газовата топка са доста произволни, видимият от Земята слънчев диск се счита за нейни граници.

Източник и физични свойства на слънчевата енергия

Всички процеси, протичащи на Слънцето, могат да се наблюдават само на повърхността му. Основните реакции обаче протичат във вътрешността му. По същество това е гигантска атомна електроцентрала с налягане от приблизително 100 милиарда атмосфери. Тук, в условията на сложни ядрени реакции, водородът се превръща в хелий. Именно тези реакции формират основния източник на енергия от слънцето. Вътрешната температура е средно около 16 милиона градуса.

Газът, който бушува вътре в Слънцето, има не само свръхвисока температура, но е и изключително тежък, с плътност, многократно по-голяма от средната слънчева плътност. В същото време се появяват рентгенови лъчи, които с приближаването си до Земята увеличават дължината на вълната си и намаляват честотата на трептене. Така те постепенно стават видими и ултравиолетова светлина.

Докато се отдалечавате от центъра, природата на лъчистата енергия се променя, засягайки температурата. Има постепенно намаляване, първо до 150 хиляди градуса. От Земята ясно се вижда само външната обвивка на слънцето, така наречената фотосфера. Дебелината му е приблизително 300 км, а температурата на горния слой пада до 5700 градуса.

Над фотосферата е слънчевата атмосфера, която се състои от две части. Долният слой се нарича хромосфера, а горният слой, който няма граници, е слънчевата корона. Тук газовете се нагряват до няколко милиона градуса под въздействието на ударни вълни с чудовищна сила.

През последните години учените са особено заинтересовани от алтернативните източници на енергия. Нефтът и газът рано или късно ще свършат, така че трябва да мислим как ще оцелеем в тази ситуация сега. В Европа вятърните турбини се използват активно, някой се опитва да извлича енергия от океана и ще говорим за слънчева енергия. В крайна сметка звездата, която виждаме в небето почти всеки ден, може да ни помогне да спасим и подобрим екологичната ситуация. Значението на слънцето за Земята е трудно да се надценява - то осигурява топлина, светлина и позволява на целия живот на планетата да функционира. Така че защо да не намерим друго приложение за него?

Малко история

В средата на 19 век физикът Александър Едмон Бекерел открива фотоволтаичния ефект. И в края на века Чарлз Фритс създава първото устройство, способно да преобразува слънчевата енергия в електричество. За целта е използван селен, покрит с тънък слой злато. Ефектът беше слаб, но именно това изобретение често се свързва с началото на ерата на слънчевата енергия. Някои учени не са съгласни с тази формулировка. Наричат ​​световноизвестния учен Алберт Айнщайн основател на ерата на слънчевата енергия. През 1921 г. получава Нобелова награда за обяснението на законите на външния фотоелектричен ефект.

Изглежда, че слънчевата енергия е обещаващ път за развитие. Но има много пречки за навлизането му във всеки дом – основно икономически и екологични. По-долу ще разберем каква е цената на слънчевите панели, каква вреда могат да причинят на околната среда и какви други методи за генериране на енергия съществуват.

Методи за спестяване

Най-неотложната задача, свързана с опитомяването на слънчевата енергия, е не само нейното получаване, но и нейното натрупване. И точно това е най-трудното. В момента учените са разработили само 3 метода за пълно опитомяване на слънчевата енергия.

Първият се основава на използването на параболично огледало и е малко като игра с лупа, която е позната на всички от детството. Светлината преминава през лещата, събирайки се в една точка. Ако поставите лист хартия на това място, той ще се запали, тъй като температурата на кръстосаните лъчи на слънцето е невероятно висока. Параболичното огледало е вдлъбнат диск, който прилича на плитка купа. Това огледало, за разлика от лупата, не пропуска, а отразява слънчевата светлина, събирайки я в една точка, която обикновено е насочена към черна тръба с вода. Този цвят се използва, защото поглъща най-добре светлината. Водата в тръбата се нагрява от слънчевите лъчи и може да се използва за производство на електричество или за отопление на малки къщи.

