L'uso dell'energia solare, l'energia solare - storia dello sviluppo, pro e contro
La moda per l'energia alternativa sta guadagnando slancio. Inoltre, l'accento è posto sulle fonti di energia rinnovabile: maree, vento, solare. L'energia solare (o fotovoltaico) è considerata uno dei settori industriali in più rapida crescita. Abbastanza spesso affermazioni molto ottimistiche come il fatto che tutta l'energia dei tempi a venire, nientemeno, sarà basata sull'energia solare.
A rigor di termini, l'energia di una stella chiamata Sole è presente in una forma "conservata" in tutti i tipi di combustibili fossili: carbone, petrolio, gas. Questa energia inizia ad accumularsi nella fase di crescita delle piante, che consumano luce solare e calore, che, a causa di complessi processi biologici, si trasformano in fossili di carbonio. L'energia dell'acqua, la sua circolazione è supportata anche dal sole.
La densità dell'energia solare al limite superiore dell'atmosfera è di 1350 W / m2, si chiama «costante solare». Quando i raggi del sole attraversano l'atmosfera terrestre, parte della radiazione viene dispersa.Ma anche sulla superficie stessa della Terra, la sua densità è sufficiente per un possibile utilizzo, anche con tempo nuvoloso.
La storia dello sviluppo
L'effetto fotovoltaico (cioè la comparsa di una corrente stazionaria in un materiale omogeneo con la sua fotoeccitazione omogenea) fu scoperto nel 1839 dal fisico francese Alexandre-Edmond Becquerel. Poco dopo, l'inglese Willoughby Smith e il tedesco Heinrich-Rudolph Hertz scoprirono indipendentemente la fotoconduttività del selenio e la fotoconduttività ultravioletta.
Nel 1888 fu brevettato in America il primo "dispositivo di recupero della radiazione solare". I primi risultati degli scienziati russi nel campo della fotoconduttività risalgono al 1938. Quindi, nel laboratorio dell'accademico Abram Joffe, è stato creato per la prima volta un elemento di conversione dell'energia solare, che doveva essere utilizzato nell'energia solare.
Lo sviluppo dell'energia solare terrestre è stato preceduto da un grande lavoro di scienziati (tra cui i fisici della Scuola Scientifica di Leningrado-Pietroburgo Boris Kolomiets e Yuri Maslakovts) nel campo delle batterie solari per scopi spaziali. Hanno creato nell'Istituto di fisica e tecnologia di Leningrado fotocellule di zolfo di tallio, la cui efficienza era pari all'1%, un vero record per quel tempo.
Abram Joffe divenne anche l'autore dell'ormai popolare soluzione di installazione fotocellule sui tetti (sebbene all'inizio l'idea non abbia preso piede semplicemente perché nessuno stava sperimentando una carenza di combustibili fossili in quel momento). Oggi Paesi come Germania, USA, Giappone, Israele stanno installando sempre più pannelli solari sui tetti degli edifici, creando così "case energeticamente efficienti".
L'energia solare ha iniziato a suscitare maggiore interesse nella seconda metà del XX secolo.Grazie agli sviluppi pratici in questo settore, sono state create centrali termiche, dove il liquido di raffreddamento viene riscaldato dalla radiazione solare diretta e un generatore turboelettrico aziona il vapore generato nella caldaia.
Con l'accumulo di conoscenze e il progresso dalla teoria alla pratica, si pone la questione della redditività della generazione solare. Inizialmente, i compiti dell'energia solare non andavano oltre la fornitura di oggetti locali, ad esempio, di difficile accesso o remoti dal sistema elettrico centrale. Già nel 1975, la potenza totale di tutte le installazioni solari del pianeta era di soli 300 kW e il prezzo di un chilowatt di potenza di picco raggiungeva i 20mila dollari.
Il principio di funzionamento delle centrali solari:
Come l'energia solare viene convertita in energia elettrica
Tipi comuni di pannelli solari
Ma ovviamente, far decollare il solare, anche senza considerare la componente economica, richiedeva un'efficienza significativamente maggiore. E sono riusciti in qualche modo a raggiungerlo. L'efficienza dei moderni generatori di semiconduttori di silicio è già del 15-24% (vedi — Efficienza di celle e moduli solari), motivo per cui (oltre al loro calo di prezzo) c'è oggi una domanda costante.
La produzione di pannelli solari è stata dominata da importanti aziende globali come Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell e altri. Il costo di un watt di energia elettrica installata di celle solari a semiconduttore è sceso a $ 2.
Già in epoca sovietica si stimava che 4mila km2 di moduli solari fossero in grado di coprire il fabbisogno elettrico annuale di tutto il mondo. E l'efficienza delle batterie in quel momento non superava il 6%.
