השימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ. סיכויים לשימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ

2024 מְחַבֵּר: Henry Conors | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-02-12 07:21

היום, בעיית צריכת האנרגיה היא די חריפה - המשאבים של כדור הארץ אינם אינסופיים, ובמהלך קיומו, האנושות די הרסה את מה שניתן מהטבע. נכון לעכשיו, כורים פעילים של פחם ונפט, שהעתודות שלהם הולכות וקטנות מדי יום. כוח המחשבה אפשר לאנושות לעשות צעד מדהים אל העתיד ולהשתמש באנרגיה אטומית, והביא יחד עם הברכה הזו סכנה עצומה לכל הסביבה.

הנושא הסביבתי הוא לא פחות חריף - מיצוי פעיל של משאבים ושימוש נוסף בהם משפיע לרעה על מצב כדור הארץ, ומשנה לא רק את אופי הקרקעות, אלא אפילו את תנאי האקלים.

לכן תמיד הוקדשה תשומת לב מיוחדת למקורות אנרגיה טבעיים, כמו מים או רוח. לבסוף, לאחר כל כך הרבה שנים של מחקר ופיתוח פעילים, האנושות "גדלה" לשימוש באנרגיה סולארית על כדור הארץ. עליו עוד נדון.

מה כל כך מושך בזה

לפני שנעבור לדוגמאות ספציפיות, בואו נגלה מדוע חוקרים ברחבי העולם מתעניינים כל כך בסוג זה של ייצור אנרגיה.ניתן לכנות את הנכס העיקרי שלו בלתי מתכלה. למרות השערות רבות, הסבירות שכוכב כמו השמש יכבה בזמן הקרוב היא קטנה ביותר. משמעות הדבר היא שלאנושות יש הזדמנות לקבל אנרגיה נקייה בצורה טבעית לחלוטין.

היתרון השני ללא ספק בשימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ הוא הידידותיות לסביבה של אפשרות זו. ההשפעה על הסביבה בתנאים כאלה תהיה אפס, מה שבתורו מספק לעולם כולו עתיד מזהיר בהרבה מזה שנפתח עם מיצוי מתמיד של משאבים תת קרקעיים מוגבלים.

לבסוף, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לעובדה שהשימוש באנרגיה סולארית מהווה את הסכנה הפחותה ביותר לבני אדם.

Really

עכשיו בואו נגיע לנקודה. השם הפיוטי משהו "אנרגיה סולארית" מסתיר למעשה את הפיכת הקרינה לחשמל באמצעות טכנולוגיות שפותחו במיוחד. תהליך זה מסופק על ידי תאים פוטו-וולטאיים, שהאנושות משתמשת בהם באופן פעיל ביותר למטרותיה, ובהצלחה רבה.

קרינת שמש

כך קרה באופן היסטורי ששם העצם "קרינה" מעורר יותר אסוציאציות שליליות מאשר חיוביות בקשר לאותם אסונות מעשה ידי אדם שהעולם הצליח לשרוד במהלך חייו. עם זאת, הטכנולוגיה של שימוש באנרגיה של השמש על פני כדור הארץ מספקת עבודה איתה.

בעיקרון,סוג זה של קרינה הוא קרינה אלקטרומגנטית, שטווחה הוא בין 2.8 ל-3.0 מיקרון.

ספקטרום השמש המשמש את האנושות בצורה כה מוצלחת מורכבת למעשה משלושה סוגי גלים: אולטרה סגול (כ-2%), כ-49% הם גלי אור ולבסוף, אותה כמות נמצאת בקרינה אינפרא אדומה. לאנרגיה סולארית יש מספר קטן של מרכיבים אחרים, אך תפקידם כל כך חסר משמעות שאין להם השפעה מיוחדת על חיי כדור הארץ.

כמות האנרגיה הסולארית שפוגעת בכדור הארץ

עכשיו, לאחר שנקבע הרכב הספקטרום המשמש לתועלת האנושות, יש לציין עוד תכונה חשובה של משאב זה. השימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ נראה מבטיח מאוד גם בגלל שהיא זמינה בכמויות גדולות למדי בעלויות עיבוד מינימליות כמעט. כמות האנרגיה הכוללת שפולט כוכב היא גבוהה ביותר, אך כ-47% מגיעות לפני כדור הארץ, השווה לשבע מאות קוודריליון קילוואט-שעה. לשם השוואה, נציין שרק קילוואט שעה אחת יכולה לספק הפעלה של עשר שנים של נורה בהספק של מאה וואט.

עוצמת קרינת השמש והשימוש באנרגיה על פני כדור הארץ תלויים כמובן במספר גורמים: תנאי אקלים, זווית נפילת הקרניים על פני השטח, עונה ומיקום גיאוגרפי.