Плосък нагревател

Този метод използва напълно различна система. Приемникът на слънчева енергия изглежда като многослойна структура. Принципът на неговото действие изглежда така.

Преминавайки през стъклото, лъчите попадат в потъмнения метал, за който се знае, че поглъща по-добре светлината. Слънчевата радиация се превръща и загрява водата, която се намира под желязната плоча. Тогава всичко се случва както в първия метод. Загрятата вода може да се използва или за отопление на помещения, или за генериране на електрическа енергия. Вярно е, че ефективността на този метод не е толкова висока, че да може да се използва навсякъде.

По правило получената по този начин слънчева енергия е топлина. За генериране на електроенергия третият метод се използва много по-често.

Слънчеви клетки

Ние сме най-запознати с този метод за получаване на енергия. Това включва използването на различни батерии или слънчеви панели, които могат да бъдат намерени на покривите на много модерни къщи. Този метод е по-сложен от описания по-рано, но е много по-обещаващ. Именно това прави възможно преобразуването на слънцето в електричество в индустриален мащаб.

Специални панели, предназначени да улавят лъчи, са направени от обогатени силициеви кристали. Слънчевата светлина, която ги удря, изкарва електрона от орбита. Друг веднага се стреми да заеме мястото му, като по този начин създава непрекъсната движеща се верига, която създава течение. При необходимост веднага се използва за захранване на устройства или се натрупва под формата на електричество в специални батерии.

Популярността на този метод е оправдана от факта, че ви позволява да получите повече от 120 W само от един квадратен метър слънчева батерия. В същото време панелите имат относително малка дебелина, което им позволява да бъдат поставени почти навсякъде.

Видове силиконови панели

Има няколко вида слънчеви панели. Първите са направени с помощта на монокристален силиций. Тяхната ефективност е приблизително 15%. Тези са най-скъпите.

Ефективността на елементите от поликристален силиций достига 11%. Те струват по-малко, защото материалът за тях се получава по опростена технология. Третият тип е най-икономичен и има минимална ефективност. Това са панели, изработени от аморфен силиций, тоест некристален. В допълнение към ниската ефективност, те имат друг съществен недостатък - крехкост.

За повишаване на ефективността някои производители използват и двете страни на слънчевия панел – отзад и отпред. Това ви позволява да улавяте светлина в големи обеми и увеличава количеството получена енергия с 15-20%.

Местни производители

Слънчевата енергия на Земята става все по-разпространена. Дори у нас имат интерес да изучават този бранш. Въпреки факта, че развитието на алтернативната енергия в Русия не е много активно, са постигнати известни успехи. В момента няколко организации се занимават със създаването на панели за генериране на слънчева енергия - главно научни институти от различни области и фабрики за производство на електрическо оборудване.

1. НПФ "Кварк"
2. OJSC Ковровски механичен завод.
3. Всеруски изследователски институт за електрификация на селското стопанство.
4. НПО Машиностроения.
5. ВИЕН АД.
6. OJSC Рязански завод за металокерамични устройства.
7. АД Правдински експериментален завод за източници на енергия "Позит".

Това е само малка част от предприятията, които участват активно в развитието на алтернативата

Влияние върху околната среда

Изоставянето на енергийните източници на въглища и петрол не се дължи само на факта, че тези ресурси рано или късно ще се изчерпят. Факт е, че те силно вредят на околната среда - замърсяват почвата, въздуха и водата, допринасят за развитието на заболявания при хората и намаляват имунитета. Ето защо алтернативните източници на енергия трябва да бъдат безопасни от екологична гледна точка.

Силицият, който се използва за производството на слънчеви клетки, сам по себе си е безопасен, защото е естествен материал. Но след почистване остават отпадъци. Те могат да причинят вреда на хората и околната среда, ако се използват неправилно.

