Солнце - один из самых безопасных и неисчерпаемых источников энергии. Грамотное использование ее - вопрос экологической безопасности и экономической эффективности деятельности любой отрасли или страны. Такой источник энергии, как солнце, обладает рядом значительных преимуществ перед другими, популярными . Оно не погаснет и может подарить человеку огромное количество киловатт часов, оно экологично и экономично, Солнце доступно для любого уголка Земли и способно сохранить природные ресурсы, истощаемые с каждым вырубленным деревом и добытым килограммом угля.
Солнечная энергия восстановима, то есть может существовать без вмешательства человека в природу, в отличие от атомной энергии, солнце не сможет причинить вреда окружающей среде и сохраняет чистоту лесов и рек в первозданном виде.
Примеры использования
Возьмите в руки обычный на солнечных батареях - это самый элементарный пример использования солнечной энергии и превращения ее в электрическую, темные поверхности способны эффективно поглощать лучи и использовать энергию светила, преобразуя ее в тепловую. Специальные технологии, являющиеся передовыми достижениями в науке и технике, давно используются для сбора и хранения солнечной энергии, которая сумела успешно заменить бензин в автомобилях, отапливать и освещать дома.
Использование географических особенностей расположения тех или иных построек вкупе с современными материалами позволяет человечеству полностью перейти на энергию солнечного света при этом все современные средства связи: телевидение, интернет и прочие удобства будут продолжать функционировать в обычном режиме. Такие здания отличаются экологической чистотой и высокой экономичностью.
Специальные элементы, преобразующие солнечную энергию, успешно используются в космических технологиях, современные спутники и космические станции оборудуются специальными батареями, питающимися от лучей общего светила. Солнечная энергия весьма удобна в использовании и доступна даже в диких и наиболее удаленных уголках земного шара, где проведение коммуникаций и линий электропередач весьма затруднительно или невозможно.
Использование электрической энергии в чистом виде не всегда удобно, именно поэтому многие системы используют смешанные источники электричества, сочетая Солнце и традиционные виды энергии.
Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.
На данный момент около 1% электроэнергии на Земле получается вследствие переработки солнечного излучения. Так почему мы до сих пор не отказались от других «вредных» способов, и откажемся ли вообще? Предлагаем ознакомиться с нашей статьей и попытаться самостоятельно ответить на этот вопрос.
Как солнечная энергия преобразуется в электричество
Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.
Сам процесс носит название «Солнечная генерация» . Наиболее эффективные пути его обеспечения следующие:
- фотовольтарика;
- гелиотермальная энергетика;
- солнечные аэростатные электростанции.
Рассмотрим каждый из них.
Фотовольтарика
В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта . Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.
Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.
Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.
А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели :
О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в .
Современные солнечные панели и электростанции
Из недавних примеров можно отметить солнечные панели компании SistineSolar . Они могут иметь любой оттенок и текстуру в отличие от традиционных тёмно-синих панелей. А это значит, что ими можно «оформить» крышу дома так, как Вам заблагорассудится.
Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.
В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.
Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае . Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:
- нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
- в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
- сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.
Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.
Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.
Гелиотермальная энергетика
Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.
По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.
Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.
Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.
Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.
Солнечный свет концентрируется на башне
Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.
Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.
Солнечные аэростатные электростанции
Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.
Сама установка состоит из 4 основных частей:
- Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
- Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
- Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
- Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.
В чём преимущества солнечной энергетики
- Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
- Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
- Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
- Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.
Проблемы развития солнечной энергетики
Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.
Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.
Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.
Как развита солнечная энергетика в России
К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.
На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ . Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.
В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.
Так одной из крупнейших в нашей стране является . Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).
Самой мощной сегодня является СЭС Перово , расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.
Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.
К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.
Таким образом, уже сегодня можно с уверенностью сказать, что солнечная энергетика способна в недалёкой перспективе выступить полноценной альтернативой традиционным способам получения электроэнергии. И даже в России эта отрасль хоть и медленно, но развивается.
Солнце – это природный огромный источник энергии. Внутри этого газового шара ежеминутно протекают сотни различных процессов. Без Солнца невозможна жизнь на Земле, так как оно является источником энергии для всех живых организмов. Все земные природные процессы осуществляются благодаря солнечной энергии. Циркуляция атмосферы, круговорот воды, фотосинтез, теплорегуляция на планете – все это было бы невозможным без Солнца. Использование солнечной энергии на Земле такое же привычное явление, как вдох и выдох для человека. Но оно может дать человечеству еще больше. Его успешно можно использовать для получения промышленной энергии, тепловой или электрической.
