Примери за използване на слънчевата енергия на Земята. Слънчева енергия. Слънчева енергия

Хората отдавна говорят за Слънцето като могъщо и велико, като го издигат в техните религии до един жив обект. Светилото е почитано, похвалено е, времето е измерено и винаги е било считано за основен източник на земни благословения.

Необходимостта от слънчева енергия

Минаха хиляди години. Човечеството навлезе в нова ера на своето развитие и се радва на плодовете на бързо развиващия се технологичен прогрес. Обаче до ден днешен Слънцето представлява основният естествен източник на топлина, а оттам и живот.

Как човечеството използва слънцето в ежедневните си дейности? Разгледайте този въпрос по-подробно.

"Работа" на Слънцето

Небесното тяло е единственият източник на енергия, необходима за фотосинтезата на растенията. Слънцето задейства водния цикъл и само благодарение на него на нашата планета има всички познати на човечеството изкопаеми горива. И хората използват силата на тази ярка звезда, за да посрещнат своите нужди от електрическа и топлинна енергия. Без това животът на планетата би бил просто невъзможен.

Основен източник на енергия

Природата разумно гарантира, че човечеството получава своите дарби от небесното тяло. Слънчевата енергия се доставя на Земята чрез предаване на радиационни вълни на повърхността на континентите и водите. Нещо повече, от следващия спектър достигат само следните:

1. Ултравиолетови вълни. Те са невидими за човешкото око и съставляват приблизително 2% от общия спектър.

2. Светлинни вълни. Това е около половината от енергията на слънцето, която достига повърхността на земята. Благодарение на светлинните вълни човек вижда всички цветове на света около него.

3. Инфрачервени вълни. Те съставляват около 49% от спектъра и загряват повърхността на водата и земята. Именно тези вълни са най-търсени в областта на използването на слънчевата енергия на Земята.

Принципът на преобразуване на инфрачервените вълни

Как е процесът на използване на енергията на Слънцето на Земята? Подобно на всяко друго подобно действие, то се извършва съгласно принципа на пряката трансформация. Всичко, от което се нуждаете, е специална повърхност. Влизайки в нея, слънчевата светлина преминава през процес на трансформация в енергия. За получаване на топлина в тази схема трябва да се включи колектор. Поглъща инфрачервените вълни. Освен това в устройството, което използва енергията на Слънцето, със сигурност има устройства. За загряване на крайния продукт подредете специални топлообменници.

При получаване електрическа енергия Използват се специални фотоклетки. Те получават лъчи светлина на повърхността си. След това слънчевите инсталации произвеждат електричество от тях.

Практическо приложение

Има много примери за използването на слънчевата енергия на Земята. Потребността на човек от електричество е удовлетворена чрез използването на нови технологии. Къде се използва този естествен източник?

1. Благодарение на слънчевата енергия работят специални устройства за подгряване на водата. В някои райони, където термометърът достига високи нива, лъчите на небесното тяло помагат на хората да отопляват сгради.

2. Енергията на Слънцето намира приложение в комини и пасивни вентилационни системи, където се осъществява конвекция на въздух, нагряван от светлинни вълни.

3. С помощта на Слънцето човекът се научи да обезсолява морската вода. Изпарителят в този случай е небесното тяло. Обезсолената вода отива за нуждите на промишлеността, селското стопанство, намира своето приложение в ежедневието.

4. Слънчевата енергия помага на хората да изсъхват и пастьоризират храната.

5. Този източник се използва в пространството. Благодарение на енергията на Слънцето се осигурява оперативността на спътниците и междупланетарните станции.

6. Най-простите и ниско енергийни източници на електрически ток, чието действие се основава на използването на слънчева светлина, са модерни калкулатори.

Тази компютърна технология се използва почти навсякъде.

Нова посока на енергийния комплекс

Днес човечеството въвежда на практика и успешно разработва устройства, които му позволяват да извлича светлина и топлина, без да използва въглища, нефт и газ. В националната икономика на много държави се появи нова подпромишленост - слънчева енергия. Това е една от областите на алтернативната енергия. Тя се основава на принципа на прякото използване на слънчевата радиация.

Целта, преследвана от слънчевата енергия, е да получи топлината и светлината, които са толкова необходими за човечеството. Нов клон понякога се нарича слънчева енергия. Все пак Хелиос на гръцки е слънцето.