Nel secolo scorso sono state istituite centrali solari da 10 megawatt (SPP) negli Stati Uniti, Francia, Spagna, Italia e altri paesi "solari". In URSS, il primo impianto solare sperimentale con una capacità di 5 MW è stato costruito nella penisola di Kerch, dove il numero di giorni di sole all'anno è uno dei più alti della regione.
Alcune di queste stazioni sono ancora in funzione, molte hanno cessato di funzionare, ma è lecito affermare che in linea di principio non possono competere con i moderni sistemi solari fotovoltaici.
Centrali solari:
professionisti
I punti di forza dell'energia solare sono evidenti a tutti e non necessitano di spiegazioni dettagliate.
Innanzitutto, le risorse del Sole dureranno a lungo: la durata della vita di una stella è stimata dagli scienziati in circa 5 miliardi di anni.
In secondo luogo, l'uso dell'energia solare non minaccia le emissioni di gas serra, il riscaldamento globale e l'inquinamento ambientale generale, vale a dire non pregiudica l'equilibrio ecologico del pianeta.
Un impianto fotovoltaico della potenza di 1 MW produce annualmente circa 2 milioni di kW, evitando così emissioni di anidride carbonica rispetto ad un impianto a combustione nei seguenti volumi: a gas circa 11 mila tonnellate, a prodotti petroliferi 1,1-1,5 mila tonnellate, a carbone 1 ,7-2,3 mila tonnellate...
Contro
I colli di bottiglia dell'energia solare includono, in primo luogo, un'efficienza ancora non sufficientemente elevata e, in secondo luogo, un costo per chilowattora non sufficientemente basso, cosa che solleva interrogativi sull'uso diffuso di qualsiasi fonte di energia rinnovabile.
A ciò si aggiunge il fatto che una discreta quantità di radiazione solare sulla superficie terrestre viene dispersa in modo incontrollabile.
Anche la sicurezza dell'ambiente è strettamente in discussione, dopotutto non è ancora chiaro cosa fare con lo smaltimento degli elementi usati.
Infine, il grado di studio dell'energia solare, qualunque cosa si dica, è ancora lungi dall'essere perfetto.
L'anello più debole dell'energia solare è la bassa efficienza delle batterie; la soluzione a questo problema è solo una questione di tempo.
Utilizzo
Sì, ottenere energia dal Sole non è il progetto più economico. Ma, in primo luogo, negli ultimi trent'anni, un watt generato utilizzando le fotocellule è diventato dieci volte più economico. E in secondo luogo, il desiderio dei paesi europei di ridurre la dipendenza dalle fonti energetiche tradizionali gioca il ruolo dell'energia solare. Inoltre, non dimenticare il protocollo di Kyoto. Possiamo ora dire che l'energia solare si sta sviluppando a un ritmo costante sia dal punto di vista della scienza che dal punto di vista del commercio.
Oggi l'energia solare viene utilizzata più attivamente per tre scopi:
-
riscaldamento e acqua calda e aria condizionata;
-
conversione in energia elettrica mediante convertitori solari fotovoltaici;
-
produzione di energia su larga scala basata sul ciclo termico.
L'energia solare non deve essere convertita in elettricità, ma è del tutto possibile utilizzarla come calore. Ad esempio, per il riscaldamento e l'acqua calda di impianti residenziali e industriali.
La base del principio di funzionamento della progettazione dei sistemi di riscaldamento solare è il riscaldamento dell'antigelo.Il calore viene poi ceduto ai serbatoi di accumulo, solitamente situati nel seminterrato, e da lì consumato.
Uno dei maggiori consumatori potenziali di energia fotovoltaica è il settore agricolo, che può consumare autonomamente centinaia di megawatt di energia solare di picco all'anno. A questo si possono aggiungere il supporto alla navigazione, l'alimentazione per i sistemi di telecomunicazione, i sistemi per il resort e le aziende sanitarie e turistiche, oltre a ville, lampioni solari e altro ancora.
Oggi si prende seriamente in considerazione la possibilità di modi assolutamente fantastici, dal punto di vista dei profani, di utilizzare l'energia solare. Ad esempio, progetti per l'orbita attorno a stazioni solari o, ancora più fantasticamente, centrali solari sulla luna.
E in effetti ci sono progetti del genere. Nello spazio, la concentrazione di energia solare è molto più alta rispetto al nostro pianeta blu. La trasmissione di energia alla Terra è possibile utilizzando la luce diretta (laser) o la radiazione ad altissima frequenza (microonde).
Continuando l'argomento: Coltiva l'energia solare nel mondo