Потенциал, которым обладает солнечная энергетика
Разработки по использованию солнечной энергии начались в еще в 20 веке. С тех проведено сотни исследований учеными со всех уголков мира. Ими было доказано, что эффективность использования солнечной энергии может быть очень и очень высокой. Данный источник может обеспечить энергоснабжение на всей планете гораздо лучше, чем все существующие на сегодняшний день ресурсы в совокупности. При этом такой вид энергии является общедоступным и бесплатным.
Использование энергии солнечного света
Запасы природных ископаемых, способных обеспечить энергоснабжение на Земле, сокращаются с каждым днем. Поэтому в настоящее время ведутся активные разработки различных способов использования солнечной энергии. Данный ресурс является отличной альтернативой традиционным источникам. Поэтому исследования в этой сфере невероятно важны для общества.
Достижения, которые существуют на данный момент, дали возможность создать системы использования солнечной энергии, которые делаться на два типа:
- Активные (фотоэлектрические системы, солнечные электростанции и коллекторы).
- Пассивные (подбор стройматериалов и проектировка помещений для максимального применения энергии солнечного света).
Преобразование и использование солнечной энергии таким образом дало возможность применять неиссякаемый ресурс с высокой продуктивностью и окупаемостью.
Принцип работы пассивных систем
Существует несколько видов пассивного использования солнечной энергии. Большинство из них невероятно просты в применении, но при этом достаточно эффективны. Также существуют и более замысловатые варианты, которые помогают получать больше выгоды. Например:
- Первое, что приходит на ум, это емкость, в которой хранится вода. Если покрасить ее в темный оттенок, то таким нехитрым образом солнечная энергия будет преобразовываться в тепловую, и вода будет нагреваться.
- Следующий вариант не под силу выполнить обычному человеку самостоятельно, так как он требует скрупулезного анализа специалиста. Данная технология должна приниматься во внимание еще на этапе проектирования и строительства дома. Основываясь на климатических условиях, здание проектируется таким образом, что само работает как солнечный коллектор. После чего подбираются необходимые материалы, способствующие максимальной аккумуляции энергии солнечных лучей.
Благодаря таким методам становится возможным использование солнечной энергии для отопления и освещения помещений. Также подобные разработки способствуют энергосбережению. Так как подобное проектирование способно не только преобразовывать солнечную энергию, но и сохранять тепло внутри здания, что также позволяет значительно сократить расходы.
Способы активного использования солнечной энергии
Основой данного принципа энергоснабжения являются коллекторы. Такое оборудование поглощает энергию и перерабатывает ее в тепло, с помощью которого можно отапливать дом или подогревать воду, а также преобразовывает солнечную энергию в электрическую. Коллекторы широко применяются как в промышленном объеме, так и на частных участках и сельском хозяйстве.
Помимо коллекторов еще одним оснащением активной системы можно назвать панели с фотоэлементами. Данное устройство позволяет использовать солнечную энергию в быту и в промышленных масштабах. Такие панели очень просты, неприхотливы в обслуживании и долговечны.
Также способом активного применения энергии Солнца являются солнечные электростанции. Они подходят только для масштабного преобразования радиации в тепловую ил электроэнергию. За последние годы они значительно набрали популярность в мире и разработки в этой сфере позволяют расширять возможности и количество таких станций.
Говоря о том, что солнечная энергия помогает экономить на применении традиционных ресурсов, стоит заметить, что подобное преимущество станет действительно полезным людям, обладающим своими частными участками. Собственный дом дает возможность установить оборудование для преобразования энергии, которое сможет удовлетворять, даже если и не полностью, хотя бы часть энергетических потребностей. Это поможет значительно снизить потребление централизованного энергоснабжения и уменьшить расходы.
Солнечная энергия – это отличный источник для таких процессов:
- Пассивный обогрев и охлаждение дома.
Не следует забывать о том, что Солнце и так греет все, что существует на Земле, и ваш дом не исключение. Поэтому можно усилить благотворное воздействие, внеся на этапе строительства определенные поправки, и использовав специальные техники. Таким образом, вы получите дом с гораздо более комфортной теплорегуляцией без особых вложений.
