Ogni giorno diminuisce la quantità di riserve mondiali di carbone, petrolio, gas, cioè tutto ciò che ci serve oggi come fonte di energia. E nel prossimo futuro, l'umanità arriverà al fatto che i combustibili fossili semplicemente non rimarranno. Pertanto, tutti i paesi stanno cercando attivamente la salvezza dalla catastrofe che si sta rapidamente avvicinando a noi. E il primo mezzo di salvezza che mi viene in mente è, ovviamente, l'energia del sole, utilizzata dalle persone da tempo immemorabile per asciugare i panni, illuminare le case e cucinare. Ciò ha dato origine a una delle aree di energia alternativa: l'energia solare.

L'energia solare viene utilizzata come fonte di energia per l'energia solare, che viene convertita in energia termica o elettrica con l'ausilio di strutture speciali. Secondo gli esperti, in una sola settimana la superficie terrestre riceve dal sole una tale quantità di energia che supera l'energia delle riserve mondiali di tutti i tipi di combustibile. E sebbene il ritmo di sviluppo di quest'area di energia alternativa sia in costante crescita, l'energia solare presenta ancora non solo vantaggi, ma anche svantaggi.

Se i principali vantaggi includono la disponibilità generale e, soprattutto, l'inesauribilità della fonte di energia, gli svantaggi includono:

• la necessità di accumulare energia ricevuta dal sole,
• costo significativo delle attrezzature utilizzate,
• a seconda delle condizioni meteorologiche e dell'ora del giorno,
• aumento della temperatura atmosferica su centrali elettriche, ecc.

Caratteristiche numeriche della radiazione solare

Esiste un indicatore come la costante solare. Il suo valore è di 1367 watt. Questa è la quantità di energia per 1 mq. pianeta Terra. Questo è solo circa il 20-25% in meno di energia che raggiunge la superficie della terra a causa dell'atmosfera. Pertanto, il valore dell'energia solare per metro quadrato, ad esempio, all'equatore è di 1020 watt. E prendo in considerazione il cambiamento del giorno e della notte, il cambiamento dell'angolo del sole sopra l'orizzonte, questo indicatore diminuisce di circa 3 volte.

Ma da dove viene questa energia? Gli scienziati iniziarono ad affrontare questo problema per la prima volta nel XIX secolo e le versioni erano completamente diverse. Oggi, a seguito di un numero enorme di studi, è noto con certezza che la fonte di energia solare è la reazione della trasformazione di 4 atomi di idrogeno in un nucleo di elio. Come risultato di questo processo, viene rilasciata una quantità significativa di energia. Ad esempio, l'energia rilasciata durante la trasformazione di 1 gr. l'idrogeno è paragonabile all'energia che viene rilasciata durante la combustione di 15 tonnellate di benzina.

Conversione dell'energia solare

Sappiamo già che l'energia ricevuta dal sole deve essere convertita in qualche altra forma. La necessità di ciò nasce dal fatto che l'umanità non dispone ancora di tali dispositivi che potrebbero consumare l'energia solare nella sua forma pura. Pertanto, sono state sviluppate fonti di energia come collettori solari e pannelli solari. Se il primo viene utilizzato per generare energia termica, il secondo produce direttamente energia elettrica.

Esistono diversi modi per convertire l'energia solare:

• fotovoltaico;
• energia dell'aria calda;
• energia solare termica;
• utilizzando centrali elettriche a palloni solari.

Il metodo più comune è il fotovoltaico. Il principio di questa conversione è l'utilizzo di pannelli solari fotovoltaici, o come vengono anche chiamati pannelli solari, attraverso i quali avviene la conversione dell'energia solare in energia elettrica. Di norma, tali pannelli sono realizzati in silicio e lo spessore della loro superficie di lavoro è solo di pochi decimi di millimetro. Puoi posizionarli ovunque, c'è solo una condizione: la presenza di una grande quantità di luce solare. Un'ottima opzione per l'installazione di lastre fotografiche è il tetto di edifici residenziali ed edifici pubblici.

Oltre alle lastre fotografiche considerate, vengono utilizzati pannelli a film sottile per convertire l'energia della radiazione solare. Differiscono in uno spessore ancora più piccolo, che consente loro di essere installati ovunque, ma uno svantaggio significativo di tali pannelli è la loro bassa efficienza. È per questo motivo che la loro installazione sarà giustificata solo con ampie aree di posizionamento. Per divertimento, un pannello a film sottile può anche essere posizionato su una custodia per laptop o su una borsa.

