A napenergia felhasználása a Földön. A napenergia felhasználásának kilátásai a Földön

2024 Szerző: Henry Conors | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-02-12 08:30

Ma az energiafogyasztás problémája meglehetősen akut – a bolygó erőforrásai nem végtelenek, és fennállása alatt az emberiség jóformán tönkretette azt, amit a természet adott. Jelenleg aktív szén- és olajbányászat folyik, amelyek készletei napról napra csökkennek. A gondolat ereje lehetővé tette az emberiség számára, hogy hihetetlen lépést tegyen a jövő felé, és atomenergiát használjon, ezzel együtt hatalmas veszélyt jelentve az egész környezetre.

A környezeti probléma nem kevésbé akut – az erőforrások aktív kitermelése és további felhasználása kedvezőtlenül befolyásolja a bolygó állapotát, megváltoztatva nemcsak a talaj természetét, de még az éghajlati viszonyokat is.

Ezért mindig is különös figyelmet fordítottak a természetes energiaforrásokra, például a vízre vagy a szélre. Végül annyi év aktív kutatás és fejlesztés után az emberiség „felnőtt” a napenergia felhasználásához a Földön. Róla szólunk tovább.

Mi olyan vonzó ebben?

Mielőtt konkrét példákra térnénk át, nézzük meg, miért érdeklődnek a kutatók világszerte ennyire az ilyen típusú energiatermelés iránt. Legfőbb értékének nevezhetjük a kimeríthetetlenséget. Számos hipotézis ellenére rendkívül kicsi annak a valószínűsége, hogy egy olyan csillag, mint a Nap, a közeljövőben kialszik. Ez azt jelenti, hogy az emberiségnek lehetősége van arra, hogy teljesen természetes módon tiszta energiát kapjon.

A napenergia földi felhasználásának második kétségtelen előnye ennek a lehetőségnek a környezetbarátsága. Ilyen körülmények között a környezetre gyakorolt hatás nulla lesz, ami viszont az egész világ számára sokkal szebb jövőt biztosít, mint az, amely a korlátozott földalatti erőforrások folyamatos kitermelésével nyílik meg.

Végül külön figyelmet kell fordítani arra, hogy a napenergia felhasználása jelenti a legkevesebb veszélyt az emberre.

Tényleg

Most térjünk a lényegre. A kissé költői "napenergia" név tulajdonképpen a sugárzás elektromos árammá történő átalakítását rejti speciálisan kifejlesztett technológiák segítségével. Ezt a folyamatot a fotovoltaikus cellák biztosítják, amelyeket az emberiség rendkívül aktívan használ saját céljaira, és meglehetősen sikeresen.

Napsugárzás

Történelmileg előfordult, hogy a „sugárzás” főnév több negatív asszociációt vált ki, mint pozitívat azokkal az ember okozta katasztrófákkal kapcsolatban, amelyeket a világ élete során túlélt. Mindazonáltal a Nap energiájának földi felhasználásának technológiája lehetővé teszi a vele való munkát.

Alapvetőenez a fajta sugárzás elektromágneses sugárzás, amelynek tartománya 2,8 és 3,0 mikron között van.

Az emberiség által oly sikeresen használt napspektrum valójában háromféle hullámból áll: ultraibolya (körülbelül 2%), körülbelül 49%-a fényhullám, és végül ugyanennyi az infravörös sugárzás. A napenergiának kevés egyéb összetevője van, de szerepük olyan jelentéktelen, hogy nincs különösebb hatásuk a Föld életére.

A Földet érő napenergia mennyisége

Most, hogy az emberiség javára használt spektrum összetételét meghatározták, meg kell jegyezni ennek az erőforrásnak még egy fontos jellemzőjét. A napenergia felhasználása a Földön azért is nagyon ígéretesnek tűnik, mert meglehetősen nagy mennyiségben, szinte minimális feldolgozási költségek mellett elérhető. Egy csillag által kibocsátott energia teljes mennyisége rendkívül magas, de körülbelül 47%-a éri el a Föld felszínét, ami hétszáz kvadrillió kilowattórának felel meg. Összehasonlításképpen megjegyezzük, hogy mindössze egy kilowattóra képes egy száz watt teljesítményű izzó tízéves működését biztosítani.

A Nap sugárzásának ereje és az energiafelhasználás a Földön természetesen számos tényezőtől függ: az éghajlati viszonyoktól, a sugarak beesési szögétől a felszínen, az évszaktól és a földrajzi elhelyezkedéstől.