Освен това, в зона, изцяло пълна със слънчеви панели, естественото осветление може да бъде нарушено. Това ще доведе до промени в съществуващата екосистема. Но като цяло въздействието върху околната среда на устройствата, предназначени да преобразуват слънчевата енергия, е минимално.

Икономичен

Най-високите разходи са свързани с високата цена на суровините. Както вече разбрахме, специални панели се създават с помощта на силиций. Въпреки факта, че този минерал е широко разпространен в природата, добивът му поставя големи предизвикателства. Факт е, че силицият, който съставлява повече от една четвърт от масата на земната кора, не е подходящ за производството на слънчеви клетки. За тези цели е подходящ само най-чистият материал, получен индустриално. За съжаление е изключително трудно да се получи чист силиций от пясък.

Цената на този ресурс е сравнима с урана, използван в атомните електроцентрали. Ето защо цената на слънчевите панели в момента остава на доста високо ниво.

Съвременни технологии

Първите опити за опитомяване на слънчевата енергия се появиха доста отдавна. Оттогава много учени активно търсят най-ефективното оборудване. Той трябва да бъде не само рентабилен, но и компактен. Неговата ефективност трябва да се стреми към максимум.

Първите стъпки към идеалното устройство за приемане и преобразуване на слънчева енергия са направени с изобретяването на силиконовите батерии. Разбира се, цената е доста висока, но панелите могат да бъдат поставени на покриви и стени на къщи, където няма да пречат на никого. А ефективността на такива батерии е неоспорима.

Но най-добрият начин да увеличите популярността на слънчевата енергия е да я направите по-евтина. Германски учени вече предложиха замяна на силиций със синтетични влакна, които могат да бъдат интегрирани в плат или други материали. Ефективността на такава слънчева батерия не е много висока. Но една риза, осеяна със синтетични влакна, може поне да осигури електричество на смартфон или плейър. Активно се работи и в областта на нанотехнологиите. Вероятно те ще позволят на слънцето да стане най-популярният източник на енергия през този век. Специалисти от Scates AS от Норвегия вече заявиха, че нанотехнологиите ще намалят цената на слънчевите панели 2 пъти.

Слънчева енергия за дома

Вероятно много хора мечтаят за жилище, което ще осигури себе си: няма зависимост от централизирано отопление, няма трудности с плащането на сметки и няма вреда за околната среда. Вече в много страни активно се изграждат жилища, които консумират само енергия, получена от алтернативни източници. Ярък пример е така наречената слънчева къща.

В процеса на изграждане ще изисква по-големи инвестиции от традиционния. Но след няколко години работа всички разходи ще бъдат възстановени - няма да се налага да плащате за отопление, топла вода и електричество. В една слънчева къща всички тези комуникации са свързани със специални фотоволтаични панели, поставени на покрива. Освен това получените по този начин енергийни ресурси не само се изразходват за текущи нужди, но и се натрупват за използване през нощта и при облачно време.

В момента строителството на такива къщи се извършва не само в страни близо до екватора, където е най-лесно да се извлича слънчева енергия. Строят се още в Канада, Финландия и Швеция.

Предимства и недостатъци

Развитието на технологии, които позволяват широкото използване на слънчевата енергия, може да се извършва по-активно. Но има определени причини, поради които това все още не е приоритет. Както казахме по-горе, производството на панели произвежда вещества, вредни за околната среда. В допълнение, готовото оборудване съдържа галий, арсен, кадмий и олово.

Необходимостта от рециклиране на фотоволтаични панели също повдига много въпроси. След 50 години експлоатация те ще станат негодни за експлоатация и ще трябва да бъдат унищожени по някакъв начин. Няма ли това да нанесе колосални щети на природата? Също така си струва да се има предвид, че слънчевата енергия е непостоянен ресурс, чиято ефективност зависи от времето на деня и времето. И това е съществен недостатък.

Но, разбира се, има предимства. Слънчевата енергия може да се произвежда почти навсякъде на Земята, а оборудването за нейното получаване и преобразуване може да бъде толкова малко, че да се побере на гърба на смартфон. Важно е също, че това е възобновяем ресурс, което означава, че количеството слънчева енергия ще остане същото най-малко хиляди години.