Nell'energia dell'aria calda energia solare viene convertita in energia del flusso d'aria, che viene poi inviata al turbogeneratore. Ma nel caso di utilizzo di centrali elettriche a palloncino solare, il vapore acqueo viene generato all'interno del palloncino. Questo effetto si ottiene riscaldando la superficie del palloncino, che è rivestita con un rivestimento assorbente selettivo, dalla luce solare. Il vantaggio principale di questo metodo risiede nella fornitura sufficiente di vapore, sufficiente per continuare il funzionamento della centrale in caso di maltempo e di notte.

Il principio dell'energia solare termica è quello di riscaldare la superficie, che assorbe i raggi del sole e li focalizza per utilizzare successivamente il calore ricevuto. L'esempio più semplice è il riscaldamento dell'acqua, che può poi essere utilizzata per le necessità domestiche, come fognature o batterie, risparmiando gas o altri combustibili. Su scala industriale, l'energia della radiazione solare ottenuta con questo metodo viene convertita in energia elettrica mediante motori termici. La costruzione di tali centrali elettriche combinate può richiedere più di 20 anni, ma il ritmo di sviluppo dell'energia solare non sta diminuendo, ma, al contrario, è in costante crescita.

Dove può essere utilizzata l'energia solare?

L'energia solare può essere utilizzata in settori completamente diversi: dall'industria chimica a quella automobilistica, dalla cucina al riscaldamento degli ambienti. Ad esempio, l'uso dei pannelli solari nell'industria automobilistica è iniziato già nel 1955. Quest'anno è stato caratterizzato dall'uscita della prima auto alimentata a pannelli solari. Oggi, BMW, Toyota e altre grandi aziende sono impegnate nella produzione di tali automobili.

Nella vita di tutti i giorni, l'energia solare viene utilizzata per il riscaldamento degli ambienti, per l'illuminazione e persino per cucinare. Ad esempio, i forni solari realizzati con pellicola e cartone su iniziativa delle Nazioni Unite vengono utilizzati attivamente dai rifugiati che sono stati costretti a lasciare le loro case a causa della difficile situazione politica. Forni solari più complessi vengono utilizzati per il trattamento termico e la fusione dei metalli. Uno dei più grandi forni di questo tipo si trova sul territorio dell'Uzbekistan.

Le invenzioni più interessanti sull'uso dell'energia solare possono essere considerate:

• Una custodia protettiva per un telefono con fotocellula, che è anche un caricabatterie.
• Uno zaino con attaccato un pannello solare. Ti consentirà di caricare non solo il tuo telefono, ma anche un tablet e persino una fotocamera, in generale, qualsiasi dispositivo elettronico dotato di ingresso USB.
• Cuffie Bluetooth solari.

E l'idea più creativa sono i vestiti cuciti con un tessuto speciale. Una giacca, una cravatta e persino un costume da bagno: tutto questo può diventare non solo un capo del tuo guardaroba, ma anche un caricabatterie.

Sviluppo di energia alternativa nei paesi della CSI

L'energia alternativa, compreso il solare, si sta sviluppando a un ritmo elevato non solo negli Stati Uniti, in Europa o in India, ma anche nei paesi della CSI, tra cui Russia, Kazakistan e soprattutto Ucraina. Ad esempio, Perovo, la più grande centrale solare dell'ex Unione Sovietica, è stata costruita in Crimea. La sua costruzione è stata completata nel 2011. Questa centrale elettrica è stata il terzo progetto innovativo della società austriaca Activ Solar. La potenza di picco di Perovo è di circa 100 MW.

E nell'ottobre dello stesso anno, Activ Solar ha lanciato un'altra centrale solare, Okhotnikovo, sempre in Crimea. La sua capacità era di 80 MW. Anche Okhotnikovo ha ricevuto lo status di più grande, ma già nell'Europa centrale e orientale. Si può dire che l'energia alternativa in Ucraina ha compiuto un enorme passo avanti verso l'incontro con energia sicura e inesauribile.

In Kazakistan, la situazione sembra leggermente diversa. Fondamentalmente, lo sviluppo di energia alternativa in questo paese avviene solo in teoria. Il potenziale della repubblica è enorme, ma finora non è stato possibile svelarlo appieno. Certo, il governo si sta occupando di questo problema, ed è stato persino sviluppato un piano per lo sviluppo di energia alternativa in Kazakistan, ma la quota di energia ricevuta da fonti rinnovabili, in particolare dal sole, non sarà superiore all'1% nel bilancio energetico totale del paese. Entro il 2020 è previsto il lancio di sole 4 centrali solari, la cui capacità totale sarà di 77 MW.

