השימוש באנרגיה סולארית, אנרגיה סולארית - היסטוריה של התפתחות, יתרונות וחסרונות

האופנה לאנרגיה חלופית צוברת תאוצה. יתרה מכך, הדגש הוא על מקורות אנרגיה מתחדשים - גאות ושפל, רוח, שמש. אנרגיה סולארית (או פוטו-וולטאית) נחשבת לאחד מהמגזרים התעשייתיים הצומחים ביותר. לא מעט אמירות מאוד אופטימיות כמו העובדה שכל האנרגיה של הזמנים הקרובים, לא פחות, תתבסס על אנרגיה סולארית.

באופן קפדני, האנרגיה של כוכב בשם השמש קיימת בצורה "שמורה" בכל סוגי הדלקים המאובנים - פחם, נפט, גז. אנרגיה זו מתחילה להצטבר בשלב הצמיחה של צמחים, הצורכים אור שמש וחום, אשר עקב תהליכים ביולוגיים מורכבים הופכים למאובני פחמן. האנרגיה של המים, זרימתם נתמכת גם על ידי השמש.

צפיפות האנרגיה הסולארית בגבול העליון של האטמוספירה היא 1350 W / m2, זה נקרא "קבוע השמש". כאשר קרני השמש עוברות באטמוספירה של כדור הארץ, חלק מהקרינה מתפזרת.אבל אפילו על פני השטח של כדור הארץ, צפיפותו מספיקה לשימוש אפשרי, אפילו במזג אוויר מעונן.

ההיסטוריה של ההתפתחות

האפקט הפוטו-וולטאי (כלומר הופעת זרם נייח בחומר הומוגני עם עירור פוטו הומוגנית שלו) התגלה ב-1839 על ידי הפיזיקאי הצרפתי אלכסנדר-אדמונד בקארל. מעט מאוחר יותר, האנגלי ווילובי סמית' והגרמני היינריך-רודולף הרץ גילו באופן עצמאי את הפוטומוליכות של סלניום ופוטומוליכות אולטרה סגולה.

בשנת 1888, "מכשיר התאוששות קרינת השמש" הראשון נרשמה פטנט באמריקה. ההישגים הראשונים של מדענים רוסים בתחום הפוטומוליכות מתוארכים לשנת 1938. אז, במעבדתו של האקדמאי אברם יופה, נוצר לראשונה אלמנט המרת אנרגיה סולארית, שתוכנן לשמש באנרגיה סולארית.

לפיתוח אנרגיה סולארית יבשתית קדמה עבודה רבה של מדענים (כולל הפיזיקאים של בית הספר המדעי לנינגרד-פטרבורג בוריס קולומיץ ויורי מסלקובץ) בתחום סוללות השמש לצורכי חלל. הם יצרו במכון לנינגרד לפיזיקה וטכנולוגיה תאים פוטו מתליום גופרית, שיעילותם הייתה שווה ל-1% - שיא ​​אמיתי לאותה תקופה.

אברם יופה הפך גם למחבר של פתרון ההתקנה הפופולרי כיום תאי צילום על גגות (למרות שהרעיון לא תפס הרבה בהתחלה פשוט מהסיבה שאיש לא חווה מחסור בדלקים מאובנים באותה תקופה). כיום, מדינות כמו גרמניה, ארה"ב, יפן, ישראל מתקינות יותר ויותר פאנלים סולאריים על גגות מבנים ובכך יוצרים "בתים חסכוניים באנרגיה".

אנרגיה סולארית החלה למשוך עניין רב יותר במחצית השנייה של המאה ה-20.הודות לפיתוחים פרקטיים בתחום זה, נוצרו תחנות כוח תרמיות, בהן נוזל הקירור מחומם בקרינת שמש ישירה, וגנרטור טורבו-חשמלי מניע את הקיטור שנוצר בדוד.

עם צבירת הידע וההתקדמות מהתיאוריה לפרקטיקה, עולה שאלת הרווחיות של ייצור סולארי. בתחילה, משימות האנרגיה הסולארית לא חרגו מעבר לאספקת חפצים מקומיים, למשל, קשים לגישה או מרוחקים ממערכת החשמל המרכזית. כבר בשנת 1975, ההספק הכולל של כל המתקנים הסולאריים על פני כדור הארץ היה רק ​​300 קילוואט, ומחיר שיא קילוואט כוח הגיע ל-20 אלף דולר.

עקרון הפעולה של תחנות כוח סולאריות:

כיצד אנרגיה סולארית הופכת לחשמל

סוגים נפוצים של פאנלים סולאריים

אבל כמובן, הוצאת אנרגיה סולארית מהקרקע - גם בלי להתחשב במרכיב הכלכלי - דרשה יעילות משמעותית יותר. והם הצליחו קצת להשיג את זה. היעילות של גנרטורים מודרניים מוליכים למחצה סיליקון היא כבר 15-24% (ראה - יעילות של תאים ומודולים סולאריים), ולכן (כמו גם ירידת המחיר שלהם) יש היום ביקוש מתמיד.

הייצור של פאנלים סולאריים עבר שליטה על ידי חברות גלובליות גדולות כמו סימנס, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell ואחרות. העלות של וואט אחד של חשמל מותקן של תאים סולאריים מוליכים למחצה ירדה ל-2 דולר.

אפילו בימי ברית המועצות, הוערך כי 4,000 קמ"ר של מודולים סולאריים הצליחו לכסות את צורכי החשמל השנתיים של העולם כולו. ויעילות הסוללות באותה תקופה לא עלתה על 6%.

