Tunnete psühholoogia 

Miks saab inimene päikeseenergiat kasutada? "Päikeseenergia" aruanne. Mis selles nii atraktiivset on?

Kuidas arendatakse päikeseenergia kasutamist Maal?

Taevakeha annab meile tasuta tohutul hulgal energiat. Vaid 15 minutiga annab täht meie planeedile energiahulga, millest piisab inimkonna üheks aastaks elektriga varustamiseks. Päikesepaneelide kvaliteet ja efektiivsus paranevad pidevalt ja muutuvad odavamaks. Päikeseenergia massiline kasutamine on aga veel kaugel. On mitmeid probleeme, millest eriti terav on päikesekiirguse muundamise seadmete efektiivsus. See puudutab peamiselt fotogalvaanilisi elemente, mille kasutegur jääb vahemikku 12-17 protsenti. Kuid veel eelmise sajandi keskel oli see umbes 1%. Niisiis, edusammud toimuvad järk-järgult, kuigi mitte kiiresti. Seetõttu peaks päikeseenergia tulevikus võtma endale õige koha globaalses energiasektoris. Selles materjalis käsitletakse päikeseenergia kasutamist majandustegevuses Maal. Räägime probleemidest ja väljavaadetest ning toome ka näiteid seadmete kohta.

Päike on kõigi Maal toimuvate energiaprotsesside peamine allikas. Täht saadab meie planeedile aastas 20 miljonit eksadžauli. Kuna Maa on ümmargune, langeb sellele umbes 25%. Sellest energiast umbes 70 protsenti neeldub atmosfääris, peegeldub ja kaob muude kadude tõttu. Aastas langeb Maa pinnale 1,54 miljonit eksadžauli. See arv on mitu tuhat korda suurem kui planeedi energiatarbimine. Lisaks on see väärtus 5 korda suurem kui kogu miljonite aastate jooksul Maale kogunenud süsivesinikkütuste energiapotentsiaal.



Suur osa planeedi pinnal olevast energiast muundatakse soojuseks. See soojendab maad ja vett ning nendest soojendatakse õhku. Päikesest tulev soojus määrab ära ookeanihoovused, veeringe looduses, õhuvoolud jne. Soojus kiirgub järk-järgult kosmosesse ja kaob seal. Planeedi ökosüsteemis läbib energia pika ja keeruka transformatsioonitee, kuid vaid väike osa saadud kogusest kasutatakse ära. Tänu sellele ökosüsteem toimib, ei saasta keskkonda ning kasutab väikese osa Maale jõudvast energiast. Sellest võime järeldada, et pidev energiavoog Päikeselt Maale on konstantne ja saabub liigsetes kogustes.

Taimed Maal tarbivad vaid 0,5 protsenti Maale jõudvast energiast. Seega, isegi kui inimkond elab ainult päikeseenergiast, tarbib ta sellest vaid väikese osa. Päikese energiast Maal on tsivilisatsiooni energiavajaduste jaoks täiesti piisav. Samal ajal võtame vaid väikese osa energiast ja see ei mõjuta kuidagi biosfääri. Päike saadab Maale tohutul hulgal energiat. Mõne päevaga ületab selle kogus kõigi tõestatud kütusevarude energiapotentsiaali. Isegi kolmandik sellest Maale jõudvast kogusest on tuhandeid kordi suurem kui kõik traditsioonilised energiaallikad.

Päikeseenergia on keskkonnasõbralik. Loomulikult tekitavad Päikesel toimuvad tuumareaktsioonid radioaktiivset saastumist. Kuid see on Maast ohutus kauguses. Kuid süsivesinike põletamine ja tuumaelektrijaamad tekitavad Maal reostust. Lisaks on Päikese energia konstantne ja seda esineb liigsetes kogustes.



Võime öelda, et päikese energia on igavene. Mõned eksperdid ütlevad, et täht kustub mõne miljardi aasta pärast. Aga mida see meie jaoks tähendab? Lõppude lõpuks on inimesed eksisteerinud umbes 3 miljonit aastat. Seega ei ole päikeseenergia kasutamine ajaliselt piiratud. Tänu Päikesest eraldatavale energiale toimub Maal 2 ainetsüklit. Üks neist on suur (nimetatakse ka geoloogiliseks). See väljendub atmosfääri ja veemasside ringluses. Ja ka väike bioloogiline (nimetatakse ka biootiliseks) tsükkel, mis töötab suure baasil. See seisneb energia ja ainete tsüklilises ümberjaotamises ökoloogiliste süsteemide piires. Need tsüklid on omavahel seotud ja moodustavad ühe protsessi.

Millised on päikeseenergia kasutamise probleemid?

Näib, et kõik on korras ja peame üle minema päikeseenergia kasutamisele. Selgub, et probleeme on mitmeid. Millised? Peamine probleem on see, et sissetulev energia hajub suurel määral. Ruutmeetrile langeb ligikaudu 100-200 vatti. Täpne summa sõltub selle koha asukohast Maal. Lisaks paistab päeval päike ja võimsus ulatub sel ajal 400–900 vatti ruutmeetri kohta. Kuid öösel ei anta energiat ja pilvise ilmaga antakse energiat palju vähem. See tähendab, et mõnel hetkel peate kogu selle energiavoo koguma ja koguma. Ja kui päikesevalgus maapinnale ei lange, kasutage kogunenud energiat.



