Ηλιακή ενέργεια - αυτό ... Χρησιμοποιώντας ηλιακούς συλλέκτες

Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τις εναλλακτικές πηγές ενέργειας. Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο θα τελειώσει αργά ή γρήγορα, έτσι σκεφτείτε πώς πρόκειται να επιβιώσουν σε αυτή την κατάσταση, είναι απαραίτητο τώρα. Στην Ευρώπη, οι ανεμογεννήτριες που χρησιμοποιούνται ευρέως, ο οποίος προσπαθεί να εξάγει ενέργεια από τον ωκεανό, και μιλάμε για την ηλιακή ενέργεια. Μετά από όλα, το αστέρι, το οποίο βλέπουμε σχεδόν κάθε μέρα στον ουρανό, μπορεί να μας βοηθήσει να εξοικονομήσετε μη ανανεώσιμων πόρων και τη βελτίωση του περιβάλλοντος. Η αξία του ήλιου στη Γη δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί - δίνει θερμότητα, φως, και επιτρέπει τη λειτουργία όλης της ζωής στον πλανήτη. Γιατί λοιπόν να μην τον άλλο εφαρμογής βρείτε;

Μια μικρή ιστορία

Στο φυσικός μέσα του 19ου αιώνα Aleksandr Edmon Bekkerel ανακάλυψε το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Μέχρι το τέλος του αιώνα Charlz Fritts ανέπτυξε την πρώτη συσκευή μπορεί να επεξεργαστεί την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Χρησιμοποιήσαμε το σελήνιο επικαλυμμένα με ένα λεπτό στρώμα χρυσού. Η επίδραση ήταν αδύναμη, αλλά είναι αυτή η εφεύρεση συνδέεται συχνά με την έναρξη της ηλιακής ενέργειας εποχή. Μερικοί μελετητές δεν συμφωνούν με αυτή την σύνθεση. Κάλεσαν τον ιδρυτή της εποχής της ηλιακής ενέργειας παγκοσμίου φήμης επιστήμονας Αλμπέρτα Eynshteyna. Το 1921 έλαβε το βραβείο Νόμπελ για την εξήγησή του για τους νόμους του εξωτερικού φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Φαίνεται ότι η ηλιακή ενέργεια - αυτό είναι ένα ελπιδοφόρο δρόμο της ανάπτυξης. Αλλά υπάρχουν πολλά εμπόδια, ώστε να ταιριάζει σε κάθε σπίτι - κυρίως οικονομικούς και περιβαλλοντικούς. Τι περιλαμβάνεται στο κόστος των ηλιακών συλλεκτών, πόσο κακό μπορεί να προκαλέσει το περιβάλλον και ό, τι άλλο υπάρχουν τρόποι για την παραγωγή ενέργειας, μαθαίνουμε αργότερα.

συσσώρευση μέθοδοι

Το πιο επείγον καθήκον που συνδέεται με την εξημέρωση της ενέργειας του ήλιου, δεν είναι μόνο για να το παραλάβει, αλλά η συσσώρευση. Και αυτό είναι το πιο δύσκολο. Επί του παρόντος, οι επιστήμονες έχουν αναπτυχθεί μόνο 3 τρόποι για πλήρη εξημέρωση της ηλιακής ενέργειας.

Η πρώτη βασίζεται στη χρήση ενός παραβολικό κάτοπτρο και λίγο σαν να παίζουν με ένα μεγεθυντικό φακό, η οποία είναι γνωστή σε όλους από την παιδική ηλικία. Φως περνάει μέσα από το φακό, συγκεντρώνοντας σε ένα σημείο. Αν βάλετε ένα κομμάτι χαρτί, θα ανάψει η θερμοκρασία διέσχισε τις ακτίνες του ήλιου είναι εξαιρετικά υψηλό σε αυτόν τον τόπο. Το παραβολικό κάτοπτρο είναι ένα κοίλο δίσκο, που μοιάζει με ένα ρηχό μπολ. Αυτός ο καθρέφτης, σε αντίθεση με το μεγεθυντικό φακό δεν μεταδίδει, αλλά αντανακλά το φως του ήλιου συλλογή που σε ένα σημείο, το οποίο αναφέρεται γενικά σε ένα μαύρο σωλήνα νερού. Αυτό το χρώμα χρησιμοποιείται επειδή απορροφά καλύτερα φως. Νερό στο σωλήνα υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός θερμαίνεται και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού ή για τη θέρμανση των μικρών σπιτιών.

