L'ús de l'energia solar, l'energia solar: història del desenvolupament, pros i contres
La moda de les energies alternatives està agafant força. A més, l'èmfasi es posa en les fonts d'energia renovables: marees, vent, solar. L'energia solar (o fotovoltaica) es considera un dels sectors industrials de més ràpid creixement. Sovint afirmacions molt optimistes com el fet que tota l'energia dels propers temps, ni menys, es basarà en l'energia solar.
En sentit estricte, l'energia d'una estrella anomenada Sol està present en forma "conservada" en tot tipus de combustibles fòssils: carbó, petroli, gas. Aquesta energia comença a acumular-se en l'etapa de creixement de les plantes, que consumeixen llum solar i calor, que, a causa de processos biològics complexos, es converteixen en fòssils de carboni. L'energia de l'aigua, la seva circulació també està sostinguda pel Sol.
La densitat de l'energia solar al límit superior de l'atmosfera és de 1350 W/m2, s'anomena «constante solar». Quan els raigs del sol travessen l'atmosfera terrestre, una part de la radiació es dispersa.Però fins i tot a la superfície de la Terra, la seva densitat és suficient per a un possible ús, fins i tot en temps ennuvolat.
La història del desenvolupament
L'efecte fotovoltaic (és a dir, l'aparició d'un corrent estacionari en un material homogeni amb la seva fotoexcitació homogènia) va ser descobert l'any 1839 pel físic francès Alexandre-Edmond Becquerel. Una mica més tard, l'anglès Willoughby Smith i l'alemany Heinrich-Rudolph Hertz van descobrir de manera independent la fotoconductivitat del seleni i la fotoconductivitat ultraviolada.
El 1888 es va patentar el primer "dispositiu de recuperació de la radiació solar" a Amèrica. Els primers assoliments dels científics russos en el camp de la fotoconductivitat es remunten a l'any 1938. Aleshores, al laboratori de l'acadèmic Abram Joffe, es va crear per primera vegada un element de conversió d'energia solar, que es preveia utilitzar en energia solar.
El desenvolupament de l'energia solar terrestre va ser precedit per una gran quantitat de treball dels científics (inclosos els físics de l'Escola Científica de Leningrad-Petersburg Boris Kolomiets i Yuri Maslakovts) en el camp de les bateries solars amb finalitats espacials. Van crear a l'Institut de Física i Tecnologia de Leningrad fotocèl·lules de sofre de talli, l'eficiència de les quals era igual a l'1%, un rècord real per a aquella època.
Abram Joffe també es va convertir en l'autor de l'ara popular solució d'instal·lació fotocèl·lules als terrats (tot i que la idea no es va entendre molt al principi només pel fet que ningú estava experimentant una escassetat de combustibles fòssils en aquell moment). Avui dia, països com Alemanya, EUA, Japó, Israel instal·len cada cop més plaques solars als terrats dels edificis, creant així "cases eficients energèticament".
L'energia solar va començar a atreure més interès a la segona meitat del segle XX.Gràcies als desenvolupaments pràctics en aquest àmbit, es van crear centrals tèrmiques, on el refrigerant s'escalfa per radiació solar directa, i un generador turboelèctric impulsa el vapor generat a la caldera.
Amb l'acumulació de coneixements i el progrés de la teoria a la pràctica, sorgeix la qüestió de la rendibilitat de la generació solar. Inicialment, les tasques de l'energia solar no anaven més enllà del subministrament d'objectes locals, per exemple, de difícil accés o allunyats del sistema elèctric central. Ja el 1975, la potència total de totes les instal·lacions solars del planeta era de només 300 kW, i el preu d'un quilowatt màxim de potència va arribar als 20 mil dòlars.
Principi de funcionament de les centrals solars:
Com es converteix l'energia solar en electricitat
Tipus habituals de plaques solars
Però, per descomptat, treure el sol, fins i tot sense tenir en compte el component econòmic, va requerir una eficiència significativament més gran. I ho van aconseguir una mica. L'eficiència dels moderns generadors de semiconductors de silici ja és del 15-24% (vegeu: Eficiència de cèl·lules i mòduls solars), per això (a més de la seva baixada de preu) avui hi ha una demanda constant.
La producció de plaques solars ha estat dominada per grans empreses mundials com Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell i altres. El cost d'un watt d'energia elèctrica instal·lada de cèl·lules solars semiconductors va baixar a 2 dòlars.