Работен комплекс

Теоретично всеки от нас може да изчисли слънчевата инсталация. В края на краищата, известно е, че преминавайки пътя от единствената звезда на нашата галактическа система към Земята, потокът от светлинни лъчи ще донесе със себе си енергиен заряд, равен на 1367 W на квадратен метър. Това е така наречената слънчева константа, която съществува на входа на атмосферните слоеве. Тази възможност е възможна само при идеални условия, които просто не съществуват в природата. След преминаване на атмосферата слънчеви лъчи ще донесе на екватора 1020 вата на квадратен метър. Но поради промяната на деня и нощта, можем да получим три пъти по-малка стойност. Що се отнася до умерените ширини, не само продължителността на дневните часове се променя, но и сезонността. Така производството на електроенергия на места, далеч от екватора, при изчисляване, ще трябва да бъде намалено с още два пъти.

Географията на излъчването на небесното тяло

Къде може слънчевата енергия да работи достатъчно ефективно? Естествените условия за разполагане на инсталациите играят важна роля в тази развиваща се индустрия.
Разпределението на слънчевата радиация на повърхността на Земята е неравномерно. В някои райони лъчът на слънцето е дългоочакван и рядък гост, а в други е в състояние да потисне всички живи същества.

Количеството слънчева радиация, което дадена област получава, зависи от географската ширина на неговото местоположение. Най-високите дози естествена светлинна енергия се получават от държави, разположени близо до екватора. Но това не е всичко. Количеството на слънчевия поток зависи от броя на ясните дни, които се променят по време на прехода от една климатична зона към друга. Въздушните течения и други характеристики на района могат да увеличат или намалят степента на излъчване. Ползите от слънчевата енергия са най-познати:

- страни от Североизточна Африка и някои югозападни и централни райони на континента;
- жители на Арабския полуостров;
- източния бряг на Африка;
- Северозападна Австралия и някои острови на Индонезия;
- западното крайбрежие на Южна Америка.

Що се отнася до Русия, то, както показват измерванията на нейната територия, регионите, граничещи с Китай и северните зони, се радват на най-високите дози слънчева радиация. И къде в нашата страна слънцето най-малко загрява Земята? Това е северозападният район, който включва Санкт Петербург и околните райони.

Електроцентрали

Трудно е да си представим живота без използването на слънчева енергия на Земята. Как да го приложим? Можете да използвате светлинни лъчи за генериране на електричество. Необходимостта от нея нараства всяка година, докато запасите от газ, нефт и въглища намаляват с бързи темпове. Ето защо през последните десетилетия хората започнаха да строят слънчеви електроцентрали. В крайна сметка, тези инсталации позволяват използването на алтернативни енергийни източници, което значително спестява природните ресурси.

Слънчевите електроцентрали работят благодарение на вградените в повърхността им фотоклетки. Освен това през последните години е било възможно значително да се повиши ефективността на тези системи. Слънчевите инсталации започнаха да произвеждат от най-новите материали и да използват творчески инженерни решения. Това значително увеличи тяхната сила.

Според някои изследователи, в близко бъдеще човечеството може да се откаже от съществуващите традиционни начини за генериране на електроенергия. Нуждите на хората ще задоволят напълно небесното тяло.

Слънчевите електроцентрали могат да имат различни размери. Най-малките от тях са частни. В тези системи са осигурени само няколко слънчеви панели. Най-големите и най-сложните инсталации заемат площи над десет квадратни километра.

Всички слънчеви електроцентрали са разделени на шест типа. Сред тях са:

- кула;
- инсталации с фотоклетки;
- форма на чинии;
- параболична;
- слънчев вакуум;
- смесени.

Най-често срещаният тип електроцентрала е кулата. Това е високо строителство. Външно тя прилича на кула с резервоар, разположен върху нея. Резервоарът е пълен с вода и боядисан в черно. Около кулата има огледала, чиято площ надхвърля 8 квадратни метра. Цялата система е свързана с един контролен панел, чрез който е възможно да се насочи ъгълът на наклона на огледалата, така че те постоянно да отразяват слънчевата светлина. Лъчите, насочени към резервоара, загряват водата. Системата произвежда пара, която се изпраща за производство на електричество.