Nad koguvad päikeseenergiat erineval viisil. Loomulik on koguda soojust jahutusvedeliku soojendamiseks ja seejärel kasutada seda kodu küttesüsteemis või sooja veevarustuses. Ja teine ​​levinud viis päikeseenergia muundamiseks on elektri tootmine. Kõik need paigaldised toodetakse nii tehases kui ka iseseisvalt. Mõned käsitöölised teevad küttekehasid korteri või maja tavalises aknas. Selle tulemusena soojendatakse ruumi täiendavalt. Kollektorid ja päikesesüsteemid on levinud ka eramajades elektri tootmiseks. Termokollektorite kasutamist piiravad aga kliimatingimused. Ja päikeseenergia elektrienergiaks muundamiseks mõeldud päikesepaneelidel on endiselt madal kasutegur.

Kuid üldiselt on päikesesüsteemid väga paljulubav energiavaldkond. Niipea, kui energiaressursside hind veidi tõuseb, muutub nende järele suur nõudlus. Maal on palju piirkondi, kus päike paistab peaaegu pidevalt. Need on stepid, kõrbed. Paigaldades sinna päikeseelektrijaamu ja tootdes elektrit, saab seda maad arendada ja viljakaks muuta. Energiat kulutatakse veevarustusele ja elanike vajadustele.

Ekskursioon minevikku

Kunagi, iidsetel aegadel, tajusid paganad Päikest jumalusena. Loomulikult ei kasutatud tol ajal päikeseenergiat kui sellist. See oli midagi maagilist. Kuid esimesi katseid päikeseenergia kasutamiseks on tehtud juba mõnda aega. Kui mitte arvestada Vana-Kreeka legendi kontsentreeritud päikeseenergia abil põletatud laevastikust, siis päikeseenergia tegelik kasutamine algas 19.-20. 1839. aastal avastas teadlane Becquerel fotogalvaanilise efekti. Mõnikümmend aastat hiljem töötas Charles Fritts välja kullaga kaetud seleenil põhineva päikesemooduli. Esimeste 20. sajandil toodetud päikesepaneelide efektiivsus ei ületanud 1%. Kuid sel ajal oli see tõeline läbimurre. Selle tulemusena on teadlastele avanenud uued teadusuuringute ja uute avastuste horisondid.


Albert Einstein andis olulise panuse ka päikeseenergia arendamisse. Muidugi mainitakse tema saavutuste hulgas kõige sagedamini relatiivsusteooriat. Kuid ta sai Nobeli preemia välise fotoelektrilise efekti nähtuse uurimise eest. Elektrienergia tootmiseks kasutatavate päikesepaneelide tootmise tehnoloogiat täiustatakse pidevalt. Seetõttu on lootust, et oleme peagi tunnistajaks uutele põnevatele avastustele selles vallas.

Päikeseenergia kasutusvaldkonnad

Päikeseenergia kasutusala on üsna lai ja täieneb pidevalt. Siin võib mainida isegi sellist lihtsat asja nagu suvine dušš, mille ülaosas on paak. See soojeneb päikese käes ja seda saab pesta. Päikesesüsteemide kasutamine eramajades tundus alles hiljuti fantaasiana, kuid tänaseks on need saanud reaalsuseks. Tänapäeval toodetakse palju päikesekollektoreid kodu- ja tööstusruumide kütmiseks. Juba on mudeleid, mis on võimelised töötama miinustemperatuuridel. Lisaks on olemas kõikvõimalikud mobiilsed seadmed mobiilsete vidinate, kalkulaatorite ja muude fotogalvaaniliste paneelide toitega seadmete laadimiseks.

Päikeseenergiat kasutatakse praegu sellistes rahvamajanduse valdkondades nagu:

  • Eramute, pansionaatide, sanatooriumide energiavarustus;
  • Linna infrastruktuurist kaugel asuvate asulate energiavarustus;
  • Põllumajandus;
  • Kosmonautika;
  • Ökoturism;
  • Tänavavalgustus, suvilate dekoratiivvalgustus;
  • elamumajanduse ja kommunaalteenuste osakond;
  • Laadimisseade.



Mõnevõrra varem kasutati päikeseenergiat ja sellega seotud tehnoloogiaid ainult astronautikas ja sõjalises sfääris. Fotoelementide abil varustati energiaga satelliite, erinevaid mobiilseid jaamu jms. Kuid järk-järgult hakati päikeseenergiat kasutama igapäevaelus ja tootmises. Tänapäeval võite sageli leida päikesesüsteeme lõunapoolsetes piirkondades. Kõige sagedamini kasutatakse neid erasektoris, aga ka väikestes turismiettevõtetes (sanatooriumid, puhkemajad jne).

Päike on üks ohutumaid ja ammendamatumaid energiaallikaid. Selle õige kasutamine on iga tööstuse või riigi keskkonnaohutuse ja majandusliku tõhususe küsimus. Energiaallikal nagu päike on teiste populaarsete ees mitmeid olulisi eeliseid. See ei kustu ja võib anda inimesele tohutu hulga kilovatt-tunde, see on keskkonnasõbralik ja ökonoomne, Päike on ligipääsetav igasse Maa nurka ja suudab säilitada loodusvarasid, mis ammenduvad iga maharaiutud puuga. ja kaevandati kilogrammi kivisütt.

Päikeseenergia on taastuv ehk võib looduses eksisteerida ilma inimese sekkumiseta, erinevalt tuumaenergiast ei saa päike kahjustada keskkonda ning hoiab metsad ja jõed puhtana nende algsel kujul.