- Нагрев воды с помощью солнечной энергии.
Применение энергии солнечных лучей для подогрева воды – это самый простой и дешевый способ, доступный человеку. Подобное оснащение можно купить по адекватным ценам. При этом они смогут окупить себя достаточно быстро, ощутимо снизив расходы на централизованное энергоснабжение.
- Освещение улиц.
Это самый простой и дешевый способ использования солнечной энергии. Специальные устройства, которые поглощают за день солнечную радиацию, а в темное время суток освещают участки, очень популярны среди владельцев частных домов и сейчас.
Солнечная панель, к сожалению, не отличается всеобщей доступностью. Ее стоимость достаточно высока, но при этом, это удобный и выгодный энергетический ресурс, который успешно можно применять в российских широтах. Но если ваше финансовое положение не позволяет осуществить такую дорогостоящую покупку, вы сможете создать подобные панели самостоятельно.
Как это сделать?
- Первым делом вам будут нужны солнечные фотоэлементы. В среднем для одной панели их понадобится около 36 штук. Лучше выбирать элементы на монокристаллах, так как у них выше коэффициент полезного действия, и срок эксплуатации дольше.
- Сама панель производится из фанерного листа. Из него вырезается днище, размер которого вы определяете, смотря на количество фотоэлементов. Далее панель помещается в рамку из брусков.
- После чего требуется изготовить подложку, на которую будут накладываться фотоэлементы. Это можно сделать из ДВП.
- Далее вам необходимо сделать отверстия. Обязательно проследите, чтобы они были симметричны.
- Далее проводится процедура окрашивания и сушки, которая повторяется два раза.
- После того, как подложка высохнет, на нее выкладываются элементы, и производится распайка. Важный момент – выкладывайте их вверх ногами.
- В конечном этапе фотоэлементы выкладывают рядами, а потом уже соединяют все в комплексы. Все это по итогу крепится с помощью силикона.
Вот таким несложным способом вы можете создать своими руками оборудование, позволяющее использовать солнечную энергию в быту. Немного усилий и терпения, и у вас все получится.
Использование солнечной энергии в России
На каком этапе развития сейчас находится альтернативная энергетика в России? К сожалению, в нынешнее время это происходит на очень низком уровне. Пока страна не воплощает весь существующий потенциал в жизнь. На это имеет достаточно сильное влияние такой аспект, как наличие больших запасов полезных ископаемых, которые используются для традиционного энергоснабжения.
Тем не менее, успешное использование солнечной энергии в России возможно. Благодаря огромной площади, включающей в себя разные климатические зоны и рельеф, страна имеет возможность активно развивать выработку альтернативной энергии. При грамотном и всестороннем подходе можно обеспечивать весомый процент общего энергоснабжения именно с помощью энергии Солнца.
1. Каждую секунду Земля получает 170 миллиардов ватт от солнечных вспышек
Солнце вырабатывает огромное количество энергии. Благодаря ей на Земле происходят жизненно важные процессы, наподобие водного цикла. Более 170 миллиардов ватт солнечной энергии каждую секунду «врезается» в земную атмосферу.
Чтобы сравнить эти невероятные масштабы, представьте, что в среднем смартфон потребляет около двух тысяч ватт в течение года. Солнце посылает в миллиард раз больше энергии в атмосферу каждую секунду!
Не вся солнечная энергия, которая достигает атмосферы, попадает на поверхность Земли. Атмосфера поглощает и отражает часть энергии обратно в космос, облака также отражают и поглощают энергию.
На самом деле только 50 % солнечной энергии проходит через атмосферу и попадает на поверхность Земли. И это очень хорошо, поскольку, если бы поверхности Земли достигало 100 процентов солнечной энергии, то наша жизнь кардинально бы отличалась от нынешней.
2. Когда мы едим фрукты и овощи, мы получаем калории от Солнца
Растения также могут нам поведать довольно интересные факты о солнечной энергии. Например, мы используем их, даже не подозревая, что растения еще один источник солнечной энергии. Оказывается, солнечная энергия играет очень важную роль в процессе фотосинтеза, генерирующий необходимый нам кислород.