מתי וכמה

קל לנחש שהכמות היומית של אנרגיית השמש הנופלת על פני השטחכדור הארץ משתנה כל הזמן, מכיוון שהוא תלוי ישירות במיקום כוכב הלכת ביחס לשמש ובתנועת האור עצמו. זה מכבר ידוע שבצהריים הקרינה היא מקסימלית, בעוד שבבוקר ובערב מספר הקרניים המגיעות לפני השטח קטן בהרבה.

נוכל לומר בביטחון שהשימוש באנרגיה סולארית יהיה הכי פרודוקטיבי באזורים הקרובים ככל האפשר לרצועת המשווה, שכן שם ההבדל בין האינדיקטורים הגבוהים והנמוכים ביותר הוא מינימלי, מה שמעיד על כמות הקרינה המקסימלית המגיעה לפני השטח של כדור הארץ. לדוגמה, באזורי אפריקה המדבריים, כמות הקרינה השנתית מגיעה ל-2200 קילוואט-שעה בממוצע, בעוד שבקנדה או למשל במרכז אירופה הנתונים לא עולים על 1000 קילוואט-שעה.

אנרגיה סולארית בהיסטוריה

אם אתה חושב בצורה רחבה ככל האפשר, הניסיונות "לאלף" את המאורה הגדולה שמחממת את כוכב הלכת שלנו החלו בימי קדם בתקופת הפגאניות, כאשר כל יסוד התגלם על ידי אלוהות נפרדת. עם זאת, כמובן, אז השימוש באנרגיה סולארית לא בא בחשבון - קסם שלט בעולם.

נושא השימוש באנרגיה של השמש על פני כדור הארץ החל להיות מועלה באופן פעיל רק בסוף המאה ה-14 - תחילת המאה ה-20. פריצת דרך אמיתית במדע נעשתה ב-1839 על ידי אלכסנדר אדמונד בקוורל, שהצליח להפוך למגלה האפקט הפוטו-וולטאי. המחקר של נושא זה גדל באופן משמעותי, ולאחר 44 שנים, צ'ארלס פריטס הצליח לעצב את הראשון אי פעםמודול המבוסס על סלניום מצופה זהב. שימוש זה באנרגיה של השמש על פני כדור הארץ נתן כמות קטנה של חשמל שהשתחרר - כמות הייצור הכוללת הסתכמה אז ללא יותר מ-1%. אף על פי כן, עבור האנושות כולה זו הייתה פריצת דרך אמיתית, שפתחה אופקים חדשים של המדע, שאפילו לא חלמו עליהם קודם לכן.

אלברט איינשטיין עצמו תרם תרומה משמעותית לפיתוח האנרגיה הסולארית. בעולם המודרני, שמו של המדען מקושר לעתים קרובות יותר לתורת היחסות המפורסמת שלו, אך למעשה, הוא זכה בפרס נובל בדיוק על חקר האפקט הפוטואלקטרי החיצוני.

עד היום, הטכנולוגיה של שימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ חווה או עליות מהירות או נפילות לא פחות, עם זאת, ענף הידע הזה מתעדכן כל הזמן בעובדות חדשות, ואנחנו יכולים לקוות שבעתיד הנראה לעין, הדלת לעולם חדש לגמרי תיפתח לפנינו. שלום.

הטבע נגדנו

כבר דיברנו על היתרונות של שימוש באנרגיה של השמש על כדור הארץ. עכשיו בואו נשים לב לחסרונות של שיטה זו, שלמרבה הצער הם לא פחות.

בגלל התלות הישירה במיקום הגיאוגרפי, בתנאי האקלים ובתנועת השמש, ייצור אנרגיה סולארית בכמות מספקת דורש עלויות טריטוריאליות אדירות. השורה התחתונה היא שככל ששטח הצריכה והעיבוד של קרינת השמש גדול יותר, כך נקבל כמות האנרגיה הידידותית לסביבה גדולה יותר בפלט. המיקום של כאלהמערכות ענק דורשות הרבה מקום פנוי, מה שגורם לקשיים מסוימים.

בעיה נוספת בנוגע לשימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ היא ביחס ישיר לשעה ביום, שכן הדור יהיה אפס בלילה, וחסר משמעות במיוחד בבוקר ובערב.

גורם סיכון נוסף הוא מזג האוויר עצמו - שינויים פתאומיים בתנאים יכולים להיות בעלי השפעה שלילית ביותר על פעולת מערכת מסוג זה, מכיוון שהם גורמים לקשיים באיתור הכוח הנדרש. במובן מסוים, מצבים עם שינוי חד בכמות הצריכה והייצור עלולים להיות מסוכנים.

נקי אבל יקר

השימוש באנרגיה סולארית על כדור הארץ קשה כרגע בגלל העלות הגבוהה שלה. לתאי הפוטו הדרושים ליישום התהליכים העיקריים יש עלות גבוהה למדי. כמובן, ההיבטים החיוביים של שימוש במשאבים מהסוג הזה גורמים לזה להשתלם, אבל מנקודת מבט כלכלית, כרגע אין צורך לדבר על החזר מלא של עלויות המזומן.