Kasutamise näited

Võtke tavaline päikeseenergia - see on kõige elementaarsem näide päikeseenergia kasutamisest ja selle elektriks muutmisest; tumedad pinnad suudavad tõhusalt neelata kiiri ja kasutada päikeseenergiat, muutes selle soojuseks. Päikeseenergia kogumiseks ja salvestamiseks, mis on edukalt asendanud autodes bensiini ning kodude kütmiseks ja valgustamiseks, on pikka aega kasutatud eritehnoloogiaid, mis on teaduse ja tehnika kõrgetasemelised saavutused.

Teatud hoonete asukoha geograafiliste iseärasuste kasutamine koos kaasaegsete materjalidega võimaldab inimkonnal täielikult lülituda üle päikesevalguse energiale, samas kui kõik kaasaegsed sidevahendid: televisioon, Internet ja muud mugavused töötavad tavapäraselt edasi. Sellised hooned on keskkonnasõbralikud ja väga ökonoomsed.

Kosmosetehnoloogiates kasutatakse edukalt spetsiaalseid päikeseenergiat muundavaid elemente, kaasaegsed satelliidid ja kosmosejaamad on varustatud spetsiaalsete akudega, mis töötavad ühise valguse kiirtega. Päikeseenergiat on väga mugav kasutada ja see on saadaval isegi metsikutes ja maakera kõige kaugemates nurkades, kus side- ja elektriliinide paigaldamine on väga keeruline või võimatu.

Elektrienergia kasutamine puhtal kujul ei ole alati mugav, mistõttu kasutavad paljud süsteemid kombineeritud elektrienergia allikaid, ühendades Päikese ja traditsioonilised energiatüübid.

Päike mängib Maa elus erakordset rolli. Kogu meie planeedi orgaaniline maailm võlgneb oma olemasolu Päikesele. Päike pole mitte ainult valguse ja soojuse allikas, vaid ka paljude muude energialiikide (nafta, kivisüsi, vesi, tuul) algallikas.

Alates hetkest, kui inimene ilmus maa peale, hakkas ta kasutama päikeseenergiat. Arheoloogiliste andmete põhjal on teada, et elamiseks eelistati vaikseid, külmade tuulte eest kaitstud ja päikesevalgusele avatud kohti.

Võib-olla võib esimeseks teadaolevaks heliosüsteemiks pidada Amenhotep III kuju, mis pärineb 15. sajandist eKr. Kuju sees oli õhu- ja veekambrite süsteem, mis päikesekiirte all panid liikuma peidetud muusikariista. Vana-Kreekas kummardati Heliost. Selle jumala nimi on tänapäeval paljude päikeseenergiaga seotud terminite aluseks.

Paljude maailmamajanduse sektorite elektrienergiaga varustamise probleem ja Maa elanikkonna pidevalt kasvavad vajadused muutuvad praegu üha aktuaalsemaks.

Üldine teave Päikese kohta

Päike on Päikesesüsteemi keskne keha, kuum plasmapall, tüüpiline spektriklassi G2 kääbustäht.

Päikese omadused

  • Kaal MS~2*1023 kg
  • RS ~ 629 tuhat km
  • V= 1,41*1027 m3, mis on ligi 1300 tuhat korda suurem kui Maa maht,
  • keskmine tihedus 1,41*103 kg/m3,
  • heledus LS=3,86*1023 kW,
  • efektiivne pinnatemperatuur (fotosfäär) 5780 K,
  • Pöörlemisperiood (sünoodiline) varieerub 27 päevast ekvaatoril kuni 32 päevani. pooluste juures,
  • vabalangemise kiirendus on 274 m/s2 (sellise tohutu raskuskiirenduse korral kaaluks 60 kg kaaluv inimene üle 1,5 tonni).

Päikese keskosas on tema energiaallikas ehk piltlikult öeldes see “pliit”, mis soojendab ja ei lase jahtuda. Seda piirkonda nimetatakse tuumaks (vt joonis 1). Südamikus, kus temperatuur jõuab 15 MK-ni, vabaneb energia. Tuuma raadius ei ületa veerandit Päikese koguraadiusest. Pool päikese massist on aga koondunud selle ruumalasse ja vabaneb peaaegu kogu energia, mis toetab Päikese sära.

Vahetult tuuma ümber algab kiirgusenergia ülekande tsoon, kus see levib aine valguse osade - kvantide - neeldumise ja emissiooni kaudu. Kulub väga kaua aega, enne kui kvant tungib läbi tiheda päikeseaine väljapoole. Nii et kui Päikese sees olev ahi äkki kustuks, saaksime sellest teada alles miljoneid aastaid hiljem.

Oma teel läbi sisemiste päikesekihtide satub energiavoog piirkonda, kus gaasi läbipaistmatus suureneb oluliselt. See on Päikese konvektiivtsoon. Siin ei kandu energia üle mitte kiirguse, vaid konvektsiooni teel. Konvektiivne tsoon algab tsentrist ligikaudu 0,7 raadiuses ja ulatub peaaegu Päikese kõige nähtavama pinnani (fotosfäärini), kus peamise energiavoo ülekanne muutub taas kiirgavaks.

