استخدام الطاقة الشمسية ، الطاقة الشمسية - تاريخ التطور ، إيجابيات وسلبيات

تكتسب موضة الطاقة البديلة زخماً. علاوة على ذلك ، يتم التركيز على مصادر الطاقة المتجددة - المد والجزر وطاقة الرياح والطاقة الشمسية. تعتبر الطاقة الشمسية (أو الخلايا الكهروضوئية) من أسرع القطاعات الصناعية نموًا. غالبًا ما تكون تصريحات متفائلة جدًا مثل حقيقة أن كل الطاقة في الأوقات القادمة ، لا أقل ، ستعتمد على الطاقة الشمسية.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن طاقة نجم يسمى الشمس موجودة بشكل "محفوظ" في جميع أنواع الوقود الأحفوري - الفحم والنفط والغاز. تبدأ هذه الطاقة بالتراكم في مرحلة نمو النباتات ، التي تستهلك ضوء الشمس والحرارة ، والتي ، بسبب العمليات البيولوجية المعقدة ، تتحول إلى أحافير كربونية. طاقة الماء ، كما أن دورانها تدعمه الشمس.

كثافة الطاقة الشمسية عند الحد الأعلى للغلاف الجوي 1350 وات / م 2 ، وتسمى «الثابت الشمسي». عندما تمر أشعة الشمس عبر الغلاف الجوي للأرض ، يتشتت بعض الإشعاع.ولكن حتى على سطح الأرض ، فإن كثافته كافية للاستخدام المحتمل ، حتى في الطقس الغائم.

تاريخ التطور

تم اكتشاف التأثير الكهروضوئي (أي ظهور تيار ثابت في مادة متجانسة مع إثارة ضوئية متجانسة) في عام 1839 من قبل الفيزيائي الفرنسي ألكسندر إدموند بيكريل. بعد ذلك بقليل ، اكتشف الإنجليزي ويلوبي سميث والألماني هاينريش رودولف هيرتز بشكل مستقل الموصلية الضوئية للسيلينيوم والموصلية الضوئية فوق البنفسجية.

في عام 1888 ، حصل أول "جهاز لاستعادة الإشعاع الشمسي" على براءة اختراع في أمريكا. تعود الإنجازات الأولى للعلماء الروس في مجال الموصلية الضوئية إلى عام 1938. ثم في مختبر الأكاديمي أبرام جوفي ، تم إنشاء عنصر تحويل الطاقة الشمسية لأول مرة ، والذي تم التخطيط لاستخدامه في الطاقة الشمسية.

سبق تطوير الطاقة الشمسية الأرضية قدر كبير من العمل من قبل العلماء (بما في ذلك الفيزيائيين في مدرسة لينينغراد بطرسبورغ العلمية بوريس كولوميتس ويوري ماسلاكوفتس) في مجال البطاريات الشمسية للأغراض الفضائية. لقد أنشأوا في معهد لينينغراد للفيزياء والتكنولوجيا خلايا ضوئية من كبريت الثاليوم ، وكفاءتها كانت تعادل 1 ٪ - وهو رقم قياسي حقيقي في ذلك الوقت.

أصبح Abram Joffe أيضًا مؤلف حل التثبيت الشهير الآن الخلايا الضوئية على أسطح المنازل (على الرغم من أن الفكرة لم تنتشر على نطاق واسع في البداية لمجرد أنه لم يكن أحد يعاني من نقص في الوقود الأحفوري في ذلك الوقت). اليوم ، تقوم دول مثل ألمانيا والولايات المتحدة واليابان وإسرائيل بشكل متزايد بتركيب الألواح الشمسية على أسطح المباني ، وبالتالي إنشاء "منازل موفرة للطاقة".

بدأت الطاقة الشمسية في جذب المزيد من الاهتمام في النصف الثاني من القرن العشرين.بفضل التطورات العملية في هذا المجال ، تم إنشاء محطات الطاقة الحرارية ، حيث يتم تسخين المبرد عن طريق الإشعاع الشمسي المباشر ، ويقوم المولد الكهربائي التوربيني بتشغيل البخار المتولد في الغلاية.

مع تراكم المعرفة والتقدم من النظرية إلى التطبيق ، تبرز مسألة ربحية توليد الطاقة الشمسية. في البداية ، لم تتجاوز مهام الطاقة الشمسية الإمداد بالأشياء المحلية ، على سبيل المثال ، يصعب الوصول إليها أو بعيدًا عن نظام الكهرباء المركزي. بالفعل في عام 1975 ، كانت الطاقة الإجمالية لجميع المنشآت الشمسية على هذا الكوكب 300 كيلوواط فقط ، وبلغ سعر ذروة كيلوواط من الطاقة 20 ألف دولار.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة الشمسية:

كيف يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء

الأنواع الشائعة من الألواح الشمسية

لكن بطبيعة الحال ، فإن الحصول على الطاقة الشمسية من الأرض - حتى دون النظر إلى المكون الاقتصادي - يتطلب كفاءة أكبر بشكل ملحوظ. وقد تمكنوا من تحقيق ذلك إلى حد ما. كفاءة مولدات أشباه الموصلات السليكونية الحديثة هي بالفعل 15-24٪ (انظر - كفاءة الخلايا والوحدات الشمسية) ، ولهذا (بالإضافة إلى انخفاض السعر) هناك طلب مستمر اليوم.

تم إتقان إنتاج الألواح الشمسية من قبل كبرى الشركات العالمية مثل Siemens و Kyocera و Solarex و BP Solar و Shell وغيرها. انخفضت تكلفة واحد واط من الطاقة الكهربائية المركبة للخلايا الشمسية شبه الموصلة إلى 2 دولار.