Anche l'energia alternativa in Russia si sta sviluppando a un ritmo considerevole. Ma, come ha affermato il viceministro dell'Energia, l'attenzione in questo settore è principalmente rivolta alle regioni dell'Estremo Oriente. Ad esempio, in Yakutia, la produzione totale di 4 centrali solari operanti negli insediamenti settentrionali più remoti ammontava a oltre 50mila kWh. Ciò ha permesso di risparmiare oltre 14 tonnellate di costoso gasolio. Un altro esempio dell'uso dell'energia solare è il complesso aeronautico multidisciplinare in costruzione nella regione di Lipetsk. L'elettricità per il suo funzionamento sarà generata dalla prima centrale solare, anch'essa costruita nella regione di Lipetsk.

Tutto ciò ci consente di trarre la seguente conclusione: oggi tutti i paesi, anche quelli non più sviluppati, si sforzano di avvicinarsi il più possibile all'obiettivo caro: l'uso di fonti energetiche alternative. Dopotutto, il consumo di elettricità cresce ogni giorno, la quantità di emissioni nocive nell'ambiente aumenta ogni giorno. E molti già capiscono che il nostro futuro e il futuro del nostro pianeta dipendono solo da noi.

R. Abdullin

L'Ucraina fa affidamento sull'energia solare

Sin dai tempi antichi, le persone hanno parlato del Sole come potente e grande, elevandolo nelle loro religioni a oggetto animato. Adoravano il luminare, lo lodavano, misuravano il tempo e lo consideravano sempre la prima fonte di benedizioni terrene.

La necessità di energia solare

Sono passati millenni. L'umanità è entrata in una nuova era del suo sviluppo e sta godendo dei frutti del progresso tecnologico in rapido sviluppo. Tuttavia, fino ad oggi, è il Sole la principale fonte naturale di calore e, di conseguenza, di vita.

In che modo l'umanità utilizza il Sole nelle sue attività quotidiane? Consideriamo questa domanda in modo più dettagliato.

"Opera" del Sole

Il corpo celeste funge da unica fonte di energia necessaria per la fotosintesi delle piante. Il sole mette in moto il ciclo dell'acqua e solo grazie a lui sul nostro pianeta ci sono tutti i combustibili fossili conosciuti dall'umanità. E le persone usano anche il potere di questa stella luminosa per soddisfare le loro esigenze di energia elettrica e termica. Senza di esso, la vita sul pianeta sarebbe semplicemente impossibile.

Principale fonte di energia

La natura si preoccupa saggiamente che l'umanità riceva i suoi doni dal corpo celeste. La fornitura di energia solare alla Terra viene effettuata trasmettendo onde di radiazione alla superficie dei continenti e delle acque. Inoltre, dall'intero spettro inviato, solo:

1. Onde ultraviolette. Sono invisibili all'occhio umano e costituiscono circa il 2% dello spettro totale.

2. Onde luminose. Questa è circa la metà dell'energia del Sole che raggiunge la superficie terrestre. Grazie alle onde luminose, una persona vede tutti i colori del mondo che lo circonda.

3. Onde infrarosse. Costituiscono circa il 49% dello spettro e riscaldano la superficie dell'acqua e della terraferma. Sono queste onde che sono più richieste nell'uso dell'energia solare sulla Terra.

Il principio della conversione delle onde infrarosse

Com'è il processo di utilizzo dell'energia del Sole sulla Terra? Come ogni altra azione simile, viene eseguita secondo il principio della trasformazione diretta. Ciò richiede solo una superficie speciale. Quando lo colpisce, la luce solare passa attraverso il processo di conversione in energia. Per ottenere calore in questo circuito, deve essere coinvolto un collettore. Assorbe le onde infrarosse. Inoltre, in un dispositivo che utilizza l'energia del Sole, sono sicuramente presenti dei dispositivi di memorizzazione. Per riscaldare il prodotto finale sono predisposti appositi scambiatori di calore.

L'obiettivo perseguito dall'energia solare è ottenere calore e luce così necessari per l'umanità. La nuova industria è talvolta indicata come energia solare. Dopo tutto, Helios in greco significa Sole.

Funzionamento del complesso

Teoricamente ognuno di noi può calcolare un impianto solare. Del resto è noto che, viaggiando dall'unica stella del nostro sistema galattico alla Terra, un flusso di raggi luminosi porterà con sé una carica energetica pari a 1367 watt per metro quadrato. Questa è la cosiddetta costante solare, che esiste all'ingresso degli strati atmosferici. Questa opzione è possibile solo in condizioni ideali, che semplicemente non esistono in natura. Dopo aver attraversato l'atmosfera, i raggi del sole porteranno all'equatore 1020 watt per metro quadrato. Ma a causa del cambio di giorno e notte, possiamo ottenere un valore tre volte inferiore. Per quanto riguarda le latitudini temperate, qui cambia non solo la durata delle ore diurne, ma anche la stagionalità. Pertanto, la ricezione di elettricità in luoghi lontani dall'equatore, nel calcolo, dovrà essere dimezzata.