Mikor és mennyit

Könnyű kitalálni, hogy a felszínre hulló napenergia napi mennyiségeA Föld folyamatosan változik, mivel közvetlenül függ a bolygó Naphoz viszonyított helyzetétől és magának a világítótestnek a mozgásától. Régóta ismert, hogy délben a sugárzás maximális, míg reggel és este sokkal kevesebb a felszínt érő sugarak száma.

Biztosan kijelenthetjük, hogy a napenergia felhasználása az egyenlítői sávhoz lehető legközelebb eső régiókban lesz a legtermékenyebb, hiszen ott minimális a különbség a legmagasabb és legalacsonyabb mutató között, ami azt jelzi, a bolygó felszínét érő sugárzás maximális mennyisége. Például a sivatagi afrikai területeken az éves sugárzás mennyisége átlagosan eléri a 2200 kilowattórát, míg Kanadában vagy például Közép-Európában nem haladják meg az 1000 kilowattórát.

Napenergia a történelemben

Ha a lehető legszélesebb körben gondolkodik, a bolygónkat melegítő nagy fénylő "megszelídítésére" irányuló kísérletek az ókorban, a pogányság idején kezdődtek, amikor minden elemet külön istenség testesített meg. Ekkor azonban természetesen szóba sem jöhetett a napenergia felhasználása – a varázslat uralkodott a világon.

A Nap energiájának földi felhasználásának témája csak a 14. század végén - a 20. század elején kezdett aktívan felmerülni. Igazi áttörést a tudományban 1839-ben ért el Alexander Edmond Becquerel, akinek sikerült a fotovoltaikus hatás felfedezője. A téma tanulmányozása jelentősen megnőtt, és 44 év után Charles Fritts meg tudta tervezni az elsőaranyozott szelén alapú modul. A Nap energiájának ez a felhasználása a Földön kis mennyiségű felszabaduló elektromosságot eredményezett - a teljes termelés ekkor nem haladta meg az 1%-ot. Mindazonáltal az egész emberiség számára ez igazi áttörést jelentett, új távlatokat nyitott meg a tudományban, amiről korábban még csak álmodni sem lehetett.

Albert Einstein maga is jelentősen hozzájárult a napenergia fejlesztéséhez. A modern világban a tudós neve gyakrabban fűződik híres relativitáselméletéhez, valójában azonban a Nobel-díjat pontosan a külső fotoelektromos hatás tanulmányozásáért kapta.

A napenergia felhasználásának technológiája a Földön a mai napig vagy gyors felfutásokat, vagy nem kevésbé gyors eséseket tapasztal, azonban ez a tudáság folyamatosan frissül új tényekkel, és remélhetjük, hogy a belátható jövőben, egy teljesen új világ kapuja nyílik meg előttünk. béke.

A természet ellenünk van

Már beszéltünk a Nap energiájának földi felhasználásának előnyeiről. Most pedig figyeljünk ennek a módszernek a hátrányaira, amelyek sajnos nem kisebbek.

A földrajzi elhelyezkedéstől, az éghajlati viszonyoktól és a Nap mozgásától való közvetlen függés miatt a megfelelő mennyiségű napenergia előállítása hatalmas területi költségeket igényel. A lényeg az, hogy minél nagyobb a napsugárzás fogyasztási és feldolgozási területe, annál nagyobb mennyiségű környezetbarát energiát kapunk a kimeneten. Az ilyenek elhelyezésea hatalmas rendszerek sok szabad helyet igényelnek, ami bizonyos nehézségeket okoz.

A napenergia földi felhasználásával kapcsolatos másik probléma közvetlenül a napszakhoz kapcsolódik, mivel a generáció éjjel nulla lesz, reggel és este pedig rendkívül jelentéktelen.

További kockázati tényező maga az időjárás – a körülmények hirtelen változása rendkívül negatív hatással lehet az ilyen rendszer működésére, mivel nehézségeket okoz a szükséges teljesítmény hibakeresésében. Bizonyos értelemben veszélyesek lehetnek azok a helyzetek, amikor a fogyasztás és a termelés mennyisége hirtelen megváltozik.