Химическая реакция фотосинтеза преобразует воздух, воду и другие питательные вещества, так что растения, цветы и листья деревьев могут расти. Когда мы едим фрукты и овощи, мы потребляем калории, которые были созданы при помощи энергии Солнца. Так что, когда мы едим овощи, мы на самом деле получаем энергию от Солнца. Это один из удивительных фактов о солнечной энергии, который говорит нам, что мы используем солнечную энергию, даже когда мы не осознаем этого.
Люди едят мясо животных, которые в свою очередь едят корм, изготовленный из растений. Та энергия, которую мы получаем, употребляя в пищу мясо, происходит от энергии, которая «накапливается» в животных из растений. Это еще один удивительный факт о солнечной энергии – даже когда мы едим мясо, мы получаем энергию от Солнца.
3. Витамин D создается в нашем организме за счет солнечной энергии
Люди, как растения, также использую солнечную энергию в качестве витаминов.
Но в отличие от растений, мы не зависим от этой энергии настолько сильно. Тем не менее, наше тело нуждается в солнечной энергии, чтобы выполнять различные химические процессы. Например, чтобы вырабатывать в организме витамин D.
В коже человека находится определенный тип холестерина, который преобразует предварительный тип витамина в витамин D, который защищает кожу от ультрафиолетового излучения. Предварительно, «витаминовая заготовка», при ультрафиолетовом излучении Солнца, попадает в печень, которая в конечном итоге вырабатывает столь необходимый организму витамин D.
4. Первая солнечная электростанция была построена в 1912 году
Солнечная энергия участвует в круговороте воды в природе. Солнце нагревает воду на Земле, и это вызывает испарение, которое преобразуется в осадки в виде дождя или снега.
Когда вода и другие жидкости нагреваются от солнечной энергии, они претерпевают изменения и превращаются в газ. Для воды, этот газ является паром. Уже в 1897 году, Фрэнк Шуман создал систему, которая использует энергию Солнца, чтобы привести в движение маленький двигатель. Его более поздние системы улучшались и использовали воду для питания полноразмерного парового двигателя.
В 1912 году Шуман запатентовал свою систему и построил первую солнечную электростанцию энергии в Египте. Это один из наиболее важных фактов в истории использования солнечной энергии. Электростанция Шумана была способна получать 45-52 киловатт, и стало первым масштабным коммерческим использованием солнечной энергии. По сегодняшним меркам это небольшой масштаб, но он дал начало широкому применению солнечной энергии. Этот факт вдохновил будущих изобретателей двигаться дальше.
Солнечная тепловая энергия является одним из видов технологий, которая способная нагревать воду, а затем использовать ее изменения, чтобы привести в действие машину. Шуман оказался провидцем, который показал всем, что солнечную энергию можно будет использовать, когда на Земле исчерпаются запасы угля и нефти.
5. Прохладный напиток в жаркий день является пассивной солнечной технологией
Есть два основных типа технологий, используемых для «захвата» и применения энергии Солнца: активные и пассивные.
Активные солнечные технологии, такие как солнечные панели, собирают солнечную энергию и преобразовывают ее в электрическую. Активная солнечная технология поставляет энергию для ее использования.
Пассивные солнечные технологии направлены на снижение использования энергии из других источников. Она может быть чем-то простым. Например, крыша дома со специальным отражающим покрытием, необходимым для уменьшения количества поступающей энергии. Это необходимо для охлаждения дома летом. Пассивные солнечные технологии работают за счет уменьшения количества энергии. Даже прохладительный напиток в жаркий день является одним из видов пассивной солнечной технологии.
6. Панели солнечных батарей используют фотоны, чтобы создавать экситоны и электронные поля
Когда люди думают о солнечной энергии, они часто представляют себе солнечные панели. Эти панели содержат «солнечные клетки», которые также известны как фотоэлементы, благодаря которым происходит фотоэлектрический эффект.
Фотоэлектрических эффект тенденция некоторых материалов возбуждаться фотонами в солнечной энергии. Различные материалы обладают различными свойствами при возбуждении энергией Солнца.
Также, используются специальные материалы, чтобы заставить солнечные батареи генерировать экситоны возбужденном состоянии. Наличие последних вызывает поток электронов. В дальнейшем, при помощи солнечной батареи этот поток преобразуется в электричество, которое мы потребляем.