επίπεδη θερμάστρα

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ένα εντελώς διαφορετικό σύστημα. Ηλιακός δέκτης μοιάζει με μια δομή πολλαπλών στρώσεων. αρχή λειτουργίας του είναι ως εξής.

Περνώντας μέσα από το γυαλί, οι ακτίνες πέφτουν πάνω στο σκουρόχρωμο μέταλλο το οποίο είναι γνωστό ότι είναι καλύτερα απορροφά φως. Η ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια , και θερμαίνει το νερό, το οποίο είναι κάτω από την πλάκα σιδήρου. Περαιτέρω, όλα εμφανίζεται όπως στην πρώτη μέθοδο. Το θερμαινόμενο νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για θέρμανση ή για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητα αυτής της μεθόδου δεν είναι αρκετά υψηλή για να το χρησιμοποιήσετε παντού.

Τυπικά, το έτσι λαμβανόμενο ηλιακή ενέργεια - είναι ζεστό. Για την ηλεκτρική ενέργεια είναι πολύ πιο πιθανό να χρησιμοποιήσουν την τρίτη μέθοδο.

ηλιακά κύτταρα

Οι περισσότεροι από μας είναι εξοικειωμένοι με αυτές τις πηγές ενέργειας. Περιλαμβάνει τη χρήση των διαφόρων μπαταρίες ή ηλιακά πάνελ, τα οποία μπορούν να βρεθούν στις στέγες πολλών από τα σημερινά σπίτια. Μία τέτοια μέθοδος είναι πολύπλοκη περιγράφηκε προηγουμένως, αλλά είναι πολύ πιο ελπιδοφόρα. Είναι αυτός που σας δίνει τη δυνατότητα να μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια σε βιομηχανική κλίμακα.

Ειδική πάνελ προορίζεται να συλλάβει ακτίνες κατασκευασμένα από κρυστάλλους οξειδίου του πυριτίου-πλούσια. Το φως του ήλιου πέφτουν πάνω τους, χτυπά ένα ηλεκτρόνιο από την τροχιά. Στη θέση του, προσπαθεί αμέσως ένα άλλο, έτσι που λαμβάνονται συνεχώς κινούμενη αλυσίδα, η οποία δημιουργεί ένα ρεύμα. Χρησιμοποιείται αμέσως εάν είναι απαραίτητο για την παροχή συσκευών ή αποθηκεύεται με τη μορφή της ηλεκτρικής ενέργειας σε ειδικές μπαταρίες.

Η δημοτικότητα αυτής της μεθόδου βασίζεται στο γεγονός ότι επιτρέπει σε σας για να πάρετε περισσότερες από 120 watts με ένα μόνο τετραγωνικό μέτρο των ηλιακών πάνελ. Στην περίπτωση αυτή, οι πίνακες έχουν ένα σχετικά μικρό πάχος, το οποίο τους επιτρέπει να τοποθετήσετε σχεδόν οπουδήποτε.

Τύποι πάνελ πυριτίου

Υπάρχουν διάφοροι τύποι των ηλιακών κυττάρων. Η πρώτη κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μονό κρύσταλλο πυριτίου. Η αποτελεσματικότητά τους είναι περίπου 15%. Αυτά τα ηλιακά πάνελ είναι το πιο ακριβό.

Αποδοτικότητα των κυττάρων από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο, φτάνει το 11%. Κοστίζουν λιγότερο ως υλικό για να λαμβάνεται με απλοποιημένη τεχνολογία. Ο τρίτος τύπος είναι η πιο οικονομική και έχει μια ελάχιστη απόδοση. Αυτό το πάνελ άμορφου πυριτίου, δηλαδή μη-κρυσταλλική. Εκτός από την κακή απόδοση, έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα - ευθραυστότητα.

Ορισμένοι κατασκευαστές να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα περιλαμβάνει και τις δύο πλευρές του ηλιακού πάνελ - πίσω και μπροστά. Αυτό σας επιτρέπει να πιάσει το φως σε μεγάλες ποσότητες, και αυξάνει την ποσότητα της ενέργειας που παράγεται από 15-20%.