Tiszta, de drága

A napenergia felhasználása a Földön jelenleg nehézkes a magas költsége miatt. A fő folyamatok megvalósításához szükséges fotocellák meglehetősen magas költségekkel járnak. Természetesen az ilyen jellegű erőforrások felhasználásának pozitív oldalai megtérülnek, de gazdasági szempontból jelenleg nem kell a készpénzes költségek teljes megtérüléséről beszélni.

Amint azonban a trend mutatja, a napelemek ára fokozatosan csökken, így idővel ez a probléma teljesen megoldható.

Az eljárás kellemetlenségei

A Nap energiaforrásként való felhasználása azért is nehéz, mert az erőforrások feldolgozásának ez a módszere meglehetősen fáradságos és kényelmetlen. A sugárzás fogyasztása és feldolgozása közvetlenül függ a lemezek tisztaságától, aminek biztosítása meglehetősen problémás. Ráadásul rendkívülAz elemek felmelegedése is negatívan befolyásolja a folyamatot, amit csak a legerősebb hűtőrendszerek alkalmazásával lehet megakadályozni, ami további anyagköltséget igényel, és jelentős.

Ráadásul a napkollektorokban használt lemezek 30 év aktív munka után fokozatosan használhatatlanná válnak, a napelemek költségéről is szó esett már korábban.

Környezetvédelmi probléma

Korábban azt mondták, hogy az ilyen jellegű erőforrások használata a jövőben megmentheti az emberiséget a meglehetősen súlyos környezeti problémáktól. Az erőforrások forrása és a végtermék valóban a lehető legkörnyezetbarátabb.

Ennek ellenére a napenergia felhasználása, a napkollektorok működési elve az, hogy speciális fotocellákkal ellátott lemezeket használnak, amelyek előállításához sok mérgező anyag szükséges: ólom, arzén vagy kálium. Használatuk nem károsítja a környezetet, azonban korlátozott élettartamuk miatt idővel a lemezek ártalmatlanítása komoly problémát jelenthet.

A környezetre gyakorolt negatív hatások korlátozása érdekében a gyártók fokozatosan áttérnek a vékonyrétegű lapkákra, amelyek olcsóbbak és kevésbé károsak a környezetre.

A sugárzás energiává alakításának módszerei

Az emberiség jövőjéről szóló filmek és könyvek szinte mindig megközelítőleg ugyanazt a képet adják nekünk erről a folyamatról, amely valójábanjelentősen eltérhet a valóságtól. Számos módja van a konvertálásnak.

A legelterjedtebb a korábban leírt fotocellák használata.

Alternatív megoldásként az emberiség aktívan használja a napenergia-hőenergiát, speciális felületek felfűtésére alapozva, amely lehetővé teszi a víz melegítését a kapott hőmérséklet megfelelő irányával. Ha a lehető legnagyobb mértékben leegyszerűsíti ezt a folyamatot, összehasonlítható a magánházak nyári zuhanyozására használt tartályokkal.

A sugárzás energiatermelésre való felhasználásának másik módja a „napvitorla”, amely csak vákuumban tud működni. Ez a fajta rendszer a sugárzást mozgási energiává alakítja.

Az éjszakai termeléshiány problémáját részben megoldják a napelemes ballonos erőművek, amelyek működése a felszabaduló energia felhalmozódása és a hűtési folyamat időtartama miatt folytatódik.

Mi és a napenergia

A Föld nap- és szélenergia-forrásait meglehetősen aktívan használják, bár ezt gyakran nem vesszük észre. Korábban már szó esett a kültéri zuhany alatti víz népi melegítéséről. Valójában leggyakrabban a napenergiát használják erre a célra. Azonban sok más példa is van: szinte minden világítástechnikai üzletben találhatunk olyan tároló izzókat, amelyek a napközben felhalmozott energiának köszönhetően akár éjszaka is áram nélkül működnek.

A fotocellákon alapuló berendezéseket aktívan használják mindenféle szivattyútelepen és szellőzőrendszerben.

Tegnap, ma, holnap

Az emberiség egyik legfontosabb erőforrása a napenergia, felhasználásának kilátásai rendkívül magasak. Ezt az iparágat aktívan finanszírozzák, bővítik és fejlesztik. A napenergia jelenleg az Egyesült Államokban a legfejlettebb, ahol egyes régiók teljes értékű alternatív energiaforrásként használják. Ezenkívül ilyen típusú erőművek működnek a Mojave-sivatagban. Más országok már régóta az ilyen típusú villamosenergia-termelés felé irányulnak, ami hamarosan megoldhatja a környezetszennyezés problémáját.