Korištenje sunčeve energije, solarna energija - povijest razvoja, prednosti i mane
Moda za alternativnu energiju uzima sve više maha. Štoviše, naglasak je na obnovljivim izvorima energije — plima, vjetar, sunce. Solarna energija (ili fotonapon) smatra se jednim od najbrže rastućih industrijskih sektora. Nerijetko vrlo optimistične izjave poput one da će se sva energija nadolazećih vremena, ni manje ni više, temeljiti na sunčevoj energiji.
Strogo govoreći, energija zvijezde zvane Sunce prisutna je u "očuvanom" obliku u svim vrstama fosilnih goriva - ugljenu, nafti, plinu. Ta se energija počinje akumulirati u fazi rasta biljaka, koje troše sunčevu svjetlost i toplinu, koje se zbog složenih bioloških procesa pretvaraju u fosile ugljika. Energiju vode, njezino kruženje podržava i Sunce.
Gustoća sunčeve energije na gornjoj granici atmosfere je 1350 W/m2, naziva se «solarna konstanta». Kada sunčeve zrake prolaze kroz Zemljinu atmosferu, dio zračenja se raspršuje.Ali i na samoj površini Zemlje njegova je gustoća dovoljna za moguću upotrebu, čak i po oblačnom vremenu.
Povijest razvoja
Fotonaponski efekt (tj. pojavu stacionarne struje u homogenom materijalu s njegovom homogenom fotopobudom) otkrio je 1839. francuski fizičar Alexandre-Edmond Becquerel. Nešto kasnije, Englez Willoughby Smith i Nijemac Heinrich-Rudolph Hertz neovisno su otkrili fotovodljivost selena i ultraljubičastu fotovodljivost.
Godine 1888. u Americi je patentiran prvi "uređaj za povrat sunčevog zračenja". Prva dostignuća ruskih znanstvenika na području fotovodljivosti datiraju iz 1938. godine. Tada je u laboratoriju akademika Abrama Joffea prvi put stvoren element za pretvorbu sunčeve energije koji se planirao koristiti u solarnoj energiji.
Razvoju zemaljske solarne energije prethodio je veliki rad znanstvenika (uključujući fizičare Lenjingradsko-peterburške znanstvene škole Borisa Kolomietsa i Jurija Maslakovca) na području solarnih baterija za svemirske potrebe. Oni su u Lenjingradskom institutu za fiziku i tehnologiju stvorili fotoćelije od talij sumpora, čija je učinkovitost bila jednaka 1% - pravi rekord za to vrijeme.
Abram Joffe također je postao autor sada popularnog instalacijskog rješenja fotoćelije na krovovima (iako ideja isprva nije zaživjela jednostavno iz razloga što u to vrijeme nitko nije osjećao manjak fosilnih goriva). Danas zemlje poput Njemačke, SAD-a, Japana, Izraela sve više postavljaju solarne panele na krovove zgrada stvarajući tako „energetski učinkovite kuće“.
Solarna energija počela je privlačiti veći interes u drugoj polovici 20. stoljeća.Zahvaljujući praktičnom razvoju u ovom području, stvorene su termoelektrane, gdje se rashladna tekućina zagrijava izravnim sunčevim zračenjem, a turbo-električni generator pokreće paru koja se stvara u kotlu.
Akumulacijom znanja i napredovanjem od teorije do prakse, postavlja se pitanje isplativosti solarne proizvodnje. U početku, zadaće solarne energije nisu išle dalje od opskrbe lokalnih objekata, na primjer, teško dostupnih ili udaljenih od središnjeg elektroenergetskog sustava. Već 1975. godine ukupna snaga svih solarnih instalacija na planeti bila je samo 300 kW, a cijena vršnog kilovata snage dosegla je 20 tisuća dolara.
Princip rada solarnih elektrana:
Kako se sunčeva energija pretvara u električnu
Uobičajene vrste solarnih panela
Ali naravno, pokretanje solarne energije – čak i bez razmatranja ekonomske komponente – zahtijeva znatno veću učinkovitost. I uspjeli su to donekle postići. Učinkovitost modernih silicijskih poluvodičkih generatora već je 15-24% (vidi — Učinkovitost solarnih ćelija i modula), zbog čega (kao i zbog njihovog pada cijene) danas postoji stalna potražnja.
Proizvodnju solarnih panela ovladale su velike svjetske tvrtke kao što su Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell i druge. Cijena jednog vata instalirane električne energije poluvodičkih solarnih ćelija pala je na 2 dolara.