Fotosfäär on Päikese kiirgav pind, millel on teraline struktuur, mida nimetatakse granuleerimiseks. Iga selline tera on peaaegu Saksamaa suurune ja kujutab endast kuuma aine voogu, mis on tõusnud pinnale. Fotosfääris võib sageli näha suhteliselt väikseid tumedaid alasid – päikeselaike. Need on 1500˚C külmemad kui ümbritsev fotosfäär, mille temperatuur ulatub 5800˚C-ni. Fotosfääri temperatuuride erinevuse tõttu tunduvad need laigud läbi teleskoobi vaadeldes täiesti mustad. Fotosfääri kohal on järgmine, haruldasem kiht, mida nimetatakse kromosfääriks, see tähendab värviliseks sfääriks. Kromosfäär sai selle nime punase värvi tõttu. Ja lõpuks, selle kohal on päikeseatmosfääri väga kuum, kuid ka äärmiselt haruldane osa - kroon.

Päike on energiaallikas

Meie Päike on tohutu helendav gaasipall, mille sees toimuvad keerulised protsessid ja selle tulemusena vabaneb pidevalt energiat. Päikese energia on meie planeedi elu allikas. Päike soojendab atmosfääri ja Maa pinda. Tänu päikeseenergiale puhuvad tuuled, looduses toimub veeringe, mered ja ookeanid kuumenevad, taimed arenevad, loomad saavad toitu. Tänu päikesekiirgusele eksisteerivad Maal fossiilkütused. Päikeseenergiat saab muundada soojuseks või külmaks, liikumapanevaks jõuks ja elektriks.

Päike aurustab vett ookeanidest, meredest ja maapinnalt. See muudab selle niiskuse veepiiskadeks, moodustades pilvi ja udu ning seejärel langeb see vihma, lume, kaste või pakase kujul tagasi Maale, luues nii atmosfääris hiiglasliku niiskustsükli.

Päikeseenergia on atmosfääri üldise tsirkulatsiooni ja ookeanide veeringluse allikas. Tundub, et see loob meie planeedil hiiglasliku vee ja õhu soojendamise süsteemi, mis jaotab soojuse ümber maapinna.

Taimedele langev päikesevalgus põhjustab fotosünteesi protsessi, määrab taimede kasvu ja arengu; pinnasele sattudes muutub see soojuseks, soojendab seda, moodustab mullakliima, andes seeläbi elujõudu taimeseemnetele, mikroorganismidele ja seda asustavatele elusolenditele, kes ilma selle kuumuseta oleksid anabioosis (talveunes).

Päike kiirgab tohutul hulgal energiat – ligikaudu 1,1x1020 kWh sekundis. Kilovatt-tund on energia hulk, mis kulub 100-vatise hõõglambi 10 tunniks töötamiseks. Maa välisatmosfäär püüab kinni ligikaudu ühe miljondiku Päikese poolt kiiratavast energiast ehk ligikaudu 1500 kvadriljonit (1,5 x 1018) kWh aastas. Kuid ainult 47% kogu energiast ehk ligikaudu 700 kvadriljonit (7 x 1017) kWh jõuab Maa pinnale. Ülejäänud 30% päikeseenergiast peegeldub tagasi kosmosesse, ligikaudu 23% aurustab vett, 1% energiast tuleb lainetest ja hoovustest ning 0,01% looduses toimuvast fotosünteesi protsessist.

Päikeseenergia uuringud

Miks Päike paistab ja ei jahtu miljardeid aastaid? Milline "kütus" annab sellele energiat? Teadlased on sellele küsimusele vastuseid otsinud sajandeid ja alles 20. sajandi alguses leiti õige lahendus. Nüüdseks on teada, et nagu teisedki tähed, särab see tema sügavustes toimuvate termotuumareaktsioonide tõttu.

Kui kergete elementide aatomite tuumad ühinevad raskema elemendi aatomi tuumaks, on uue mass väiksem nende tuumade kogumassist, millest see moodustati. Ülejäänud mass muudetakse energiaks, mille reaktsiooni käigus eralduvad osakesed kannavad. See energia muundatakse peaaegu täielikult soojuseks. See aatomituumade ühinemisreaktsioon saab toimuda ainult väga kõrgel rõhul ja temperatuuril üle 10 miljoni kraadi. Sellepärast nimetatakse seda termotuumaks.

Peamine Päikese moodustav aine on vesinik, mis moodustab umbes 71% tähe kogumassist. Peaaegu 27% kuulub heeliumile ja ülejäänud 2% pärineb raskematest elementidest nagu süsinik, lämmastik, hapnik ja metallid. Päikese peamine "kütus" on vesinik. Neljast vesinikuaatomist moodustub transformatsioonide ahela tulemusena üks heeliumi aatom. Ja igast reaktsioonis osalevast vesinikugrammist vabaneb 6x10 11 J energiat! Maal piisaks sellest energiahulgast 1000 m 3 vee soojendamiseks temperatuurilt 0 °C keemistemperatuurini.

Päikeseenergia potentsiaal

Päike annab meile 10 000 korda rohkem tasuta energiat, kui seda kogu maailmas tegelikult kasutatakse. Ainuüksi globaalsel kommertsturul ostetakse ja müüakse veidi alla 85 triljoni (8,5 x 10 13) kWh energiat aastas. Kuna kogu protsessi on võimatu jälgida, on võimatu kindlalt öelda, kui palju mitteärilist energiat inimesed tarbivad (näiteks kui palju puitu ja väetist kogutakse ja põletatakse, kui palju vett kulub mehaanilise või elektrienergia tootmiseks ). Mõnede ekspertide hinnangul moodustab selline mitteäriline energia viiendiku kogu kasutatavast energiast. Kuid isegi kui see nii on, moodustab inimkonna aasta jooksul tarbitud energia kogusumma vaid ligikaudu seitsme tuhande osa päikeseenergiast, mis samal perioodil Maa pinda tabab.