حتى في الحقبة السوفيتية ، قدر أن 4 آلاف كيلومتر مربع من الوحدات الشمسية كانت قادرة على تغطية احتياجات الكهرباء السنوية للعالم بأسره. وكفاءة البطاريات في ذلك الوقت لم تتجاوز 6٪.

في القرن الماضي ، تم إنشاء محطات طاقة شمسية بقدرة 10 ميغاواط (SPP) في الولايات المتحدة الأمريكية وفرنسا وإسبانيا وإيطاليا ودول "شمسية" أخرى. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم بناء أول محطة طاقة شمسية تجريبية بقدرة 5 ميجاوات في شبه جزيرة كيرتش ، حيث يعد عدد الأيام المشمسة سنويًا من أعلى المعدلات في المنطقة.

لا تزال بعض هذه المحطات قيد التشغيل ، والكثير منها توقف عن العمل ، ولكن من الآمن القول إنها لا تستطيع من حيث المبدأ منافسة الأنظمة الكهروضوئية الشمسية الحديثة.

محطات الطاقة الشمسية:

أنواع محطات الطاقة الشمسية

محطات الطاقة الشمسية العائمة

مكثفات الطاقة الشمسية

المهنيين

إن نقاط قوة الطاقة الشمسية واضحة للجميع ولا تحتاج إلى شرح مفصل.

أولاً ، ستستمر موارد الشمس لفترة طويلة - يقدر العلماء عمر النجم بحوالي 5 مليارات سنة.

ثانيًا ، لا يهدد استخدام الطاقة الشمسية انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والاحتباس الحراري والتلوث البيئي العام ، أي. لا يؤثر على التوازن البيئي للكوكب.

محطة كهروضوئية بطاقة 1 ميغاواط سنوياً تنتج حوالي 2 مليون كيلوواط ، وهذا يمنع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مقارنة بمحطة الاحتراق في الأحجام التالية: على الغاز حوالي 11 ألف طن ، على المنتجات النفطية 1.1-1.5 ألف طن ، على الفحم. 1، 7-2،3 ألف طن ...

سلبيات

تشمل اختناقات الطاقة الشمسية ، أولاً ، عدم كفاءة عالية بما فيه الكفاية ، وثانيًا ، تكلفة غير منخفضة بما يكفي لكل كيلوواط ساعة - وهو أمر يثير تساؤلات حول الاستخدام الواسع لأي مصدر للطاقة المتجددة.

يضاف إلى ذلك حقيقة أن كمية لا بأس بها من الإشعاع الشمسي على سطح الأرض تنتشر دون حسيب ولا رقيب.

سلامة البيئة موضع تساؤل صارم أيضًا - بعد كل شيء ، لا يزال من غير الواضح ما يجب فعله بالتخلص من العناصر المستخدمة.

أخيرًا ، فإن درجة دراسة الطاقة الشمسية - مهما قالوا - لا تزال بعيدة عن الكمال.

الحلقة الأضعف في الطاقة الشمسية هي انخفاض كفاءة البطاريات. حل هذه المشكلة ليس سوى مسألة وقت.

إستعمال

نعم ، الحصول على الطاقة من الشمس ليس أرخص مشروع. ولكن ، أولاً ، على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، أصبح الوات الواحد المتولد باستخدام الخلايا الضوئية أرخص بعشر مرات. وثانيًا ، تلعب رغبة الدول الأوروبية في تقليل الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية دور الطاقة الشمسية. أيضًا ، لا تنس بروتوكول كيوتو. يمكننا الآن أن نقول أن الطاقة الشمسية تتطور بوتيرة ثابتة من وجهة نظر العلم ومن وجهة نظر التجارة.

اليوم ، يتم استخدام الطاقة الشمسية بشكل أكثر نشاطًا لثلاثة أغراض:

• التدفئة والماء الساخن وتكييف الهواء.

• التحويل إلى طاقة كهربائية باستخدام محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ؛

• توليد الطاقة على نطاق واسع على أساس الدورة الحرارية.

لا يلزم تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء ، ولكن من الممكن تمامًا استخدامها كحرارة. على سبيل المثال ، للتدفئة والمياه الساخنة للمنشآت السكنية والصناعية.

أساس مبدأ تشغيل تصميم أنظمة التدفئة الشمسية هو تسخين التجمد.ثم يتم نقل الحرارة إلى صهاريج التخزين ، التي توجد عادة في الطابق السفلي ، ويتم استهلاكها من هناك.

يعد القطاع الزراعي أحد أكبر المستهلكين المحتملين للطاقة الكهروضوئية ، حيث يمكن أن يستهلك بشكل مستقل مئات ميغاوات من الطاقة الشمسية القصوى سنويًا. ويمكن أن يضاف إلى ذلك دعم الملاحة ، والطاقة لأنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية ، وأنظمة المنتجع وأعمال الصحة والسياحة ، بالإضافة إلى الفيلات وأضواء الشوارع بالطاقة الشمسية والمزيد.

اليوم ، يتم النظر بجدية في إمكانية وجود طرق رائعة لاستخدام الطاقة الشمسية من وجهة نظر الشخص العادي. على سبيل المثال ، مشاريع تدور حول المحطات الشمسية ، أو حتى بشكل خيالي ، محطات الطاقة الشمسية على القمر.

وبالفعل هناك مثل هذه المشاريع. في الفضاء ، يكون تركيز الطاقة الشمسية أعلى بكثير مقارنة بكوكبنا الأزرق. يمكن نقل الطاقة إلى الأرض باستخدام الضوء الموجه (الليزر) أو الإشعاع عالي التردد (الميكروويف).

استمرار الموضوع: تنمو الطاقة الشمسية في العالم