εγχώριες κατασκευαστές

Η ηλιακή ενέργεια στον κόσμο, γίνεται όλο και πιο συχνές. Ακόμη και στη χώρα μας, ενδιαφέρονται να μάθουν για τη βιομηχανία. Παρά το γεγονός ότι η Ρωσία δεν ήταν πολύ δραστήρια είναι η ανάπτυξη των εναλλακτικών πηγών ενέργειας, έχει επιτευχθεί κάποια πρόοδος. Επί του παρόντος, δημιουργία πινάκων για την ηλιακή ενέργεια διαρκεί λίγα οργανισμών - κυρίως ακαδημαϊκά ιδρύματα των διαφόρων ειδών, και τα εργοστάσια για την παραγωγή ηλεκτρικού εξοπλισμού.

1. SPF "Quark".
2. JSC "Kovrov Μονάδα Μηχανικής".
3. All-Ρωσίας Ερευνητικό Ινστιτούτο για την Ηλεκτροκίνηση της Γεωργίας.
4. Machine Building NPO.
5. AO VIEN.
6. JSC «Ryazan Φυτών του μετάλλου-κεραμικού συσκευές.»
7. JSC Pravdinsky πηγές πιλοτική εγκατάσταση ενός τρέχοντος «θετική».

Αυτό είναι μόνο ένα μικρό μέρος από τις εταιρείες, συμμετέχει ενεργά στην ανάπτυξη των εναλλακτικών πηγών ενέργειας στη Ρωσία.

Επιπτώσεις στο περιβάλλον

Άρνηση των πηγών άνθρακα και ενέργειας του πετρελαίου δεν συνδέεται μόνο με το γεγονός ότι οι πόροι αυτοί αργά ή γρήγορα θα εξαντληθούν. Το γεγονός ότι είναι πολύ επιβλαβείς για το περιβάλλον - ρυπαίνουν το έδαφος, τον αέρα και το νερό, να συμβάλει στην ανάπτυξη των ασθενειών στον άνθρωπο και τη μείωση της ανοσίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο εναλλακτικές πηγές ενέργειας πρέπει να είναι ασφαλή από περιβαλλοντική άποψη.

Πυριτίου, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλιακών κυττάρων από μόνη της είναι ασφαλής, γιατί είναι ένα φυσικό υλικό. Αλλά μετά τον καθαρισμό παραμένει αποβλήτων. Μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στους ανθρώπους και το περιβάλλον αν δεν χρησιμοποιηθεί σωστά.

Επιπλέον, η περιοχή είναι εντελώς γεμάτα με ηλιακούς συλλέκτες, μπορεί να διαταράξει το φυσικό φωτισμό. Αυτό θα οδηγήσει σε αλλαγές στο υπάρχον οικοσύστημα. Αλλά σε γενικές γραμμές, οι επιπτώσεις στο περιβάλλον των συσκευών για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας είναι ελάχιστη.

οικονομία

Το μεγαλύτερο κόστος του παραγωγής ηλιακών κυψελών συνδέονται με το υψηλό κόστος των πρώτων υλών. Όπως έχουμε δει, οι ειδικές επιτροπές που δημιουργήθηκαν με τη χρήση σιλικόνης. Παρά το γεγονός ότι αυτό το ορυκτό είναι ευρέως κατανεμημένο στη φύση, με τη λεία του, έδεσε ένα μεγάλο πρόβλημα. Το γεγονός ότι το πυρίτιο, το οποίο είναι περισσότερο από το ένα τέταρτο της μάζας του φλοιού της Γης, δεν είναι κατάλληλο για την παραγωγή ηλιακών κυττάρων. Για το σκοπό αυτό, κατάλληλες μόνο καθαρό υλικό που λαμβάνεται με βιομηχανικές μεθόδους. Δυστυχώς, από την άμμο για να πάρει καθαρό πυρίτιο είναι εξαιρετικά προβληματική.

Για την τιμή αυτή πηγή είναι συγκρίσιμη με ουράνιο χρησιμοποιείται στους πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το κόστος των ηλιακών κυττάρων παραμένει επί του παρόντος σε αρκετά υψηλό επίπεδο.

σύγχρονη τεχνολογία

Οι πρώτες απόπειρες να δαμάσει την ηλιακή ενέργεια εκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Από τότε, πολλοί ερευνητές που ασχολούνται ενεργά με την έρευνα για τον πιο αποδοτικού εξοπλισμού. Θα πρέπει να είναι όχι μόνο οικονομικά ανταγωνιστική, αλλά και συμπαγής. Η αποτελεσματικότητά του πρέπει να προσπαθήσει για το μέγιστο.