Первые солнечные батареи не могли преобразовывать солнечную энергию в электричество. Они были эффективными лишь на 1-2 %, в то время как современные батареи в лабораториях эффективнее на 40 %.
7. Солнечная энергия может очищать воду с помощью УФ-излучения
Еще один удивительный факт о солнечной энергии заключается в том, что ее можно использовать для очистки воды. Данное свойство солнечной энергии было известно еще древним грекам, а также практиковалось персидскими алхимиками в 1500-х годах.
Процесс очистки соленой воды при помощи солнечной энергии называется солнечным опреснением. Существует еще один способ, который использует солнечную энергию для очистки воды под названием солнечная дистилляция. Солнечная дистилляция очищает воду от многих типов загрязнений. В качестве примера можно привести стандартный цикл круговорота воды в природе.
В качестве миниатюрного примера, можно взять картонную коробку и поставить над ямкой, предварительно вырытой во влажной почве. Та вода, которая при испарении окажется на поверхности коробки, будет чистой и пригодной к питью.
Еще один вариант очистки воды — ультрафиолетовое излучение. Оно является губительным для многих микробов и бактерий.
8. Солнечная энергия является единственным источником возобновляемой энергетики
Солнечная энергия является живительной для всего, что нас окружает. Если люди перейдут на источники питания от солнечных батарей, то значительно сократится использование электрической сети. Дело в том, что электросети получают питание благодаря сжиганию угля. А этот процесс способствует изменению климата, который приводит к глобальному потеплению.
Солнечная энергия является одним из лучших источников возобновляемой энергии. Некоторые утверждают, что она является единственным источником в своем роде. Большая часть инфраструктуры в развитом мире построена на ископаемых видах топлива. Поэтому переход на использование солнечной энергии в качестве основного источника энергии потребует значительных усилий.
Экономические преимущества использования солнечной энергии очевидны. Цены на топливо увеличиваются, а затраты на производство более эффективных солнечных батарей уменьшают.
9. Гравитационная энергия от Солнца удерживает Солнечную систему
Возможно, самый загадочный из фактов о солнечной энергии относится к гравитации, которую излучает Солнце. Благодаря гравитации все планеты и другие объекты сохраняют свои орбиты в Солнечной системе.
Гравитационная энергия является одной из наименее изученных сил во Вселенной. В то время как Солнце излучает свет и солнечную энергию на Землю, оно также притягивает Землю к себе своим гравитационным полем.
Если подумать, то выходит, что солнечная энергия несет ответственность не только за круговороты воды, питающие жизнь на Земле. Солнечная энергия создала условия для существования жизни на Земле, когда Солнечная система была только сформирована.
Солнечная энергия становится все более и более важной в жизни человечества. Ученые видят в ней возобновляемые источники энергии, которые не вредят окружающей среде, а также большую пользу для здоровья человека.
На чтение 8 мин. Просмотров 756 Опубликовано 27.11.2015
Великое и могучее, вечное и всегда молодое, так во многих древних религиях люди отзывались о Солнце. Говорили о нем как об одушевленном предмете и поклонялись ему, мерили время и возносили хвалу как первоисточнику всех земных благ.
И сегодня, когда ни для кого не является секретом, что именно Солнце является основным природным источником тепла и соответственно жизни во многом приходится соглашаться с пониманием роли небесного светила в жизни человечества.
Ну а чем кроме поклонения и понимания важности Солнца в истории цивилизации сегодня человечество может воспользоваться в повседневной своей жизни? Конечно, Солнце является источником необходимой энергии для фотосинтеза растений, оно заставляет совершаться круговороту воды в природе, только благодаря Солнцу, планета имеет все известные сегодня ископаемые виды топлива. И еще человек может использовать энергию солнца для обеспечения своих потребностей в энергии – тепловой и электрической.
Солнце – основной источник энергии на земле
Природа мудро позаботилась о процессе доставки солнечной энергии к Земле, отсылая с поверхности светила солнечную радиацию до поверхности Земли из всего спектра электромагнитного излучения, доходит три основных вида волн:
- ультрафиолетовые волны , их общее количество в солнечном спектре по разным подсчетам составляет около 2%, при этом оно невидимо для человеческого глаза,
- световые волны составляют примерно половину доходящей до Земли энергии – 49%, благодаря волнам этого диапазона человек имеет возможность видеть все краски мира;
- инфракрасные волны, на которые приходится 49% спектра, при этом именно благодаря этим 49% происходит нагревание поверхности Земли, океанов и суши, и именно эти волны и являются источником наиболее востребованной сегодня человечеством солнечной энергии.