Arenenud riikides, näiteks USA-s, kulub energiat ligikaudu 25 triljonit (2,5 x 10 13) kWh aastas, mis vastab enam kui 260 kWh-le inimese kohta päevas. See arv on samaväärne rohkem kui saja 100 W hõõglambi töötamisega terve päeva jooksul iga päev. Keskmine USA kodanik tarbib 33 korda rohkem energiat kui indialane, 13 korda rohkem kui hiinlane, kaks ja pool korda rohkem kui jaapanlane ning kaks korda rohkem kui rootslane.



Me elame tulevikumaailmas, kuigi see pole kõigis piirkondades märgatav. Igal juhul arutletakse täna progressiivsetes ringkondades tõsiselt uute energiaallikate arendamise võimaluse üle. Üks paljutõotavamaid valdkondi on päikeseenergia.

Hetkel saadakse päikesekiirguse töötlemisest umbes 1% Maal leiduvast elektrist. Miks me siis pole veel loobunud teistest "kahjulikest" meetoditest ja kas me üldse loobume? Kutsume teid lugema meie artiklit ja proovima sellele küsimusele ise vastata.

Kuidas päikeseenergia muudetakse elektriks

Alustame kõige olulisemast – kuidas päikesekiiri töödeldakse elektriks.

Protsessi ennast nimetatakse "Päikeseenergia põlvkond" . Kõige tõhusamad viisid selle tagamiseks on järgmised:

  • fotogalvaanika;
  • päikese soojusenergia;
  • päikesepalliga elektrijaamad.

Vaatame igaüht neist.

Fotogalvaanika

Sel juhul ilmneb elektrivool tänu fotogalvaaniline efekt. Põhimõte on järgmine: päikesevalgus tabab fotoelementi, elektronid neelavad footonite (valgusosakeste) energia ja hakkavad liikuma. Selle tulemusena saame elektripinge.

Täpselt selline protsess toimub päikesepaneelides, mis põhinevad elementidel, mis muudavad päikesekiirguse elektriks.

Fotogalvaaniliste paneelide disain ise on üsna paindlik ja võib olla erineva suurusega. Seetõttu on neid väga praktiline kasutada. Lisaks on paneelidel kõrged jõudlusomadused: need on vastupidavad sademetele ja temperatuurimuutustele.

Ja siin on, kuidas see töötab eraldi päikesepaneeli moodul:

Saate lugeda päikesepaneelide kasutamisest laadijatena, eramajade toiteallikatena, linnade parendamiseks ja meditsiinilistel eesmärkidel.

Kaasaegsed päikesepaneelid ja elektrijaamad

Viimased näited hõlmavad ettevõtte päikesepaneele SixtuseSolar. Erinevalt traditsioonilistest tumesinistest paneelidest võib neil olla mis tahes varjund ja tekstuur. See tähendab, et nendega saab maja katuse “kaunistada” vastavalt soovile.

Teise lahenduse pakkusid välja Tesla arendajad. Nad ei toonud turule mitte ainult paneele, vaid ka täisväärtuslikku katusematerjali, mis töötleb päikeseenergiat. sisaldab sisseehitatud päikesemooduleid ja võib olla ka väga erineva disainiga. Samas on materjal ise palju tugevam kui tavalised katusekivid, Solar Roofil on isegi lõputu garantii.

Täisväärtusliku päikeseelektrijaama näide on hiljuti Euroopas ehitatud kahepoolsete paneelidega jaam. Viimased koguvad nii otsest päikesekiirgust kui ka peegeldavat kiirgust. See võimaldab teil suurendada päikeseenergia tootmise efektiivsust 30%. See jaam peaks tootma umbes 400 MWh aastas.

Huvi pakub ka suurim ujuv päikeseelektrijaam Hiinas. Selle võimsus on 40 MW. Sellistel lahendustel on kolm olulist eelist:

  • pole vaja hõivata suuri maa-alasid, mis on Hiina jaoks olulised;
  • reservuaarides väheneb vee aurustumine;
  • Fotoelemendid ise soojenevad vähem ja töötavad tõhusamalt.

Muide, see ujuv päikeseelektrijaam ehitati mahajäetud söekaevandusettevõtte kohale.

Fotogalvaanilisel efektil põhinev tehnoloogia on täna kõige lootustandvam ning ekspertide hinnangul suudavad päikesepaneelid järgmise 30-40 aasta jooksul toota umbes 20% maailma elektrivajadusest.

Päikese soojusenergia

Siin on lähenemine veidi erinev, sest... päikesekiirgust kasutatakse vedelikku sisaldava anuma soojendamiseks. Tänu sellele muutub see auruks, mis pöörab turbiini, mille tulemusena tekib elektrienergia.

Soojuselektrijaamad töötavad samal põhimõttel, ainult vedelikku soojendatakse söe põletamisega.

Kõige ilmsem näide selle tehnoloogia kasutamisest on Ivanpah päikesejaam Mojave kõrbes. See on maailma suurim päikesesoojuselektrijaam.

See on tegutsenud alates 2014. aastast ja ei kasuta elektri tootmiseks kütust – ainult keskkonnasõbralikku päikeseenergiat.

Veeboiler asub tornides, mida näete konstruktsiooni keskel. Ümberringi on peeglite väli, mis suunavad päikesekiired torni tippu. Samal ajal pöörab arvuti neid peegleid pidevalt olenevalt päikese asukohast.


