Việc sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất. Triển vọng sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:37

Ngày nay, vấn đề tiêu thụ năng lượng khá gay gắt - các nguồn tài nguyên của hành tinh không phải là vô tận, và trong quá trình tồn tại của nó, loài người đã tàn phá khá nhiều những gì do thiên nhiên ban tặng. Hiện tại, than và dầu đang được khai thác tích cực, trữ lượng của chúng ngày càng ít đi. Sức mạnh của tư tưởng đã cho phép nhân loại tiến một bước đáng kinh ngạc vào tương lai và sử dụng năng lượng nguyên tử, cùng với lợi ích này là mối nguy hiểm to lớn đối với toàn bộ môi trường.

Vấn đề môi trường cũng không kém phần gay gắt - việc khai thác tích cực các nguồn tài nguyên và sử dụng chúng tiếp tục ảnh hưởng xấu đến trạng thái của hành tinh, thay đổi không chỉ bản chất của đất mà ngay cả điều kiện khí hậu.

Đó là lý do tại sao nguồn năng lượng tự nhiên luôn được chú ý đặc biệt, chẳng hạn như nước hoặc gió. Cuối cùng, sau nhiều năm tích cực nghiên cứu và phát triển, nhân loại đã “trưởng thành” trong việc sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất. Chúng ta sẽ thảo luận thêm về anh ấy.

Điều này có gì hấp dẫn

Trước khi chuyển sang các ví dụ cụ thể, chúng ta hãy tìm hiểu lý do tại sao các nhà nghiên cứu trên thế giới lại quan tâm đến loại hình sản xuất năng lượng này. Tài sản chính của nó có thể được gọi là tính không cạn kiệt. Mặc dù có vô số giả thuyết, khả năng một ngôi sao như Mặt trời sẽ tắt trong tương lai gần là cực kỳ nhỏ. Điều này có nghĩa là nhân loại có cơ hội tiếp nhận năng lượng sạch theo cách hoàn toàn tự nhiên.

Ưu điểm chắc chắn thứ hai của việc sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất là tính thân thiện với môi trường của phương án này. Tác động lên môi trường trong những điều kiện như vậy sẽ bằng không, do đó mang lại cho toàn thế giới một tương lai tươi sáng hơn nhiều so với tương lai mở ra với việc khai thác liên tục các nguồn tài nguyên hạn chế dưới lòng đất.

Cuối cùng, cần đặc biệt chú ý đến thực tế là việc sử dụng năng lượng mặt trời ít gây nguy hiểm nhất cho con người.

Thật

Bây giờ chúng ta hãy đi vào vấn đề. Cái tên hơi thơ "năng lượng mặt trời" thực sự ẩn chứa sự chuyển đổi bức xạ thành điện năng bằng cách sử dụng các công nghệ được phát triển đặc biệt. Quá trình này được cung cấp bởi các tế bào quang điện, mà nhân loại đang cực kỳ tích cực sử dụng cho các mục đích riêng của mình và khá thành công.

Bức xạ mặt trời

Trong lịch sử, danh từ "bức xạ" gợi lên nhiều liên tưởng tiêu cực hơn là tích cực liên quan đến những thảm họa nhân tạo mà thế giới đã tồn tại trong suốt cuộc đời của nó. Tuy nhiên, công nghệ sử dụng năng lượng của Mặt trời trên Trái đất để làm việc với nó.

Về cơ bản,loại bức xạ này là bức xạ điện từ, phạm vi từ 2,8 đến 3,0 micrômét.

Quang phổ mặt trời được nhân loại sử dụng thành công thực sự bao gồm ba loại sóng: tia cực tím (khoảng 2%), khoảng 49% là sóng ánh sáng và cuối cùng, một lượng tương tự là trong bức xạ hồng ngoại. Năng lượng mặt trời có một số ít các thành phần khác, nhưng vai trò của chúng không đáng kể nên không có tác động đặc biệt đến sự sống của Trái đất.

Lượng năng lượng mặt trời va vào Trái đất

Bây giờ thành phần của quang phổ được sử dụng vì lợi ích của nhân loại đã được xác định, một đặc điểm quan trọng nữa của nguồn này cần được lưu ý. Việc sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất có vẻ rất hứa hẹn vì nó có sẵn với số lượng khá lớn với chi phí xử lý gần như tối thiểu. Tổng lượng năng lượng do một ngôi sao phát ra là rất cao, nhưng khoảng 47% đến bề mặt Trái đất, tương đương với bảy trăm phần tư triệu kilowatt giờ. Để so sánh, chúng tôi lưu ý rằng chỉ một kilowatt giờ có thể cung cấp hoạt động mười năm của bóng đèn có công suất một trăm watt.

Sức mạnh của bức xạ Mặt trời và việc sử dụng năng lượng trên Trái đất, tất nhiên, phụ thuộc vào một số yếu tố: điều kiện khí hậu, góc tới của các tia trên bề mặt, mùa và vị trí địa lý.