Принцип преобразования энергии солнца в электричество и тепло
Как и любой другой процесс, преобразование солнечного света в тепловую и электрическую энергию происходит по принципу прямого превращения световой энергии в тепловую или электрическую – солнечный свет, попадая, на специальную поверхность запускает процесс превращения световой энергии в электрическую или тепловую.
Процесс получения тепловой и электрической энергии из энергии солнца, несмотря на определенное различие в целом очень схож и во многом может быть представлен в виде схожих друг с другом схем:
- для получения тепловой энергии используется тепловой коллектор для поглощения инфракрасных волн, далее в зависимости от сложности системы используются накопители и теплообменники, нагревающие конечный продукт;
- для получения электрической энергии используется принцип прямого преобразования солнечного света в электричество постоянного тока – фотоэлемент принимает на свою поверхность солнечный свет и преобразует в электричество.
Как используют солнечную энергию в наше время
Во многом, использование бесплатной и возобновляемой, а соответственно наиболее перспективной энергии солнца сегодня от теоретических изысканий уже давно перешло в практическую плоскость. Огромное количество предложений коммерческих фирм делают такую энергию доступной практически для всех, при этом основными направлениями использования такой энергии в повседневной жизни выступают во многом привычные вещи.
Солнечные батареи
Наиболее распространенный источник преобразования солнечного света в электроэнергию.
Несмотря на, относительную дороговизну и небольшую мощность, солнечные батареи вполне могут уже сегодня обеспечить половину потребностей человечества в бесплатном освещении.
Несмотря на относительную новизну этого вида источников электроэнергии и еще пока несовершенство технологии уже сегодня солнечные батареи используются как для освещения садовых дорожек и улиц, и уже используются в качестве источников энергии для освещения домов и городских квартир.
Энергоснабжение дома
Еще пару лет назад система солнечных батарей для освещения дома была чем-то из области фантастики, а сегодня вполне реально установить на балконе или наружной стене комплект солнечных панелей способных обеспечить энергоснабжение отдельной квартиры или загородного дома.
Технология использования солнечной энергии для получения электричества пока не позволяет получить слишком большой КПД – в среднем он составляет около 13%, а вырабатываемый ток равен 12 В, но и такого количества энергии вполне достаточно чтобы бесплатно пользоваться освещением в квартире или доме.
Во многом скепсиса оборудовать дом солнечными батареями добавляет возможность работы панелей в пасмурный день или в сумерках, однако, это уже давно забытый этап – все представленные солнечные панели работают даже в глубоких сумерках, а аккумуляторных батарей вполне хватает для питания током потребителей до следующей зарядки.
Портативные солнечные батареи
Еще один вид источников электрического тока в отсутствие стационарной электрической сети. Переносные панели, легкие и удобные незаменимы для тех, чья жизнь связана с постоянными перемещениями вдали от цивилизации, туристов, путешественников, да и для дачников у кого нет электричества на участке очень нужная вещь для зарядки телефона или питания радиоприемника.
Солнечный коллектор
Еще большее применение нашло использование процесс преобразования солнечной энергии в тепловую энергию. Простейшим ее примером можно назвать летний душ, когда емкость с водой нагревается на солнце. Однако сегодня это уже далеко не самый экономически выгодный вариант использования солнечной энергии для бытовых целей
– простейший солнечный коллектор делает процесс нагрева воды намного более эффективным.
Суть солнечного коллектора заключается в поглощении энергии поглощающим элементом и передачи ее в виде тепловой энергии для нагрева жидкости. Сегодня используются несколько видов солнечных коллекторов:
- плоский коллектор, в котором поглощающий элемент выполнен в виде плоской панели, внутри которой циркулирует теплоноситель;
- трубчатый коллектор – вид солнечной установки, в которой нагрев рабочей жидкости происходит в соединенных между собой трубах, имеющих хорошую теплопроводность.
Горячее водоснабжение
Установки горячего водоснабжения
– сегодня наиболее используемый вид солнечных установок с солнечным коллектором. Нагреваемая солнцем рабочая жидкость по трубопроводу поступает в бак-концентратор, где по теплообменнику происходит нагрев воды.