Päikesevalgus keskendub tornile

Kontsentreeritud päikeseenergia mõjul soojeneb vesi tornis ja muutub auruks. See tekitab survet ja aur hakkab turbiini pöörlema, mille tulemusena vabaneb elekter. Selle jaama võimsus on 392 megavatti, mida saab hõlpsasti võrrelda Moskva keskmise soojuselektrijaamaga.

Huvitaval kombel võivad sellised jaamad töötada ka öösel. See on võimalik, asetades osa kuumutatud aurust hoidlasse ja kasutades seda järk-järgult turbiini pöörlemiseks.

Päikesepalliga elektrijaamad

Sellel originaalsel lahendusel, kuigi laialdaselt kasutusel pole, on siiski oma koht.

Installatsioon ise koosneb 4 põhiosast:

  • Aerostaat – asub taevas, kogub päikesekiirgust. Vesi siseneb palli ja kuumeneb kiiresti, muutudes auruks.
  • Aurutorustik - läbi selle laskub rõhu all olev aur turbiini, pannes selle pöörlema.
  • Turbiin - auruvoolu mõjul pöörleb, genereerides elektrienergiat.
  • Kondensaator ja pump - turbiini läbinud aur kondenseerub vette ja tõuseb pumba abil õhupalli, kus see taas kuumutatakse auruolekusse.

Millised on päikeseenergia eelised

  • Päike annab meile oma energiat veel mitu miljardit aastat. Samal ajal ei pea inimesed selle ammutamiseks raha ja ressursse kulutama.
  • Päikeseenergia tootmine on täiesti keskkonnasõbralik protsess, mis ei ohusta loodust.
  • Protsessi autonoomia. Päikesevalguse kogumine ja elektri tootmine toimub inimese minimaalse sekkumisega. Ainus asi, mida pead tegema, on hoida oma tööpinnad või peeglid puhtad.
  • Ammendatud päikesepaneele saab taaskasutada ja tootmises taaskasutada.

Päikeseenergia arendamise probleemid

Hoolimata ideede elluviimisest päikeseelektrijaamade öösel töötamise säilitamiseks, pole keegi looduse kapriiside eest kaitstud. Mitmepäevane pilvine taevas vähendab oluliselt elektritootmist, kuid elanikkond ja ettevõtted vajavad katkematut elektrivarustust.

Päikeseelektrijaama ehitamine pole odav nauding. Selle põhjuseks on vajadus kasutada nende kujundamisel haruldasi elemente. Mitte kõik riigid ei ole valmis raiskama eelarveid vähem võimsatele elektrijaamadele, kui on olemas töötavad soojus- ja tuumajaamad.

Selliste paigaldiste paigutamiseks on vaja suuri alasid ja kohtades, kus päikesekiirgus on piisaval tasemel.

Kuidas arendatakse päikeseenergiat Venemaal?

Kahjuks põletab meie riik endiselt täistuuridel kivisütt, gaasi ja naftat ning Venemaa läheb kindlasti viimaste seas täielikult alternatiivenergiale üle.

Tänaseks päikeseenergia tootmine moodustab ainult 0,03% Venemaa Föderatsiooni energiabilansist. Võrdluseks, Saksamaal on see näitaja üle 20%. Eraettevõtjad ei ole huvitatud päikeseenergiasse investeerimisest pika tasuvusaja ja mitte nii kõrge tasuvuse tõttu, sest gaas on meil palju odavam.

Majanduslikult arenenud Moskva ja Leningradi piirkondades on päikese aktiivsus madal. Seal pole päikeseelektrijaamade ehitamine lihtsalt otstarbekas. Kuid lõunapoolsed piirkonnad on üsna paljulubavad.

Seega on see meie riigis üks suuremaid. See koosneb 100 tuhandest moodulist, mille koguvõimsus on 25 MW. Toodetud elekter tarnitakse Venemaa ühtsesse energiasüsteemi (UES).

Tänapäeva võimsaim on SES Perovo, mis asub Krimmi Vabariigis. See toodab üle 105 MW, mis oli jaama avamise ajal maailmarekord. SES Perovo koosneb 440 000 fotogalvaanilisest moodulist ja hõlmab 259 jalgpalliväljakut.

Üldiselt on päikeseenergia Krimmis hästi arenenud – seal on üle tosina päikeseelektrijaama, mille võimsus on 20 MW või rohkem. Tõsi, kogu saadud elekter kulub puhtalt poolsaare vajadusteks.

2020. aastaks plaanitakse Venemaale rajada 4 suurt päikeseelektrijaama, mille võimsus suurendab päikeseenergia osakaalu 1%ni riigi kogu energiabilansist.

Seega võime täna kindlalt väita, et päikeseenergiast on lähitulevikus võimalik saada täieõiguslik alternatiiv traditsioonilistele elektritootmismeetoditele. Ja isegi Venemaal areneb see tööstus, kuigi aeglaselt, kuid areneb.

Päikese energia on vaid footonite voog. Ja samal ajal on see üks põhitegureid, mis tagab elu olemasolu meie biosfääris. Seetõttu on täiesti loomulik, et inimesed kasutavad päikesevalgust aktiivselt mitte ainult kliima aspektist, vaid ka alternatiivse energiaallikana.

Kus kasutatakse päikeseenergiat?

Päikeseenergia kasutusala on väga lai ja iga aastaga suureneb see. Nii tajuti just hiljuti päikeseküttekehaga maadušši millegi erakordsena ning päikesevalguse kasutamise võimalus kodu elektrivõrkudes tundus fantastiline. Tänapäeval ei üllata te kedagi mitte ainult autonoomse päikesejaamaga, vaid ka päikeseenergial töötavate mobiililaadijate ja isegi fotogalvaanilise efekti toiteallikaga (näiteks kellad).

Üldiselt on päikeseenergia kasutamise järele suur nõudlus sellistes valdkondades nagu:

  • Põllumajandus;
  • Sanatooriumite ja pansionaatide energiavarustus;
  • Kosmosetööstus;
  • Keskkonnakaitse ja ökoturism;
  • Kaugete ja raskesti ligipääsetavate piirkondade elektrifitseerimine;
  • Tänava-, aia- ja dekoratiivvalgustus;
  • Elamu- ja kommunaalteenused (soe vesi, majavalgustus);
  • Mobiiltehnoloogia (päikeseenergial töötavad vidinad ja laadimismoodulid).

Kui varem kasutati päikeseenergiat peamiselt kosmosetööstuses (satelliitide, jaamade jne toiteallikas) ja tööstuses, siis aja jooksul hakati igapäevaelus aktiivselt arendama alternatiivset energiat. Mõned esimesed päikeseseadmetega varustatud rajatised olid lõunapoolsed pansionaadid ja sanatooriumid, eriti need, mis asusid eraldatud piirkondades.

Päikesepaigaldised ja nende eelised

Esimeste päikesemoodulite edukas kasutamine tõestas, et päikeseenergial on traditsiooniliste allikate ees palju eeliseid. Varem olid päikeseelektrijaamade peamised eelised vaid keskkonnasõbralikkus ja ammendamatu (nagu ka päikesevalgusevaba).

Kuid tegelikult on eeliste loend palju laiem:

  • Autonoomia, kuna pole vaja välist energiakommunikatsiooni;
  • Stabiilne toiteallikas, tänu oma eripärale ei allu päikesevool pingetõusudele;
  • Tasuv, kuna raha kulutatakse ainult üks kord paigalduse paigaldamise ajal;
  • Tugev kasutusiga (üle 20 aasta);
  • Aastaringne kasutus, päikesepatareipaigaldised töötavad efektiivselt ka pakase ja pilvise ilmaga (fektiivsuse kerge langusega);
  • Lihtsus ja hoolduse lihtsus, kuna paneelide esikülgi on vaja ainult aeg-ajalt mustusest puhastada.

Ainsaks puuduseks on sõltuvus päikesest ja asjaolu, et sellised paigaldised ei tööta öösel. Kuid see probleem lahendatakse spetsiaalsete akude ühendamisega, millesse kogutakse päeva jooksul tekkiv päikeseenergia.

Fotoenergia

Fotoenergia on üks kahest päikesekiirguse kasutamise viisist. See on alalisvool, mis tekib päikesevalguse mõjul. See teisendus toimub niinimetatud fotoelementides, mis sisuliselt on kahe erinevat tüüpi pooljuhi kahekihiline struktuur. Alumine pooljuht on p-tüüpi (elektronide puudumisega), ülemine on n-tüüpi elektronide ülejäägiga.

N-juhi elektronid neelavad neile langevate päikesekiirte energia ja lahkuvad oma orbiitidelt ning energiaimpulss on piisav, et nad saaksid p-juhi tsooni liikuda. See tekitab suunatud elektronide voolu, mida nimetatakse fotovooluks. Teisisõnu, kogu konstruktsioon töötab omamoodi elektroodidena, milles päikese mõjul tekib elekter.

Selliste fotoelementide tootmiseks kasutatakse räni. Seda seletatakse asjaoluga, et räni on esiteks laialt levinud ja teiseks ei nõua selle tööstuslik töötlemine suuri kulutusi.

Ränist fotoelemendid on:

  • Monokristalliline. Need on valmistatud monokristallidest ja neil on ühtlane struktuur veidi kõrgema efektiivsusega (umbes 20%), kuid need on kallimad.
  • Polükristalliline. Need on polükristallide kasutamise tõttu ebaühtlase struktuuriga ja veidi madalama kasuteguriga (15-18%), kuid on palju odavamad kui monovariandid.
  • Õhuke film. Need on valmistatud amorfse räni pihustamise teel õhukese kilega substraadile. Neid eristab paindlik struktuur ja madalaim tootmiskulu, kuid neil on kaks korda suuremad mõõtmed võrreldes sama võimsusega kristalsete analoogidega.

Iga tüüpi raku rakendusala on väga ulatuslik ja selle määravad selle tööomadused.

Päikesekollektorid

Päikeseenergia muundurina kasutatakse ka päikesekollektoreid, kuid nende tööpõhimõte on täiesti erinev. Nad muudavad langeva valguse mitte elektrienergiaks, vaid soojusenergiaks, kuumutades jahutusvedelikku. Neid kasutatakse kas sooja veevarustuseks või majade kütmiseks. Iga kollektori põhielement on absorber, tuntud ka kui jahutusradiaator. Absorber on kas tasane plaat või torukujuline evakueeritud süsteem, mille sees ringleb jahutusvedelik (see on kas tavaline vesi või antifriis). Veelgi enam, neeldumiskoefitsientide suurendamiseks tuleb neelduja värvida mustaks spetsiaalse värviga.

Neeldurite tüübi alusel jagatakse kollektorid lame- ja vaakumkollektoriteks. Lamedate jaoks on soojusneelduja valmistatud metallplaadi kujul, millele on altpoolt joodetud metallist mähis koos jahutusvedelikuga. Vaakumneeldurid on valmistatud mitmest otstest üksteisega ühendatud klaastorust. Torud tehakse topelt, seinte vahele tekib vaakum, sisse pannakse jahutusvedelikuga varras. Kõik vardad suhtlevad üksteisega spetsiaalsete pistikute kaudu torude ühenduskohtades.

