Жердегі күн энергиясын пайдалану. Жердегі күн энергиясын пайдалану перспективалары

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-02-12 09:52

Бүгінгі таңда энергияны тұтыну мәселесі өте өткір - планетаның ресурстары шексіз емес және оның өмір сүрген уақытында адамзат табиғаттың бергенін айтарлықтай жойды. Қазіргі уақытта көмір мен мұнай белсенді түрде өндірілуде, оның қоры күн сайын азайып келеді. Ойдың күші адамзатқа болашаққа керемет қадам жасауға және атом энергиясын пайдалануға мүмкіндік берді және осы игілікпен бірге бүкіл қоршаған ортаға үлкен қауіп төндірді.

Экологиялық мәселе де өткір емес – ресурстарды белсенді өндіру және оларды одан әрі пайдалану планетаның жай-күйіне кері әсер етіп, топырақтың табиғатын ғана емес, тіпті климаттық жағдайларды да өзгертеді.

Сондықтан су немесе жел сияқты табиғи қуат көздеріне әрқашан ерекше көңіл бөлінген. Ақырында, көптеген жылдар бойы белсенді зерттеулер мен әзірлемелерден кейін адамзат Жерде күн энергиясын пайдалану үшін «өсті». Ол туралы әрі қарай талқылайтын боламыз.

Мұның несі тартымды

Нақты мысалдарға көшпес бұрын, дүние жүзіндегі зерттеушілердің энергия өндірісінің бұл түріне неліктен қызығушылық танытатынын анықтап алайық. Оның басты байлығын сарқылмас деп атауға болады. Көптеген болжамдарға қарамастан, Күн сияқты жұлдыздың жақын болашақта сөну ықтималдығы өте аз. Бұл адамзаттың таза энергияны толығымен табиғи жолмен алуға мүмкіндігі бар екенін білдіреді.

Жердегі күн энергиясын пайдаланудың екінші сөзсіз артықшылығы - бұл опцияның экологиялық тазалығы. Мұндай жағдайларда қоршаған ортаға әсер нөлге тең болады, бұл өз кезегінде бүкіл әлемді шектеулі жер асты ресурстарын үнемі өндіруден гөрі әлдеқайда жарқын болашақпен қамтамасыз етеді.

Соңында, күн энергиясын пайдалану адамдарға ең аз қауіп төндіретініне ерекше назар аудару керек.

Шынымен

Енді мәселеге көшейік. «Күн энергиясы» деген біршама поэтикалық атау шын мәнінде арнайы әзірленген технологияларды қолдану арқылы радиацияның электр энергиясына айналуын жасырады. Бұл процесті адамзат өз мақсаттары үшін өте белсенді және сәтті пайдаланып жатқан фотоэлектрлік элементтер қамтамасыз етеді.

Күн радиациясы

Тарихи түрде болғаны сонша, «радиация» зат есімі әлем өз өмірінде аман қала алған техногендік апаттарға байланысты оңға қарағанда теріс ассоциацияларды көбірек тудырады. Соған қарамастан, Жердегі Күн энергиясын пайдалану технологиясы онымен жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Негізінен,сәулеленудің бұл түрі электромагниттік сәулелену болып табылады, оның диапазоны 2,8 және 3,0 микрон арасында.

Адамзат сәтті пайдаланатын күн спектрі шын мәнінде толқындардың үш түрінен тұрады: ультракүлгін (шамамен 2%), шамамен 49% - жарық толқындары және, сайып келгенде, инфрақызыл сәулеленудің дәл осындай мөлшері. Күн энергиясының басқа құрамдас бөліктері аз, бірақ олардың рөлі соншалықты елеусіз болғандықтан, олар Жердің өміріне ерекше әсер етпейді.

Жерге түсетін күн энергиясының мөлшері

Енді адамзат игілігі үшін қолданылатын спектрдің құрамы анықталғаннан кейін бұл ресурстың тағы бір маңызды ерекшелігін атап өту керек. Жерде күн энергиясын пайдалану өте перспективалы болып көрінеді, өйткені ол өте үлкен көлемде, өңдеуге аз шығынмен қол жетімді. Жұлдыз шығаратын энергияның жалпы мөлшері өте жоғары, бірақ шамамен 47% Жер бетіне жетеді, бұл жеті жүз квадриллион киловатт-сағатқа тең. Салыстыру үшін, бір киловатт-сағат қуаты жүз ватт шамның он жылдық жұмысын қамтамасыз ете алатынын ескереміз.

Күн радиациясының күші және Жердегі энергияны пайдалану, әрине, бірқатар факторларға байланысты: климаттық жағдайлар, сәулелердің жер бетіне түсу бұрышы, жыл мезгілі және географиялық орын.