Τα πρώτα βήματα σε μια ιδανική συσκευή για την υποδοχή και τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας έχουν πραγματοποιηθεί προς την εφεύρεση των μπαταριών πυριτίου. Φυσικά, η τιμή είναι αρκετά υψηλή, αλλά τα πάνελ μπορούν να τοποθετηθούν στις στέγες και τους τοίχους των σπιτιών, όπου δεν θα παρεμβαίνει με κανέναν. Η αποτελεσματικότητα τέτοιων μπαταριών είναι αναμφισβήτητη.

Αλλά ο καλύτερος τρόπος για να αυξηθεί η δημοτικότητα της ηλιακής ενέργειας - να είναι φθηνότερα. Γερμανικά επιστήμονες έχουν ήδη προταθεί για την αντικατάσταση του πυριτίου, συνθετικές ίνες, οι οποίες μπορούν να ενσωματωθούν σε ένα ύφασμα ή άλλα υλικά. Αποτελεσματικότητα ενός τέτοιου ηλιακού στοιχείου δεν είναι πολύ υψηλή. Αλλά το πουκάμισο που διανθίζονται με συνθετικές ίνες μπορούν, τουλάχιστον, για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα smartphone ή παίκτη. Ενεργά στον τομέα της νανοτεχνολογίας. Πιθανώς, θα επιτρέψει τον ήλιο για να γίνει η πιο δημοφιλής πηγή ενέργειας σε αυτόν τον αιώνα. Ειδικοί της εταιρίας Scates και από τη Νορβηγία έχει ήδη δηλώσει ότι η νανοτεχνολογία θα μειώσει το κόστος των ηλιακών συλλεκτών είναι 2 φορές.

Ηλιακή ενέργεια για τα σπίτια

Σε κατοικιών, η οποία θα διασφαλίζει ότι το όνειρο πολλών σίγουρο: δεν υπάρχει εξάρτηση από την κεντρική θέρμανση, δυσκολία στην πληρωμή λογαριασμών και την καταστροφή του περιβάλλοντος. Ήδη, πολλές χώρες είναι ενεργά την κατασκευή οικιών, καταναλώνει μόνο την ενέργεια που προέρχεται από εναλλακτικές πηγές. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα - το λεγόμενο ηλιακό σπίτι.

Κατά τη διάρκεια της κατασκευής θα απαιτήσει μεγαλύτερες επενδύσεις από την παραδοσιακή. Αλλά μετά από αρκετά χρόνια λειτουργίας, όλες οι δαπάνες θα πρέπει να επιστραφεί - πρέπει να πληρώσουν για τη θέρμανση, την παραγωγή ζεστού νερού και ηλεκτρισμού. Στο ηλιακό σπίτι όλων αυτών των ανακοινώσεων συνδέονται με συγκεκριμένες φωτοβολταϊκά πάνελ τοποθετούνται στην οροφή. Και έτσι λαμβάνονται οι ενεργειακών πόρων όχι μόνο δαπανώνται για τις τρέχουσες ανάγκες, αλλά και να συσσωρεύονται για χρήση τη νύχτα και με συννεφιά.

Επί του παρόντος, η κατασκευή τέτοιων σπιτιών διεξάγεται όχι μόνο σε χώρες κοντά στον ισημερινό, όπου η ενέργεια του ήλιου για την παραγωγή του πιο εύκολος τρόπος. Μπορούν επίσης να ανεγερθεί στον Καναδά, τη Φινλανδία και τη Σουηδία.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Ανάπτυξη τεχνολογιών για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας παντού, θα μπορούσε να είναι πιο δραστήριοι. Αλλά υπάρχουν κάποιοι λόγοι για τους οποίους εξακολουθεί να μην αποτελεί προτεραιότητα. Όπως έχουμε πει παραπάνω, στην παρασκευή των πάνελ παράγονται από περιβαλλοντικά επιβλαβείς ουσίες. Επιπλέον, το τελειωμένο εξοπλισμός περιέχει στη σύνθεσή του γαλλίου, αρσενικό, το κάδμιο και ο μόλυβδος.

Αυτό εγείρει πολλά ερωτήματα και η ανάγκη για την ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών πάνελ. Μετά από 50 χρόνια εργασίας θα είναι ακατάλληλα για την υπηρεσία, και έχουν με κάποιο τρόπο να σκοτώσει. Μήπως να προκαλέσει τεράστια ζημιά στη φύση; Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι η ηλιακή ενέργεια - είναι άστατος την αποδοτικότητα των πόρων της παραγωγής των οποίων εξαρτάται από την ώρα της ημέρας και τις καιρικές συνθήκες. Αυτό είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα.