עם זאת, כפי שמראה המגמה, מחיר התאים הסולאריים יורד בהדרגה, כך שעם הזמן ניתן לפתור את הבעיה הזו לחלוטין.

אי נוחות בתהליך

השימוש בשמש כמקור אנרגיה הוא גם קשה מכיוון ששיטת עיבוד משאבים זו היא די מייגעת ולא נוחה. הצריכה והעיבוד של קרינה תלויים ישירות בניקיון הצלחות, וזה די בעייתי להבטיח. בנוסף, מאודגם חימום האלמנטים משפיע לרעה על התהליך, אותו ניתן למנוע רק על ידי שימוש במערכות הקירור החזקות ביותר, הדורשות עלויות חומר נוספות, ובעלות ניכרות.

בנוסף, הלוחות המשמשים בקולטי שמש, לאחר 30 שנות עבודה פעילה, הופכים בהדרגה לבלתי שמישים, ועלות התאים הסולאריים הוזכרה קודם לכן.

בעיה סביבתית

קודם לכן נאמר שהשימוש במשאבים מסוג זה יכול להציל את האנושות מבעיות חמורות למדי עם הסביבה בעתיד. מקור המשאבים והמוצר הסופי הם באמת ידידותיים לסביבה ככל האפשר.

למרות זאת, השימוש באנרגיה סולארית, עקרון הפעולה של קולטי שמש הוא שימוש בלוחות מיוחדים עם תאים פוטו, שייצורם דורש הרבה חומרים רעילים: עופרת, ארסן או אשלגן. השימוש בהם אינו גורם נזק לסביבה, אולם לאור תוחלת החיים המוגבלת שלהם, לאורך זמן, סילוק הצלחות עלול להפוך לבעיה רצינית.

כדי להגביל את ההשפעה השלילית על הסביבה, היצרנים עוברים בהדרגה לפרוסים בעלי סרט דק, בעלי עלות נמוכה יותר ופחות השפעה מזיקה על הסביבה.

שיטות להמרת קרינה לאנרגיה

סרטים וספרים על עתיד האנושות נותנים לנו כמעט תמיד את אותה תמונה בערך של התהליך הזה, שלמעשה,עשוי להיות שונה מהותית מהמציאות. ישנן מספר דרכים להמרה.

הנפוץ ביותר הוא השימוש שתואר קודם בתאי פוטו.

כחלופה, האנושות משתמשת באופן פעיל באנרגיה תרמית סולארית, המבוססת על חימום של משטחים מיוחדים, המאפשרת חימום מים בכיוון הנכון של הטמפרטורה המתקבלת. אם תפשטו את התהליך הזה ככל האפשר, ניתן להשוות אותו למכלים המשמשים למקלחות קיץ בבתים פרטיים.

דרך נוספת להשתמש בקרינה להפקת אנרגיה היא "מפרש השמש", שיכול לפעול רק בוואקום. מערכת מסוג זה ממירה קרינה לאנרגיה קינטית.

בעיית היעדר ייצור בלילה נפתרת בחלקה ע י תחנות כוח בלון סולארי, שפעילותן נמשכת עקב הצטברות האנרגיה המשתחררת ומשך תהליך הקירור.

אנחנו ואנרגיה סולארית

משאבים של אנרגיית שמש ורוח על כדור הארץ משמשים באופן פעיל למדי, אם כי לעתים קרובות איננו שמים לב לכך. קודם לכן, כבר הוזכר החימום העממי של מים במקלחת חיצונית. למעשה, לרוב משתמשים באנרגיה סולארית למטרות אלו. עם זאת, יש עוד דוגמאות רבות: כמעט בכל חנות תאורה ניתן למצוא נורות אחסון שיכולות לעבוד ללא חשמל גם בלילה הודות לאנרגיה שנצברת במהלך היום.

מתקנים המבוססים על תאי פוטו נמצאים בשימוש פעיל בכל מיני תחנות שאיבה ומערכות אוורור.

אתמול, היום, מחר

אחד המשאבים החשובים ביותר לאנושות הוא אנרגיה סולארית, והסיכויים לשימוש בה גבוהים ביותר. תעשייה זו ממומנת באופן פעיל, מורחבת ומשופרת. כיום אנרגיה סולארית מפותחת ביותר בארצות הברית, שם חלק מהאזורים משתמשים בה כמקור כוח חלופי מלא. כמו כן, תחנות כוח מסוג זה פועלות במדבר מוהאבי. מדינות אחרות פנו זה מכבר לסוג זה של ייצור חשמל, שעשוי לפתור בקרוב את בעיית הזיהום הסביבתי.