Схема устройства похожа на обычный электрический бойлер, только вместо электрического нагревательного элемента внутри бака находится трубчатый теплообменник с рабочей жидкостью. Относительно небольшая установка с солнечным коллектором способна обеспечить бесплатный нагрев воды для покрытия бытовых нужд суточного потребления горячей воды семьи из 4 человек в весенне-осенний период.
В отличие от горячего водоснабжения установка для автономного тепл оснабжения с использованием солнечного света сегодня выглядит во многом еще большой экзотикой, но в целом не является фантастикой. В ней заложен принцип аккумулирования тепловой энергии и постепенного ее использования для отопления помещений дома. В таких установках используется комбинированный подход:
- здание усовершенствуется – делается более эффективная теплоизоляция, сокращаются потери тепла, производится замена стеклопакетов;
- в подвальном помещении размещается аккумулятор тепла, способный накапливать большое количество тепловой энергии;
- монтируются солнечные коллекторы с заполнение специальным теплоносителем, способным нагреваться при минимальных положительных температурах воздуха;
Такая система отопления способна обеспечить отопление загородного дома в осенне-зимний период на протяжении 60-70 дней, а при условии теплой зимы, с большим количеством солнечных дней и обойтись без других источников энергии на протяжении всего отопительного сезона.
Солнечные концентраторы
Довольно экзотичный, хотя и древний вид аппаратов для использования энергии светила. Использование концентрированных в одной точке солнечных лучей отсчитывается со времени Древней Греции, когда Архимед, с помощью зеркал сжег флот неприятеля.
Сегодня в основном солнечные концентраторы используются в качестве походных экологически чистых кухонь для приготовления нехитрых блюд и в солнечной энергетике, когда на больших площадях параболические зеркала концентрируют солнечный свет на трубопроводах с теплоносителем.
Транспорт на солнечной энергии
Сегодня никого не удивить тому, что чудаки используют солнечную энергию в разных целях, но, тем не менее, регулярные чемпионаты Австралии по гонкам через весь континент на солнечных автомобилях до сих пор освещаются прессой в колонках курьезов. А вместе с тем за последние 10 лет, скорость таких солнцемобилей возросла с 6 до 80 километров в час. К тому же готовится второе кругосветное путешествие самолета на солнечной энергии.
И хотя до промышленных образцов еще далеко, но если самолет, использующий энергию солнца, облетел Земной шар, то в скором будущем это станет обычным делом.
Где лучше всего используют солнечную энергию
Как ни странно, но в рейтинге стран, наиболее рационально использующих солнечную энергию практически нет государств, которые географически, получают наибольшее количество солнечного света. Во многом это объяснимо тем, что бесплатную энергию больше всего любят там, где умеют считать деньги.
К тому же именно в топ-10 наиболее использующих солнечную энергию стран находятся страны с высоким развитием технологий, а следовательно, сделавших технологию использования энергии солнца наиболее доступной.
Среди лидеров сегодня страны стремящиеся обеспечить энергетическую независимость не только государства, но и отдельного гражданина – Германия, Италия, Япония. В этих странах большинство солнечных установок используются в качестве солнечных панелей для наружного освещения и горячего водоснабжения.
На промышленную основу использование энергии солнца поставлено в США, где расположены наибольшее количество солнечных электростанций. А вот использование Солнца в экологических целях лучше всего поставлено в Израиле – здесь не только опресняют воду, но и очищают канализационные стоки с помощью солнечных установок.
Перспективы развития солнечной энергетики
Войны и нефтяные кризисы сами собой подталкивают людей к поиску дешевых и вечных источников энергии. Сколь бы не была дешева добыча полезных ископаемых, но их запасы не безграничны, к тому же технологии добычи во многом становятся опасными для самой среды обитания человечества. И именно поэтому солнечная энергетика все больше занимает позиций в энергетическом секторе развитых стран, постепенно вытесняя атомную и тепловую.
Сегодня уже принято рядом государств программы развития солнечной энергетики, в которых, например, в Германии предусматривается до 2050 года нарастить использование солнечной энергии в общем балансе страны до 50%. А Израиль уже сегодня использует около 15 % электроэнергии, произведенной солнечными панелями.