Αλλά τα πλεονεκτήματα, φυσικά. Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να παραχθεί σε σχεδόν οποιοδήποτε σημείο επί της γης, και εξοπλισμός για την προετοιμασία και τον μετασχηματισμό της μπορεί να είναι τόσο μικρό ώστε να χωράει στο πίσω μέρος του smartphone. Αυτό που είναι πιο σημαντικό, είναι ένας ανανεώσιμος πόρος, που είναι, το ποσό της ηλιακής ενέργειας θα παραμείνει αμετάβλητο για τουλάχιστον χίλια χρόνια.

προοπτικές

Η ανάπτυξη της ηλιακής ενέργειας τεχνολογίες θα πρέπει να οδηγήσει σε μείωση του κόστους για τη δημιουργία αντικειμένων. Ήδη, υπάρχουν πάνελ από γυαλί που μπορεί να εγκατασταθεί στα παράθυρα. Η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας επέτρεψε να εφεύρει ένα χρώμα που ψεκάζεται επί των ηλιακών συλλεκτών και θα μπορούσε να αντικαταστήσει στιβάδα πυριτίου. Αν το κόστος της ηλιακής ενέργειας έχει πέσει μερικές φορές, η δημοτικότητά του θα αυξηθεί επίσης πολλές φορές.

Δημιουργία μικρών πάνελ για μεμονωμένη εφαρμογή θα επιτρέψει στους ανθρώπους σε όλες τις περιπτώσεις να χρησιμοποιούν ηλιακή ενέργεια - στο σπίτι, στο αυτοκίνητο ή ακόμα και στη χώρα. Χάρη στη διανομή τους να μειώσουν το φορτίο στην κεντρική εξουσία, επειδή οι άνθρωποι θα είναι σε θέση να φορτίσει μικρές ηλεκτρονικά.

οι ειδικοί της Shell πιστεύουν ότι μέχρι το 2040 περίπου το ήμισυ της παγκόσμιας ενέργειας θα παράγεται από ανανεώσιμες πηγές. Ήδη στη Γερμανία, ηλιακή ενεργειακή κατανάλωση αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς, και η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι πάνω από 35 γιγαβάτ. Ιαπωνία αναπτύσσει επίσης ενεργά αυτή τη βιομηχανία. Οι δύο αυτές χώρες - οι ηγέτες της ηλιακής ενέργειας στον κόσμο. Πιθανώς, σύντομα να συνοδεύεται από τις Ηνωμένες Πολιτείες.

Άλλες εναλλακτικές πηγές ενέργειας

Οι επιστήμονες δεν παύει να προβληματίζει για το γεγονός ότι μπορείτε ακόμα να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή θερμότητας. Δώστε παραδείγματα από τις πιο πολλά υποσχόμενες εναλλακτικές πηγές ενέργειας.

Οι ανεμογεννήτριες μπορούν τώρα να βρεθούν σχεδόν σε κάθε χώρα. Ακόμα και στους δρόμους πολλών πόλεων της Ρωσίας να εγκαταστήσετε τα φώτα που είναι αυτάρκης ηλεκτρικής ενέργειας από αιολική ενέργεια. Σίγουρα το κόστος της τριτοβάθμιας τους από το μέσο όρο, αλλά με την πάροδο του χρόνου θα επιστρέψουμε τη διαφορά.

Πριν από πολύ καιρό ότι εφευρέθηκε τεχνολογία για την παραγωγή ενέργειας με τη χρήση της διαφοράς θερμοκρασίας του νερού μεταξύ της επιφάνειας του ωκεανού και σε βάθος. Κίνα ενεργά πρόκειται να αναπτύξουν αυτόν τον τομέα. Κατά τα επόμενα χρόνια, στα ανοικτά των ακτών της Κίνας πρόκειται να κατασκευάσει το μεγαλύτερο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργούν με αυτή την τεχνολογία. Υπάρχουν και άλλες χρήσεις της θάλασσας. Για παράδειγμα, στην Αυστραλία, σχεδιάζουν τη δημιουργία μιας μονάδας παραγωγής ενέργειας που παράγει ενέργεια από τη δύναμη των ρευμάτων νερού.

Υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή θερμότητας. Όμως, στο πλαίσιο της πολλές άλλες επιλογές ηλιακή ενέργεια - είναι πραγματικά πολλά υποσχόμενη περιοχή της επιστήμης.