Fins i tot a l'època soviètica, es calculava que 4.000 km2 de mòduls solars podien cobrir les necessitats anuals d'electricitat del món sencer. I l'eficiència de les bateries en aquell moment no superava el 6%.
El segle passat, es van establir centrals d'energia solar (SPP) de 10 megawatts als EUA, França, Espanya, Itàlia i altres països "solars". A l'URSS es va construir la primera planta solar experimental amb una potència de 5 MW a la península de Kerch, on el nombre de dies assolellats a l'any és un dels més alts de la regió.
Algunes d'aquestes estacions encara estan en funcionament, moltes han deixat de funcionar, però es pot dir que en principi no poden competir amb els moderns sistemes solars fotovoltaics.
Centrals d'energia solar:
professionals
Els punts forts de l'energia solar són evidents per a tothom i no necessiten una explicació detallada.
En primer lloc, els recursos del Sol duraran molt de temps: els científics estimen que la vida útil d'una estrella és d'uns 5.000 milions d'anys.
En segon lloc, l'ús de l'energia solar no amenaça les emissions de gasos d'efecte hivernacle, l'escalfament global i la contaminació ambiental general, és a dir. no afecta l'equilibri ecològic del planeta.
Una planta fotovoltaica amb una capacitat d'1 MW anual produeix uns 2 milions de kW, això evita emissions de diòxid de carboni en comparació amb una central de combustió en els volums següents: en gas unes 11 mil tones, en productes petroliers 1,1-1,5 mil tones, en carbó 1,7-2,3 mil tones...
Contres
Els colls d'ampolla de l'energia solar inclouen, en primer lloc, l'eficiència encara no prou alta i, en segon lloc, el cost no prou baix per quilowatt hora, cosa que planteja preguntes sobre l'ús generalitzat de qualsevol font d'energia renovable.
A això s'afegeix el fet que una bona quantitat de radiació solar a la superfície terrestre es dispersa sense control.
La seguretat del medi ambient també està estrictament en qüestió; després de tot, encara no està clar què fer amb l'eliminació dels elements usats.
Finalment, el grau d'estudi de l'energia solar —diguin el que diguin— encara està lluny de ser perfecte.
La baula més feble de l'energia solar és la baixa eficiència de les bateries; la solució a aquest problema és només qüestió de temps.
Ús
Sí, obtenir energia del Sol no és el projecte més barat. Però, primer, durant els darrers trenta anys, un watt generat amb fotocèl·lules s'ha tornat deu vegades més barat. I en segon lloc, el desig dels països europeus de reduir la dependència de les fonts d'energia tradicionals juga el paper de l'energia solar. A més, no us oblideu del Protocol de Kyoto. Ara podem dir que l'energia solar es desenvolupa a un ritme constant tant des del punt de vista de la ciència com des del punt de vista del comerç.
Avui en dia, l'energia solar s'utilitza més activament amb tres finalitats:
-
calefacció i aigua calenta i aire condicionat;
-
conversió en energia elèctrica mitjançant convertidors solars fotovoltaics;
-
generació d'energia a gran escala basada en el cicle tèrmic.
L'energia solar no s'ha de convertir en electricitat, però és molt possible utilitzar-la com a calor. Per exemple, per a la calefacció i l'aigua calenta d'instal·lacions residencials i industrials.
La base del principi de funcionament del disseny de sistemes de calefacció solar és l'escalfament d'anticongelant.Llavors, la calor es transfereix als dipòsits d'emmagatzematge, normalment situats al soterrani, i des d'allà es consumeix.
Un dels majors consumidors potencials d'energia fotovoltaica és el sector agrícola, que pot consumir de manera independent centenars de megawatts d'energia solar màxima a l'any. A això s'hi pot afegir suport de navegació, potència per a sistemes de telecomunicacions, sistemes per a l'estació i el negoci de salut i turisme, així com xalets, fanals solars i molt més.
Avui en dia, s'està plantejant seriosament la possibilitat d'una manera absolutament fantàstica, des del punt de vista dels profans, d'utilitzar l'energia solar. Per exemple, projectes d'òrbita al voltant d'estacions solars o, encara més fantàstic, centrals d'energia solar a la Lluna.
I, efectivament, aquests projectes n'hi ha. A l'espai, la concentració d'energia solar és molt més alta en comparació amb el nostre planeta blau. La transmissió d'energia a la Terra és possible mitjançant radiació de llum dirigida (làser) o ultraalta freqüència (microones).
Continuant amb el tema: Fer créixer l'energia solar al món