Khi nào và bao nhiêu

Dễ dàng đoán rằng lượng năng lượng mặt trời rơi xuống bề mặt hàng ngàyTrái đất liên tục thay đổi, vì nó phụ thuộc trực tiếp vào vị trí của hành tinh trong mối quan hệ với Mặt trời và sự chuyển động của bản thân ánh sáng. Từ lâu, người ta đã biết rằng vào buổi trưa bức xạ là cực đại, trong khi vào buổi sáng và buổi tối, số lượng tia tới bề mặt ít hơn nhiều.

Chúng tôi có thể tự tin nói rằng việc sử dụng năng lượng mặt trời sẽ hiệu quả nhất ở những vùng càng gần dải xích đạo càng tốt, vì ở đó sự khác biệt giữa các chỉ số cao nhất và thấp nhất là tối thiểu, điều này cho thấy lượng bức xạ tối đa đến bề mặt hành tinh. Ví dụ, ở các vùng sa mạc châu Phi, lượng bức xạ hàng năm đạt mức trung bình là 2200 kilowatt giờ, trong khi ở Canada hoặc Trung Âu, con số này không vượt quá 1000 kilowatt-giờ.

Năng lượng mặt trời trong lịch sử

Nếu bạn nghĩ càng rộng càng tốt, những nỗ lực để "chế ngự" ánh sáng vĩ đại sưởi ấm hành tinh của chúng ta đã bắt đầu từ thời cổ đại trong thời kỳ ngoại giáo, khi mỗi nguyên tố được hiện thân bởi một vị thần riêng biệt. Tuy nhiên, tất nhiên, việc sử dụng năng lượng mặt trời là điều không cần bàn cãi - ma thuật ngự trị trên thế giới.

Chủ đề sử dụng năng lượng của Mặt trời trên Trái đất chỉ bắt đầu được nêu ra vào cuối thế kỷ 14 - đầu thế kỷ 20. Một bước đột phá thực sự trong khoa học đã được thực hiện vào năm 1839 bởi Alexander Edmond Becquerel, người đã trở thành người khám phá ra hiệu ứng quang điện. Nghiên cứu về chủ đề này đã tăng lên đáng kể, và sau 44 năm, Charles Fritts đã có thể thiết kế chiếcmô-đun dựa trên selen mạ vàng. Việc sử dụng năng lượng của Mặt trời trên Trái đất này đã tạo ra một lượng nhỏ điện năng được giải phóng - tổng lượng sản xuất khi đó không quá 1%. Tuy nhiên, đối với tất cả nhân loại, đây là một bước đột phá thực sự, mở ra những chân trời mới của khoa học, điều mà trước đây thậm chí không ai có thể mơ tới.

Bản thân Albert Einstein đã đóng góp đáng kể vào sự phát triển của năng lượng mặt trời. Trong thế giới hiện đại, tên tuổi của nhà khoa học thường gắn liền với thuyết tương đối nổi tiếng của ông, nhưng trên thực tế, ông đã được trao giải Nobel chính xác vì đã nghiên cứu hiệu ứng quang điện ngoài.

Cho đến ngày nay, công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất đang tăng lên nhanh chóng hoặc giảm không ít, tuy nhiên, nhánh kiến thức này được cập nhật liên tục với các dữ kiện mới và chúng ta có thể hy vọng rằng trong tương lai gần, cánh cửa đến một thế giới hoàn toàn mới sẽ mở ra trước mắt chúng ta. hòa bình.

Thiên nhiên chống lại chúng ta

Chúng ta đã nói về những lợi thế của việc sử dụng năng lượng của Mặt trời trên Trái đất. Bây giờ chúng ta hãy chú ý đến những nhược điểm của phương pháp này, đáng tiếc là không ít.

Vì phụ thuộc trực tiếp vào vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và sự chuyển động của Mặt trời, việc sản xuất năng lượng mặt trời với số lượng đủ lớn đòi hỏi chi phí lãnh thổ rất lớn. Điểm mấu chốt là diện tích tiêu thụ và xử lý bức xạ mặt trời càng lớn thì lượng năng lượng thân thiện với môi trường mà chúng ta nhận được ở đầu ra càng lớn. Vị trí của như vậyhệ thống lớn đòi hỏi nhiều dung lượng trống, điều này gây ra một số khó khăn nhất định.

Một vấn đề khác liên quan đến việc sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất là liên quan trực tiếp đến thời gian trong ngày, vì thế hệ sẽ bằng 0 vào ban đêm và cực kỳ không đáng kể vào buổi sáng và buổi tối.

Một yếu tố rủi ro khác là bản thân thời tiết - điều kiện thay đổi đột ngột có thể có tác động cực kỳ tiêu cực đến hoạt động của loại hệ thống này, vì chúng gây ra khó khăn trong việc gỡ lỗi nguồn điện cần thiết. Theo một nghĩa nào đó, các tình huống có sự thay đổi mạnh về lượng tiêu thụ và sản xuất có thể nguy hiểm.