По време на експлоатацията на фотоволтаични централи се използват слънчеви батерии. Днес такива инсталации станаха особено популярни. В крайна сметка, слънчевите панели могат да бъдат инсталирани в малки блокове, което им позволява да се използват не само за промишлени предприятия, но и за частни къщи.

Ако видите цяла серия от огромни сателитни антени, от вътрешната страна на които са монтирани огледални плочи, трябва да знаете, че това са параболични електроцентрали, работещи на слънчева радиация. Принципът на тяхната работа е подобен на същите системи тип кула. Те улавят лъч светлина и нагряват приемника с течност. След това се получава пара, която отива за производството на електричество.

Плочите работят по същия начин, както и тези, свързани с кула и параболичния тип. Разликите са само в конструктивните характеристики на инсталацията. На пръв поглед тя прилича на огромно метално дърво, чиито листа са плоски огледала с кръгла форма. Слънчевата енергия е концентрирана в тях.

В соларно-вакуумната електроцентрала се използва един необичаен метод за получаване на топлина. Дизайнът му е парцел, покрит с кръгъл покрив. В центъра на тази конструкция стои куха кула, в основата на която са монтирани турбини. Въртенето на лопатките на такава електроцентрала се дължи на въздушния поток, който възниква при температурната разлика. Стъкленият покрив предава лъчите на слънцето. Те затоплят земята. Температурата на въздуха в стаята се повишава. Разликата в показанията на термометрите отвътре и отвън създава въздушна тяга.

Използване на слънчева енергия и електроцентрали от смесен тип. Възможно е да се говори за такива системи в случаите, когато например върху кулите се използват допълнителни фотоклетки.

Предимства и недостатъци на слънчевата енергия

Всеки клон на националната икономика има своите положителни и отрицателни страни. Има такива при използване на светлинни потоци. Предимствата на слънчевата енергия са следните:

- екологичност, защото не замърсява околната среда;
- наличие на основните компоненти - фотоволтаични клетки, които се изпълняват не само за промишлена употреба, но и за създаване на лични малки електроцентрали;
- неизчерпаемост и самовъзстановяване на източника;
- постоянно намаляваща себестойност.

Сред недостатъците на слънчевата енергия могат да бъдат идентифицирани:

- влиянието на времето на деня и атмосферните условия върху работата на електроцентралите;
- необходимостта от съхранение на енергия;
- намаляване на производителността в зависимост от географската ширина, в която се намира регионът, и от годината;
- голямо въздушно отопление, което се извършва в самата централа;
- необходимостта от периодично почистване на замърсяването, което изисква система от слънчеви клетки, което е проблематично поради огромните области, в които са инсталирани фотоволтаични клетки;
- относително високата цена на оборудването, която, въпреки че намалява всяка година, все още не е достъпна за масовия потребител.

Перспективи за развитие

Какви са допълнителните възможности за използване на енергията на Слънцето на Земята? Днес се предвижда голямо бъдеще за този алтернативен комплекс.

Перспективите за слънчева енергия са ярки. В крайна сметка, днес в тази посока са огромни по обхват. Всяка година все повече и повече слънчеви електроцентрали се появяват в различни страни по света, чиито размери удивляват със своите технически решения и мащаб. В допълнение, специалисти в тази индустрия не престават да провеждат научни изследвания, чиято цел е многократно да се увеличи ефективността на фотоволтаичните клетки, използвани в такива инсталации.

Учените са направили интересно изчисление. Ако е включено по-суха планета Земята за инсталиране на слънчеви клетки, която ще бъде разположена на седем стотни от нейната територия, те, дори и с ефективност от 10%, ще осигурят на цялото човечеството необходимата топлина и светлина. И това не е много далечна перспектива. В крайна сметка фотоволтаичните клетки, които се използват днес, имат ефективност, равна на 30%. В същото време учените се надяват да доведат тази стойност до 85%.

Развитието на слънчевата енергия е достатъчно високо. Хората са сериозно загрижени за проблема с изчерпването на природните ресурси и се занимават с идентифициране на алтернативни източници на топлина и светлина. Подобно решение ще предотврати неизбежната енергийна криза за човечеството, както и предстоящата екологична катастрофа.