Перспективи

Развитието на технологиите за слънчева енергия трябва да доведе до по-ниски разходи за създаване на клетки. Вече се появяват стъклени панели, които могат да се монтират на прозорци. Развитието на нанотехнологиите направи възможно изобретяването на боя, която ще се пръска върху слънчеви панели и може да замени слоя силиций. Ако цената на слънчевата енергия действително намалее няколко пъти, нейната популярност също ще се увеличи многократно.

Създаването на малки панели за индивидуално ползване ще позволи на хората да използват слънчевата енергия във всяка среда – у дома, в колата или дори извън града. Благодарение на тяхното разпределение натоварването на централизираните електрически мрежи ще бъде намалено, тъй като хората ще могат да зареждат малка електроника сами.

Експертите на Shell вярват, че до 2040 г. около половината от световната енергия ще бъде генерирана от възобновяеми източници. Вече в Германия потреблението на слънчева енергия нараства активно, а капацитетът на батерията е повече от 35 гигавата. Япония също активно развива тази индустрия. Тези две страни са лидери по потребление на слънчева енергия в света. САЩ вероятно скоро ще се присъединят към тях.

Други алтернативни източници на енергия

Учените продължават да озадачават какво още може да се използва за генериране на електричество или топлина. Нека дадем примери за най-обещаващите алтернативни източници на енергия.

Вятърните турбини вече могат да бъдат намерени в почти всяка страна. Дори по улиците на много руски градове са инсталирани фенери, които се захранват с електричество, използвайки вятърна енергия. Със сигурност цената им е по-висока от средната, но с течение на времето те ще компенсират тази разлика.

Преди доста време беше изобретена технология, която позволява получаването на енергия чрез разликата в температурите на водата на повърхността на океана и в дълбочина. Китай активно планира да развие тази област. През следващите години те планират да построят най-голямата електроцентрала, използваща тази технология, край бреговете на Китай. Има и други начини за използване на морето. Например в Австралия планират да създадат електроцентрала, която генерира енергия от силата на теченията.

Има много други или топлина. Но в сравнение с много други варианти, слънчевата енергия е наистина обещаваща посока в развитието на науката.

Слънцето е един от възобновяемите алтернативни източници на енергия. Днес алтернативните източници на топлина се използват широко в селското стопанство и за битови нужди на населението.

Използването на слънчевата енергия на земята играе важна роля в човешкия живот. Използвайки топлината си, слънцето, като източник на енергия, загрява цялата повърхност на нашата планета. Благодарение на неговата топлинна сила духат ветрове, нагряват се морета, реки, езера и съществува целият живот на земята.

Хората започнаха да използват възобновяеми източници на топлина преди много години, когато все още не съществуваха модерни технологии. Слънцето е най-достъпният доставчик на топлинна енергия на земята днес.

Области на използване на слънчева енергия

Всяка година използването на слънчева енергия набира все по-голяма популярност. Само преди няколко години се използва за отопление на вода за селски къщи и летни душове, а сега възобновяемите източници на топлина се използват за производство на електричество и топла вода за жилищни сгради и промишлени съоръжения.

Днес възобновяемите източници на топлина се използват в следните области:

• в селското стопанство, с цел захранване и отопление на оранжерии, хангари и други сгради;
• за захранване на спортни съоръжения и лечебни заведения;
• в областта на авиационната и космическата индустрия;
• в осветлението на улици, паркове и други градски съоръжения;
• за електрификация на населените места;
• за отопление, електроснабдяване и топла вода на жилищни сгради;
• за битови нужди.

Характеристики на приложението

Светлината, която слънцето излъчва на земята, се преобразува в топлинна енергия с помощта на пасивни и активни системи. Пасивните системи включват сгради, в конструкцията на които са използвани строителни материали, които най-ефективно абсорбират енергията на слънчевата радиация. От своя страна активните системи включват колектори, които преобразуват слънчевата радиация в енергия, както и фотоклетки, които я преобразуват в електричество. Нека разгледаме по-отблизо как правилно да използваме възобновяеми източници на топлина.