Sạch nhưng đắt

Việc sử dụng năng lượng mặt trời trên Trái đất hiện nay rất khó khăn do chi phí cao. Tế bào quang điện cần thiết cho việc thực hiện các quy trình chính có chi phí khá cao. Tất nhiên, những khía cạnh tích cực của việc sử dụng loại tài nguyên này khiến nó mang lại hiệu quả, nhưng từ quan điểm kinh tế, hiện tại không cần phải nói về việc hoàn trả đầy đủ chi phí tiền mặt.

Tuy nhiên, theo xu hướng, giá pin mặt trời đang dần giảm xuống, vì vậy vấn đề này có thể được giải quyết kịp thời.

Sự bất tiện của quá trình

Việc sử dụng Mặt trời làm nguồn năng lượng cũng rất khó khăn vì phương pháp xử lý tài nguyên này khá tốn công và bất tiện. Việc tiêu thụ và xử lý bức xạ trực tiếp phụ thuộc vào độ sạch của các tấm, điều này khá khó khăn để đảm bảo. Ngoài ra, vô cùngViệc làm nóng các bộ phận cũng ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình, điều này chỉ có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng hệ thống làm mát mạnh nhất, đòi hỏi chi phí vật liệu bổ sung và những chi phí đáng kể.

Ngoài ra, các tấm được sử dụng trong bộ thu năng lượng mặt trời, sau 30 năm làm việc tích cực, dần dần không sử dụng được và giá thành của pin mặt trời đã được đề cập trước đó.

Vấn đề môi trường

Trước đó người ta nói rằng việc sử dụng loại tài nguyên này có thể cứu nhân loại khỏi những vấn đề khá nghiêm trọng về môi trường trong tương lai. Nguồn tài nguyên và sản phẩm cuối cùng thực sự thân thiện với môi trường nhất có thể.

Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng mặt trời, nguyên lý hoạt động của các tấm thu năng lượng mặt trời là sử dụng các tấm đặc biệt với tế bào quang, việc chế tạo cần rất nhiều chất độc hại: chì, asen hoặc kali. Việc sử dụng chúng không mang lại bất kỳ tác hại nào cho môi trường, tuy nhiên, do tuổi thọ hạn chế của chúng, theo thời gian, việc vứt bỏ các tấm có thể trở thành một vấn đề nghiêm trọng.

Để hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường, các nhà sản xuất đang dần chuyển sang sử dụng tấm wafer màng mỏng, có giá thành thấp hơn và ít ảnh hưởng đến môi trường hơn.

Phương pháp chuyển đổi bức xạ thành năng lượng

Phim và sách về tương lai của loài người hầu như luôn cho chúng ta cùng một bức tranh về quá trình này, trên thực tế,có thể khác nhiều so với thực tế. Có một số cách để chuyển đổi.

Phổ biến nhất là việc sử dụng tế bào quang học đã được mô tả trước đây.

Để thay thế, nhân loại đang tích cực sử dụng năng lượng nhiệt mặt trời, dựa trên việc đốt nóng các bề mặt đặc biệt, cho phép làm nóng nước với hướng thích hợp của nhiệt độ thu được. Nếu bạn đơn giản hóa quy trình này nhiều nhất có thể, nó có thể được so sánh với các bể được sử dụng để tắm mùa hè trong nhà riêng.

Một cách khác để sử dụng bức xạ để tạo ra năng lượng là "cánh buồm mặt trời", chỉ có thể hoạt động trong môi trường chân không. Loại hệ thống này chuyển đổi bức xạ thành động năng.

Vấn đề thiếu phát điện vào ban đêm được giải quyết một phần nhờ các nhà máy điện khinh khí cầu, hoạt động của nhà máy này vẫn tiếp tục do sự tích lũy năng lượng giải phóng và thời gian của quá trình làm mát.

Chúng tôi và điện mặt trời

Các nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió trên Trái đất được sử dụng khá tích cực, mặc dù chúng ta thường không nhận thấy điều này. Trước đó, người ta đã đề cập đến việc làm nóng nước trong vòi hoa sen ngoài trời. Trên thực tế, hầu hết năng lượng mặt trời thường được sử dụng cho những mục đích này. Tuy nhiên, có nhiều ví dụ khác: trong hầu hết các cửa hàng chiếu sáng, bạn có thể tìm thấy bóng đèn lưu trữ có thể hoạt động mà không cần điện ngay cả vào ban đêm nhờ năng lượng tích lũy vào ban ngày.

Việc lắp đặt dựa trên tế bào quang được sử dụng tích cực trong tất cả các loại trạm bơm và hệ thống thông gió.

Hôm qua, hôm nay, ngày mai

Một trong những nguồn tài nguyên quan trọng nhất đối với nhân loại là năng lượng mặt trời, và triển vọng sử dụng của nó là rất cao. Ngành công nghiệp này được tài trợ tích cực, mở rộng và cải tiến. Hiện nay năng lượng mặt trời được phát triển mạnh nhất ở Hoa Kỳ, nơi một số khu vực sử dụng nó như một nguồn năng lượng thay thế chính thức. Ngoài ra, các nhà máy điện kiểu này hoạt động trên sa mạc Mojave. Các quốc gia khác từ lâu đã hướng tới loại hình phát điện này, có thể sớm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường.