Päikeseenergia kasutamine, päikeseenergia - arengulugu, plussid ja miinused

Alternatiivenergia mood kogub hoogu. Pealegi on rõhk taastuvatel energiaallikatel — loodetel, tuulel, päikesel. Päikeseenergiat (või fotogalvaanikat) peetakse üheks kiiremini kasvavaks tööstussektoriks. Üsna sageli väga optimistlikud väited, nagu näiteks tõsiasi, et kogu tulevaste aegade energia põhineb päikeseenergial.

Rangelt võttes on Päikeseks kutsutava tähe energia "konserveeritud" kujul olemas igat tüüpi fossiilkütustes – kivisöes, naftas, gaasis. See energia hakkab kogunema päikesevalgust ja soojust tarbivate taimede kasvufaasis, mis keeruliste bioloogiliste protsesside tõttu muutuvad süsiniku fossiilideks. Vee energiat, selle ringlust toetab ka Päike.

Päikeseenergia tihedus atmosfääri ülempiiril on 1350 W / m2, seda nimetatakse "päikesekonstandiks". Kui päikesekiired läbivad Maa atmosfääri, hajub osa kiirgusest laiali.Kuid isegi Maa pinnal on selle tihedus võimalikuks kasutamiseks piisav isegi pilvise ilmaga.

Arengu ajalugu

Fotogalvaanilise efekti (st paigalvoolu ilmnemise homogeenses materjalis koos selle homogeense fotoergastusega) avastas 1839. aastal prantsuse füüsik Alexandre-Edmond Becquerel. Veidi hiljem avastasid inglane Willoughby Smith ja sakslane Heinrich-Rudolph Hertz iseseisvalt seleeni fotojuhtivuse ja ultraviolettkiirguse fotojuhtivuse.

1888. aastal patenteeriti Ameerikas esimene "päikesekiirguse taastamise seade". Venemaa teadlaste esimesed saavutused fotojuhtivuse vallas pärinevad aastast 1938. Siis loodi akadeemik Abram Joffe laboris esimest korda päikeseenergia muundamise element, mida plaaniti kasutada päikeseenergias.

Maapealse päikeseenergia arendamisele eelnes teadlaste (sh Leningradi-Peterburi Teadusliku Kooli füüsikute Boriss Kolomietsi ja Juri Maslakovtsi) suur töö kosmoseotstarbeliste päikesepatareide vallas. Nad lõid Leningradi Füüsika- ja Tehnoloogiainstituudis talliumväävlist fotoelemendid, mille kasutegur oli 1% - tolle aja tõeline rekord.

Abram Joffe sai ka nüüd populaarse paigalduslahenduse autoriks fotoelemendid katustel (kuigi idee ei jõudnud alguses laiemalt kohale lihtsalt sel põhjusel, et kellelgi ei olnud tol ajal fossiilkütuste puudust). Tänapäeval paigaldavad sellised riigid nagu Saksamaa, USA, Jaapan, Iisrael üha enam hoonete katustele päikesepaneele, luues nii "energiasäästlikke maju".

Päikeseenergia hakkas rohkem huvi pakkuma 20. sajandi teisel poolel.Tänu praktilistele arengutele selles valdkonnas loodi soojuselektrijaamad, kus jahutusvedelikku soojendatakse otsese päikesekiirgusega ning turboelektrigeneraator juhib katlas tekkivat auru.

Teadmiste kogunemisel ja teooriast praktikasse liikumisega kerkib küsimus päikeseenergia tootmise tasuvusest. Esialgu ei ulatunud päikeseenergia ülesanded kaugemale kohalike, näiteks raskesti ligipääsetavate või tsentraalsest elektrisüsteemist eemal asuvate objektide varustamisest. Juba 1975. aastal oli kõigi planeedi päikesepatareide koguvõimsus vaid 300 kW ja võimsuse kilovati tipphind ulatus 20 tuhande dollarini.

Päikeseelektrijaamade tööpõhimõte:

Kuidas päikeseenergia muudetakse elektriks

Levinud päikesepaneelide tüübid

Kuid loomulikult nõudis päikeseenergia kasutuselevõtt – isegi ilma majanduslikku komponenti arvestamata – oluliselt suuremat efektiivsust. Ja neil õnnestus see mõnevõrra saavutada. Kaasaegsete räni pooljuhtgeneraatorite kasutegur on juba 15-24% (vt — Päikesepatareide ja moodulite efektiivsus), mistõttu (nagu ka nende hinnalangus) on tänapäeval pidev nõudlus.

Päikesepaneelide tootmise on meisterdanud suured globaalsed ettevõtted nagu Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell jt. Pooljuhtpäikesepatareide paigaldatud elektrienergia ühe vati hind langes 2 dollarile.

Isegi nõukogude ajal oli hinnanguliselt 4 tuhat km2 päikesemooduleid, mis suudavad katta kogu maailma aastase elektrivajaduse. Ja akude efektiivsus sel ajal ei ületanud 6%.

Möödunud sajandil rajati 10-megavatised päikeseelektrijaamad (SPP) USA-s, Prantsusmaal, Hispaanias, Itaalias ja teistes "päikeseenergia" riikides. NSV Liidus rajati Kertši poolsaarele esimene eksperimentaalne päikesejaam võimsusega 5 MW, kus päikesepaisteliste päevade arv aastas on piirkonna üks suuremaid.

Mõned neist jaamadest töötavad endiselt, paljud on lakanud töötamast, kuid võib kindlalt öelda, et nad ei suuda põhimõtteliselt konkureerida tänapäevaste päikeseenergiasüsteemidega.

Päikeseelektrijaamad:

Päikeseelektrijaamade tüübid

Ujuvad päikeseelektrijaamad

Päikesekontsentraatorid

professionaalid

Päikeseenergia tugevused on kõigile ilmsed ja ei vaja üksikasjalikku selgitust.

Esiteks jätkub Päikese ressursse kauaks — tähe elueaks hindavad teadlased umbes 5 miljardit aastat.

Teiseks ei ohusta päikeseenergia kasutamine kasvuhoonegaaside emissiooni, globaalset soojenemist ja üldist keskkonnareostust, s.t. ei mõjuta planeedi ökoloogilist tasakaalu.

1 MW võimsusega fotogalvaaniline elektrijaam toodab aastas umbes 2 miljonit kW, mis välistab süsihappegaasi emissiooni võrreldes põletuselektrijaamaga järgmistes mahtudes: gaasil umbes 11 tuhat tonni, naftasaadustel 1,1-1,5 tuhat tonni, kivisöel 1,7-2,3 tuhat tonni...

Miinused

Päikeseenergia kitsaskohtade hulka kuuluvad esiteks see, et kasutegur ei ole ikka veel piisavalt kõrge, ja teiseks, et kilovatt-tunni hind ei ole piisavalt madal – see tekitab küsimusi mis tahes taastuva energiaallika laialdase kasutamise kohta.

Sellele lisandub tõsiasi, et päris suur hulk päikesekiirgust maapinnal hajub kontrollimatult.

Ka keskkonnaohutus on rangelt küsimärgi all — pole ju ikka veel selge, mida kasutatud elementide utiliseerimisega peale hakata.

Lõpuks on päikeseenergia uurimise aste – mida iganes nad ka ei ütleks – ikka veel kaugel täiuslikkusest.

Päikeseenergia nõrgim lüli on akude madal efektiivsus; selle probleemi lahendus on vaid aja küsimus.

Kasutamine

Jah, Päikesest energia saamine ei ole kõige odavam projekt. Kuid esiteks on viimase kolmekümne aasta jooksul üks fotoelementide abil toodetud vatt kümme korda odavnenud. Ja teiseks mängib päikeseenergia rolli Euroopa riikide soov vähendada sõltuvust traditsioonilistest energiaallikatest. Ärge unustage ka Kyoto protokolli. Nüüd võib öelda, et päikeseenergia areneb ühtlases tempos nii teaduse kui ka kaubanduse seisukohalt.

Tänapäeval kasutatakse päikeseenergiat kõige aktiivsemalt kolmel eesmärgil:

• küte ja soe vesi ning kliimaseade;

• muundamine elektrienergiaks päikese fotogalvaaniliste muundurite abil;

• soojustsüklil põhinev suuremahuline elektritootmine.

Päikeseenergiat ei pea muutma elektriks, kuid seda on täiesti võimalik soojusena kasutada. Näiteks elamute ja tööstusrajatiste kütmiseks ja sooja vee jaoks.

Päikeseküttesüsteemide projekteerimise tööpõhimõtte aluseks on antifriisi kuumutamine.Seejärel suunatakse soojus akumulatsioonipaakidesse, mis asuvad tavaliselt keldris, ja tarbitakse sealt ära.

Üks suurimaid potentsiaalseid fotogalvaanilise energia tarbijaid on põllumajandussektor, mis suudab iseseisvalt tarbida sadu megavatti päikeseenergia tippvõimsust aastas. Sellele võib lisada navigatsioonitoe, telekommunikatsioonisüsteemide toite, kuurordi- ning tervise- ja turismiettevõtte süsteemid, aga ka villad, päikeseenergia tänavavalgustid ja palju muud.

Tänapäeval kaalutakse tõsiselt võimalust, et võhiku seisukohalt on täiesti fantastilised võimalused päikeseenergia kasutamiseks. Näiteks projektid tiirlemiseks ümber päikesejaamade või, mis veelgi fantastilisemalt, Kuu päikeseelektrijaamade jaoks.

Ja selliseid projekte tõepoolest on. Kosmoses on päikeseenergia kontsentratsioon meie sinise planeediga võrreldes palju suurem. Energia edastamine Maale on võimalik suunatud valguse (laser) või ülikõrge sagedusega (mikrolaine) kiirguse abil.

Teemat jätkates: Kasvata maailmas päikeseenergiat