Пасивни системи

Такива системи включват соларни сгради. Това са сгради, построени, като се вземат предвид всички характеристики на местната климатична зона. За изграждането им се използват материали, които позволяват максимално използване на цялата топлинна енергия за отопление, охлаждане и осветление на жилищни и промишлени помещения. Те включват следните строителни технологии и материали: изолация, дюшеме, светлопоглъщащи повърхности и ориентация на сградата на юг.

Такива слънчеви системи позволяват максимално използване на слънчевата енергия и бързо изплащат разходите за тяхното изграждане чрез намаляване на разходите за енергия. Те са екологични и също така ви позволяват да създадете енергийна независимост. Поради това използването на такива технологии е много обещаващо.

Активни системи

Тази група включва колектори, батерии, помпи, тръбопроводи за топлоснабдяване и топла вода в дома. Първите са монтирани директно върху покривите на къщите, а останалите са разположени в мазета, за да се използват за топла вода и отопление.

Слънчеви фотоклетки

За по-ефективно реализиране на цялата слънчева енергия се използват източници на слънчева енергия като фотоклетки или както още ги наричат ​​слънчеви клетки. На повърхността им има полупроводници, които, когато са изложени на слънчевите лъчи, започват да се движат и по този начин генерират електрически ток. Този принцип на генериране на ток не съдържа никакви химични реакции, което позволява на фотоклетките да работят дълго време.

Такива фотоволтаични преобразуватели като източници на слънчева енергия са лесни за използване, тъй като са леки, лесни за поддръжка и също така са много ефективни при използване на слънчева енергия.

Днес слънчевите панели, като източник на слънчева енергия на земята, се използват за генериране на топла вода, отопление и електричество в топли страни като Турция, Египет и азиатските страни. В нашия регион слънцето се използва като източник на енергия за захранване на автономни енергийни системи, електроника с ниска мощност и задвижвания на самолети.

Слънчеви колектори

Използването на слънчевата енергия от колекторите е, че те превръщат радиацията в топлина. Те се разделят на следните основни групи:

• Плоски слънчеви колектори. Те са най-често срещаните. Удобни са за използване както за битови отоплителни нужди, така и за подгряване на вода за топла вода;
• Вакуумни колектори. Използват се за битови нужди, когато е необходима вода с висока температура. Те се състоят от няколко стъклени тръби, преминавайки през които слънчевите лъчи ги нагряват, а те от своя страна отдават топлина на водата;
• Въздушни слънчеви колектори. Използват се за инсталации за отопление на въздуха, възстановяване на въздушни маси и изсушаване;
• Интегрирани колектори. Най-простите модели. Те се използват за предварително загряване на вода, например за газови котли. В ежедневието нагрятата вода се събира в специален резервоар - резервоари за съхранение и след това се използва за различни нужди.

Използването на слънчевата енергия от колекторите се осъществява чрез акумулирането й в така наречените модули. Монтират се на покрива на сгради и се състоят от стъклени тръби и плочи, които са боядисани в черно, за да поемат повече слънчева светлина.

Слънчевите колектори се използват за подгряване на вода за топла вода и отопление на жилищни сгради.

Предимства на соларните инсталации

• те са напълно безплатни и неизчерпаеми;
• са напълно безопасни за употреба;
• автономен;
• икономичен, тъй като средствата се изразходват само за закупуване на оборудване за инсталации;
• използването им гарантира липсата на пренапрежения на тока, както и стабилността на захранването;
• издръжлив;
• лесен за използване и поддръжка.

Използването на слънчева енергия с помощта на такива инсталации набира популярност всяка година. Слънчевите панели позволяват да се спестят много пари за отопление и топла вода, освен това са екологични и не вредят на човешкото здраве.