Қашан және қанша

Тәуліктік күн энергиясының жер бетіне түсетінін болжау оңайЖер үнемі өзгеріп отырады, өйткені ол планетаның Күнге қатысты орналасуына және жарықтың қозғалысына тікелей байланысты. Түсте радиация максималды болатыны бұрыннан белгілі, ал таңертең және кешке жер бетіне түсетін сәулелердің саны әлдеқайда аз.

Күн энергиясын пайдалану экваторлық жолаққа мүмкіндігінше жақын аймақтарда ең өнімді болады деп сеніммен айта аламыз, өйткені дәл сол жерде ең жоғары және ең төменгі көрсеткіштер арасындағы айырмашылық минималды болады, бұл планетаның бетіне түсетін радиацияның максималды мөлшері. Мысалы, Африканың шөлді аймақтарында радиацияның жылдық мөлшері орташа есеппен 2200 киловатт-сағатқа жетеді, ал Канадада немесе, мысалы, Орталық Еуропада бұл көрсеткіштер 1000 киловатт-сағаттан аспайды.

Тарихтағы күн энергиясы

Егер сіз мүмкіндігінше кеңірек ойласаңыз, планетамызды жылытатын ұлы шамды «үйрету» әрекеттері ежелгі дәуірде пұтқа табынушылық кезінде, әрбір элементтің жеке құдайы бейнеленген кезде басталды. Дегенмен, әрине, ол кезде күн энергиясын пайдалану мүмкін емес еді - әлемде сиқыр биледі.

Күн энергиясын жер бетінде пайдалану тақырыбы тек 14 ғасырдың соңы – 20 ғасырдың басында ғана белсенді түрде көтеріле бастады. Ғылымдағы нағыз серпіліс 1839 жылы Александр Эдмонд Беккерель болды, ол фотоэлектрлік эффектіні ашушы бола алды. Бұл тақырыпты зерттеу айтарлықтай өсті және 44 жылдан кейін Чарльз Фритс бірінші рет құрастыра алды.алтын жалатылған селен негізіндегі модуль. Жердегі Күн энергиясын осылай пайдалану босатылған электр энергиясының аз мөлшерін берді - өндірістің жалпы көлемі сол кезде 1% аспады. Соған қарамастан, бұл бүкіл адамзат үшін ғылымның бұрын армандамаған жаңа көкжиектерін ашатын нағыз серпіліс болды.

Альберт Эйнштейннің өзі күн энергиясын дамытуға үлкен үлес қосты. Қазіргі әлемде ғалымның есімі оның әйгілі салыстырмалылық теориясымен жиі байланысты, бірақ шын мәнінде ол сыртқы фотоэффектіні зерттегені үшін дәл Нобель сыйлығымен марапатталды.

Бүгінгі күнге дейін жер бетінде күн энергиясын пайдалану технологиясы не тез көтеріліп, не одан кем емес құлдырауды бастан кешіруде, дегенмен білімнің бұл саласы үнемі жаңа фактілермен толықтырылып отырады және біз жақын болашақта, біздің алдымызда мүлде жаңа әлемнің есігі ашылады. бейбітшілік.

Табиғат бізге қарсы

Жердегі Күн энергиясын пайдаланудың артықшылықтары туралы жоғарыда айтқан болатынбыз. Енді бұл әдістің, өкінішке орай, кем емес тұстарына назар аударайық.

Географиялық орынға, климаттық жағдайға және Күн қозғалысына тікелей тәуелді болғандықтан, күн энергиясын жеткілікті мөлшерде өндіру үлкен аумақтық шығындарды талап етеді. Түпнұсқа мынада: күн радиациясын тұтыну және өңдеу аймағы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым біз шығару кезінде алатын экологиялық таза энергия көлемі соғұрлым көп болады. Мұндай орналастыруүлкен жүйелерге көп бос орын қажет, бұл белгілі бір қиындықтарды тудырады.

Жердегі күн энергиясын пайдалануға қатысты тағы бір мәселе күннің уақытына тікелей байланысты, өйткені генерация түнде нөлге тең болады, ал таңертең және кешке өте елеусіз болады.

Қосымша қауіп факторы ауа-райының өзі болып табылады - жағдайдың күрт өзгеруі жүйенің бұл түрінің жұмысына өте теріс әсер етуі мүмкін, өйткені олар қажетті қуатты жөндеуде қиындықтар туғызады. Белгілі бір мағынада тұтыну мен өндіріс көлемінің күрт өзгеруі қауіпті болуы мүмкін.

Таза, бірақ қымбат

Қазіргі уақытта жер бетінде күн энергиясын пайдалану оның қымбаттығына байланысты қиын. Негізгі процестерді жүзеге асыру үшін қажетті фотоэлементтердің құны айтарлықтай жоғары. Әрине, мұндай ресурсты пайдаланудың жағымды жақтары оны ақтайды, бірақ экономикалық тұрғыдан алғанда, қазіргі уақытта ақшалай шығындардың толық өтелуі туралы айтудың қажеті жоқ.