Još u sovjetsko doba procijenjeno je da je 4 tisuće km2 solarnih modula moglo pokriti godišnje potrebe za električnom energijom cijelog svijeta. A učinkovitost baterija u to vrijeme nije prelazila 6%.
U prošlom stoljeću solarne elektrane (SPP) od 10 megavata izgrađene su u SAD-u, Francuskoj, Španjolskoj, Italiji i drugim "solarnim" zemljama. U SSSR-u je na poluotoku Kerch izgrađena prva eksperimentalna solarna elektrana snage 5 MW, gdje je broj sunčanih dana u godini jedan od najvećih u regiji.
Neke od tih stanica još uvijek rade, mnoge su prestale s radom, ali slobodno se može reći da u principu ne mogu konkurirati modernim solarnim fotonaponskim sustavima.
Solarne elektrane:
profesionalci
Snage solarne energije očite su svima i ne zahtijevaju detaljna objašnjenja.
Prvo, resursi Sunca trajat će dugo — životni vijek zvijezde znanstvenici procjenjuju na oko 5 milijardi godina.
Drugo, korištenje sunčeve energije ne ugrožava emisije stakleničkih plinova, globalno zagrijavanje i opće zagađenje okoliša, tj. ne utječe na ekološku ravnotežu planeta.
Fotonaponska elektrana snage 1 MW godišnje proizvodi oko 2 milijuna kW čime se sprječava emisija ugljičnog dioksida u odnosu na elektranu na izgaranje u sljedećim količinama: na plin oko 11 tisuća tona, na naftne derivate 1,1-1,5 tisuća tona, na ugljen 1 ,7-2,3 tisuće tona...
Protiv
Uska grla solarne energije uključuju, prvo, još uvijek nedovoljno visoku učinkovitost, i drugo, nedovoljno nisku cijenu po kilovatsatu—nešto što postavlja pitanja o širokoj upotrebi bilo kojeg obnovljivog izvora energije.
Tome se pridodaje činjenica da se prilična količina sunčevog zračenja nekontrolirano raspršuje na Zemljinoj površini.
Sigurnost okoliša također je strogo upitna — uostalom, još uvijek nije jasno što učiniti s odlaganjem iskorištenih elemenata.
Konačno, stupanj proučavanja solarne energije - što god oni rekli - još je daleko od savršenog.
Najslabija karika solarne energije je niska učinkovitost baterija; rješenje ovog problema samo je pitanje vremena.
Korištenje
Da, dobivanje energije od Sunca nije najjeftiniji projekt. Ali, prvo, tijekom proteklih trideset godina, jedan vat proizveden pomoću fotoćelija postao je deset puta jeftiniji. I drugo, želja europskih zemalja da smanje ovisnost o tradicionalnim izvorima energije igra ulogu solarne energije. Također, ne zaboravite na Kyoto protokol. Sada možemo reći da se solarna energija razvija postojanim tempom i sa stajališta znanosti i sa stajališta trgovine.
Danas se solarna energija najaktivnije koristi u tri svrhe:
-
grijanje i topla voda te klimatizacija;
-
pretvorba u električnu energiju pomoću solarnih fotonaponskih pretvarača;
-
proizvodnja električne energije velikih razmjera temeljena na toplinskom ciklusu.
Sunčeva energija se ne mora pretvarati u električnu, ali je sasvim moguće koristiti je kao toplinu. Na primjer, za grijanje i toplu vodu stambenih i industrijskih objekata.
Osnova principa rada dizajna solarnih sustava grijanja je zagrijavanje antifriza.Toplina se zatim prenosi u spremnike, koji se obično nalaze u podrumu, i odatle se troši.
Jedan od najvećih potencijalnih potrošača fotonaponske energije je poljoprivredni sektor, koji samostalno može potrošiti stotine megavata vršne solarne energije godišnje. Tome se može dodati navigacijska podrška, napajanje za telekomunikacijske sustave, sustavi za odmarališta i zdravstveno-turističke djelatnosti, kao i vile, solarna ulična rasvjeta i drugo.
Danas se ozbiljno razmatra mogućnost apsolutno fantastičnih, s laičkog aspekta, načina korištenja sunčeve energije. Na primjer, projekti za orbitu oko solarnih stanica ili, još fantastičnije, solarne elektrane na Mjesecu.
A takvih projekata doista ima. U svemiru je koncentracija sunčeve energije puno veća u usporedbi s našim plavim planetom. Prijenos energije na Zemlju moguć je pomoću usmjerenog svjetlosnog (laserskog) ili ultravisokofrekventnog (mikrovalnog) zračenja.
Nastavak teme: Povećajte solarnu energiju u svijetu