במאה האחרונה הוקמו תחנות כוח סולאריות של 10 מגה וואט (SPP) בארה"ב, צרפת, ספרד, איטליה ומדינות "סולאריות" נוספות. בברית המועצות, המפעל הסולארי הניסיוני הראשון בהספק של 5 MW נבנה בחצי האי קרץ', שבו מספר ימי השמש בשנה הוא מהגבוהים באזור.

חלק מהתחנות הללו עדיין פועלות, רבות הפסיקו לתפקד, אך ניתן לומר בוודאות שהן לא יכולות להתחרות באופן עקרוני במערכות פוטו-וולטאיות סולאריות מודרניות.

תחנות כוח סולאריות:

סוגי תחנות כוח סולאריות

תחנות כוח סולאריות צפות

רכזי שמש

אנשי מקצוע

חוזקות האנרגיה הסולארית ברורות לכל ואינן זקוקות להסבר מפורט.

ראשית, משאבי השמש יחזיקו מעמד זמן רב - תוחלת החיים של כוכב מוערכת על ידי מדענים בכ-5 מיליארד שנים.

שנית, השימוש באנרגיה סולארית אינו מאיים על פליטת גזי חממה, התחממות כדור הארץ וזיהום סביבתי כללי, כלומר. אינו משפיע על האיזון האקולוגי של כדור הארץ.

מפעל פוטו-וולטאי בהספק של 1 מגוואט מדי שנה מייצר כ-2 מיליון קילוואט. זה מונע פליטת פחמן דו חמצני לעומת תחנת כוח בעירה בנפחים הבאים: על גז כ-11 אלף טון, על מוצרי נפט 1.1-1.5 אלף טון, על פחם 1,7-2,3 אלף טון...

חסרונות

צווארי הבקבוק של אנרגיה סולארית כוללים, ראשית, עדיין יעילות לא מספיק גבוהה, ושנית, עלות לא נמוכה מספיק לקילו-וואט שעה - דבר שמעלה שאלות לגבי השימוש הנרחב בכל מקור אנרגיה מתחדש.

לכך מתווספת העובדה שכמות נכבדת של קרינת שמש על פני כדור הארץ מפוזרת ללא שליטה.

גם בטיחות הסביבה מוטלת בסימן שאלה - אחרי הכל, עדיין לא ברור מה לעשות עם סילוק האלמנטים המשומשים.

לבסוף, מידת המחקר של אנרגיית השמש - מה שיגידו - עדיין רחוקה מלהיות מושלמת.

החוליה החלשה ביותר באנרגיה סולארית היא היעילות הנמוכה של סוללות; הפתרון לבעיה זו הוא רק עניין של זמן.

נוֹהָג

כן, השגת אנרגיה מהשמש אינה הפרויקט הזול ביותר. אבל, ראשית, במהלך שלושים השנים האחרונות, וואט אחד שנוצר באמצעות תאי פוטו הפך לזול פי עשרה. ושנית, הרצון של מדינות אירופה להפחית את התלות במקורות אנרגיה מסורתיים משחק את התפקיד של אנרגיה סולארית. כמו כן, אל תשכח את פרוטוקול קיוטו. כעת אנו יכולים לומר שאנרגיה סולארית מתפתחת בקצב קבוע הן מנקודת המבט של המדע והן מנקודת המבט של המסחר.

כיום, אנרגיה סולארית משמשת באופן פעיל ביותר לשלוש מטרות:

• חימום ומים חמים ומיזוג אוויר;

• המרה לאנרגיה חשמלית באמצעות ממירים פוטו-וולטאיים סולאריים;

• ייצור חשמל בקנה מידה גדול המבוסס על המחזור התרמי.

אנרגיה סולארית לא חייבת להיות מומרת לחשמל, אבל בהחלט אפשרי להשתמש בה כחום. למשל, לחימום ומים חמים של מתקני מגורים ותעשייה.

הבסיס לעיקרון הפעולה של התכנון של מערכות חימום סולארי הוא חימום של נוזל לרדיאטור.לאחר מכן החום מועבר למיכלי אגירה, הממוקמים בדרך כלל במרתף, ומשם נצרך.

אחד הצרכנים הפוטנציאליים הגדולים ביותר של אנרגיה פוטו-וולטאית הוא המגזר החקלאי, שיכול לצרוך באופן עצמאי מאות מגה וואט של שיא אנרגיה סולארית בשנה. לכך ניתן להוסיף תמיכת ניווט, חשמל למערכות תקשורת, מערכות לעסקי הנופש והבריאות והתיירות וכן וילות, פנסי רחוב סולאריים ועוד.

כיום, נשקלת ברצינות האפשרות של דרכים פנטסטיות לחלוטין, מנקודת מבטו של הדיוט, להשתמש באנרגיה סולארית. לדוגמה, פרויקטים למסלול סביב תחנות סולאריות או, אפילו יותר פנטסטי, תחנות כוח סולאריות על הירח.

ואכן יש פרויקטים כאלה. בחלל, ריכוז אנרגיית השמש גבוה בהרבה בהשוואה לכוכב הלכת הכחול שלנו. העברת אנרגיה לכדור הארץ אפשרית באמצעות קרינה מכוונת (לייזר) או קרינה בתדר אולטרה-גבוה (מיקרוגל).

המשך הנושא: להצמיח אנרגיה סולארית בעולם