Алайда, тренд көрсеткендей, күн батареяларының бағасы бірте-бірте төмендеп келеді, сондықтан уақыт өте келе бұл мәселені толығымен шешуге болады.

Процесстің қолайсыздығы

Күнді энергия көзі ретінде пайдалану да қиын, себебі ресурстарды өңдеудің бұл әдісі біршама еңбекқор және ыңғайсыз. Радиацияны тұтыну және өңдеу пластиналардың тазалығына тікелей байланысты, бұл қамтамасыз ету өте қиын. Сонымен қатар, өтеЭлементтердің жылытуы да процеске теріс әсер етеді, оны тек ең қуатты салқындату жүйелерін пайдалану арқылы ғана болдырмауға болады, бұл қосымша материалдық шығындарды және айтарлықтай шығындарды талап етеді.

Сонымен қатар, күн коллекторларында қолданылатын плиталар 30 жыл белсенді жұмыс істегеннен кейін бірте-бірте жарамсыз болып қалады және күн батареяларының құны жоғарыда айтылған болатын.

Қоршаған орта мәселесі

Бұған дейін мұндай ресурсты пайдалану адамзатты болашақта қоршаған ортаға қатысты айтарлықтай күрделі мәселелерден құтқара алатыны айтылған. Ресурстардың көзі және түпкілікті өнім шынымен де мүмкіндігінше экологиялық таза.

Соған қарамастан, күн энергиясын пайдалану, күн коллекторларының жұмыс істеу принципі фотоэлементтері бар арнайы пластиналарды пайдалану болып табылады, оларды жасау үшін көптеген улы заттар қажет: қорғасын, мышьяк немесе калий. Оларды пайдалану қоршаған ортаға ешқандай зиян келтірмейді, дегенмен олардың шектеулі қызмет ету мерзімін ескере отырып, уақыт өте келе тақталарды кәдеге жарату күрделі мәселеге айналуы мүмкін.

Қоршаған ортаға жағымсыз әсерді шектеу үшін өндірушілер бірте-бірте құны төмен және қоршаған ортаға зияны аз жұқа пленкалы пластинкаларға көшуде.

Сәулеленуді энергияға айналдыру әдістері

Адамзаттың болашағы туралы фильмдер мен кітаптар әрқашан дерлік бізге осы процестің шамамен бірдей бейнесін береді, ол шын мәніндешындықтан айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін. Түрлендірудің бірнеше жолы бар.

Ең көп тарағаны фотоэлементтерді бұрын сипатталған пайдалану болып табылады.

Балама ретінде адамзат арнайы беттерді жылытуға негізделген, алынған температураның дұрыс бағытымен суды жылытуға мүмкіндік беретін күн жылу энергиясын белсенді түрде пайдаланады. Бұл процесті мүмкіндігінше жеңілдетсеңіз, оны жеке сектордағы үйлердегі сыртқы душқа арналған резервуарлармен салыстыруға болады.

Энергияны өндіру үшін радиацияны пайдаланудың тағы бір жолы – тек вакуумда жұмыс істей алатын «күн желкені». Мұндай жүйе сәулеленуді кинетикалық энергияға айналдырады.

Түнгі уақытта генерацияның жетіспеушілігі мәселесін ішінара күн шары электр станциялары шешеді, олардың жұмысы босатылған энергияның жинақталуына және салқындату процесінің ұзақтығына байланысты жалғасуда.

Біз және күн энергиясы

Жердегі күн және жел энергиясының ресурстары өте белсенді пайдаланылады, дегенмен біз мұны жиі байқамаймыз. Бұған дейін сыртқы душта суды халықтық жылыту туралы айтылған болатын. Шын мәнінде, бұл мақсаттар үшін көбінесе күн энергиясы қолданылады. Дегенмен, көптеген басқа мысалдар бар: кез келген жарықтандыру дүкенінен күндізгі уақытта жиналған энергияның арқасында түнде де электр қуатынсыз жұмыс істей алатын шамдарды таба аласыз.

Фотоэлементтерге негізделген қондырғылар сорғы станциялары мен желдету жүйелерінің барлық түрлерінде белсенді қолданылады.

Кеше, бүгін, ертең

Адамзат үшін ең маңызды ресурстардың бірі - күн энергиясы және оны пайдалану перспективалары өте жоғары. Бұл сала белсенді түрде қаржыландырылады, кеңейтілуде және жетілдіріледі. Қазір күн энергиясы Америка Құрама Штаттарында ең дамыған, мұнда кейбір аймақтар оны толыққанды баламалы қуат көзі ретінде пайдаланады. Сондай-ақ, осы типтегі электр станциялары Мохаве шөлінде жұмыс істейді. Басқа елдер қоршаған ортаны ластау мәселесін жақын арада шешуі мүмкін электр энергиясын өндірудің бұл түріне әлдеқашан бет бұрған.