Mõlemat tüüpi absorberid on paigutatud vastupidavasse kergesse korpusesse (tavaliselt valmistatud alumiiniumist või löögikindlast plastikust) ja on seintest usaldusväärselt soojusisoleeritud. Korpuse esikülg on kaetud läbipaistva põrutuskindla klaasiga, millel on maksimaalne footonite läbilaskvus. See tagab päikeseenergia parema neeldumise.

Toimimise omadused

Mõlemat tüüpi kollektorite tööpõhimõte on sarnane. Kuumutades kollektoris kõrgete temperatuurideni, liigub jahutusvedelik läbi ühendusvoolikute soojusvahetuspaaki, mis täidetakse veega. See läbib paagi serpentiintoru kaudu, andes oma soojuse veele. Jahutatud jahutusvedelik väljub paagist ja juhitakse tagasi kollektorisse. Sisuliselt on see omamoodi "päikeseenergia" boiler, ainult küttespiraali asemel kasutatakse paagis olevat spiraali ja elektrivõrgu asemel päikesevalgust.

Konstruktsioonierinevused määravad ka erinevuse vaakum- ja lamekollektorite kasutuses. Päikesekiirguse kasutamine vaakummudelite abil on võimalik aastaringselt, sealhulgas talvel ja väljaspool hooaega. Lamedad variandid töötavad paremini suvel. Need on aga odavamad ja lihtsamad kui vaakumseadmed, seega sobivad need optimaalselt hooajaliseks kasutamiseks.

Päikeseenergia linnades (ökomajad)

Päikeseenergiat kasutatakse aktiivselt mitte ainult eramajade, vaid ka linnahoonete jaoks. Kuidas inimesed megalinnades päikeseenergiat kasutavad, pole raske arvata. Seda kasutatakse ka hoonete kütmiseks ja sooja veevarustuseks, sageli tervete kvartalite jaoks.

Viimastel aastatel on aktiivselt arendatud ja juurutatud täielikult alternatiivsetest energiaallikatest toidetavate ökomajade kontseptsiooni. Nad kasutavad kombineeritud süsteeme päikese-, tuule- ja soojusenergia tõhusaks hankimiseks maapinnast. Sageli ei kata sellised majad täielikult oma energiavajadust, vaid kannavad ülejäägi ka linnavõrkudesse. Pealegi on Venemaal selliste ökoehitiste projektid ilmunud üsna hiljuti.

Päikesejaamad ja nende tüübid

Kõrge insolatsiooniga lõunapiirkondades ei ehitata mitte ainult üksikuid päikeseelektrijaamu, vaid terveid jaamu, mis toodavad energiat tööstuslikus mastaabis. Nende poolt toodetud päikeseenergia hulk on väga suur ja paljud sobiva kliimaga riigid on juba alustanud kogu energiasüsteemi järkjärgulist üleminekut sellele alternatiivsele võimalusele. Põhimõtteliselt jaotatakse jaamad fototermilisteks ja fotoelektrilisteks. Esimesed töötavad kollektormeetodil ja varustavad maju sooja veega varustamiseks, teised toodavad otse elektrit.

Päikeseelektrijaamu on mitut tüüpi:

  • Torn. Võimaldab saada generaatoritesse tarnitavat ülekuumendatud veeauru. Jaama keskel asub veehoidlaga torn, mille ümber on paigutatud heliostaadid (peegel), mis suunavad kiired reservuaarile. Need on üsna tõhusad jaamad, nende peamiseks puuduseks on peeglite täpse positsioneerimise raskus.
  • Plaadikujuline. Need koosnevad päikeseenergia vastuvõtjast ja reflektorist. Reflektor on plaadikujuline peegel, mis koondab kiirguse vastuvõtjale. Sellised päikeseenergia kontsentraatorid asuvad vastuvõtjast lühikese vahemaa kaugusel ja nende arvu määrab paigalduse vajalik võimsus.
  • Paraboolne. Jahutusvedelikuga (tavaliselt õliga) torud asetatakse pika paraboolpeegli fookusesse. Kuumutatud õli annab veele soojust, mis keeb ja paneb generaatorid pöörlema.
  • Aerostaatiline. Tegelikult on need kõige tõhusamad ja mobiilsemad päikesejaamad Maal. Nende põhielemendiks on veeauruga täidetud fotogalvaanilise kihiga õhupall. See tõuseb kõrgele atmosfääri (tavaliselt pilvede kohale). Pallist kuumutatud aur juhitakse painduva aurutoru kaudu turbiini, kondenseerub väljalaskeava juures ja vesi pumbatakse tagasi palli sisse. Palli sattudes vesi aurustub ja tsükkel jätkub.
  • Fotopatareidel. Need on juba tuttavad päikeseenergial töötavad paigaldised, mida kasutatakse eramajades. Need tagavad elektri ja vee soojendamise vajalikus mahus.

Tänapäeval mängivad mitmete riikide energiatootmises üha olulisemat rolli erinevat tüüpi päikesejaamad (sh kombineeritud, mitut tüüpi kombineerivad). Ja mõned osariigid korraldavad oma energiasektorit ümber selliselt, et mõne aasta pärast minnakse peaaegu täielikult üle alternatiivsetele süsteemidele.