La geografia delle radiazioni del luminare celeste

Dove può funzionare l'energia solare in modo sufficientemente efficace? Le condizioni naturali per l'ubicazione degli impianti svolgono un ruolo importante in questo settore in crescita.
La distribuzione della radiazione solare sulla superficie terrestre non è uniforme. In alcune regioni il raggio di sole è un ospite tanto atteso e raro, in altre è capace di influenzare deprimente tutti gli esseri viventi.

La quantità di radiazione solare che riceve una particolare area dipende dalla latitudine della sua posizione. Le maggiori dosi di energia di una stella naturale vengono ricevute dagli stati situati vicino all'equatore. Ma non è tutto. La quantità di flusso solare dipende dal numero di giorni sereni, che cambiano quando ci si sposta da una zona climatica all'altra. Le correnti d'aria e altre caratteristiche della regione possono aumentare o diminuire il grado di radiazione. I vantaggi dell'energia solare sono più noti:

I paesi dell'Africa nord-orientale e alcune regioni sud-occidentali e centrali del continente;
- residenti nella penisola arabica;
- costa orientale dell'Africa;
- Australia nordoccidentale e alcune isole dell'Indonesia;
- Costa occidentale del Sud America.

Per quanto riguarda la Russia, come dimostrano le misurazioni effettuate sul suo territorio, le aree confinanti con la Cina, così come le zone settentrionali, godono delle più alte dosi di radiazione solare. E dove nel nostro Paese il Sole riscalda meno la Terra? Questa è la regione nord-occidentale, che comprende San Pietroburgo e le aree circostanti.

centrali elettriche

È difficile immaginare la nostra vita senza utilizzare l'energia del Sole sulla Terra. Come applicarlo? I raggi di luce possono essere utilizzati per generare elettricità. La necessità cresce ogni anno e le riserve di gas, petrolio e carbone stanno diminuendo rapidamente. Ecco perché negli ultimi decenni le persone hanno iniziato a costruire centrali solari. Dopotutto, questi impianti consentono l'utilizzo di fonti energetiche alternative, risparmiando in modo significativo le risorse naturali.

Le centrali solari funzionano grazie a fotocellule integrate nella loro superficie. E dentro l'anno scorsoè riuscito a migliorare significativamente l'efficienza di tali sistemi. Gli impianti solari iniziarono a essere prodotti da ultimi materiali e utilizzando soluzioni ingegneristiche creative. Ciò ha notevolmente aumentato il loro potere.

Secondo alcuni ricercatori, nel prossimo futuro l'umanità potrebbe abbandonare gli attuali modi tradizionali di generare elettricità. I bisogni delle persone saranno completamente soddisfatti dal corpo celeste.

Gli impianti fotovoltaici possono essere di varie dimensioni. I più piccoli sono privati. In questi sistemi sono previsti solo pochi pannelli solari. Gli impianti più grandi e complessi coprono aree che superano i dieci chilometri quadrati.

Tutte le centrali solari sono divise in sei tipi. Tra loro:

Torre;
- impianti con fotocellule;
- a forma di piatto;
- parabolico;
- solare-vuoto;
- misto.

Il tipo più comune di centrale elettrica è la torre. Questo è un design alto. Esternamente, assomiglia a una torre con un serbatoio situato su di essa. Il contenitore è riempito d'acqua e dipinto di nero. Intorno alla torre ci sono specchi, la cui superficie supera gli 8 metri quadrati. L'intero sistema è collegato ad un unico pannello di controllo, grazie al quale è possibile orientare l'inclinazione degli specchi in modo tale che riflettano costantemente la luce solare. I raggi diretti al serbatoio riscaldano l'acqua. Il sistema produce vapore, che viene inviato per generare elettricità.

Le centrali fotovoltaiche utilizzano pannelli solari. Oggi tali installazioni sono diventate particolarmente popolari. Dopotutto, i pannelli solari possono essere installati in piccoli blocchi, il che consente loro di essere utilizzati non solo per le imprese industriali, ma anche per le case private.

Se vedi una serie di parabole satellitari di dimensioni enormi, all'interno delle quali sono installate lastre a specchio, allora sappi che si tratta di centrali elettriche paraboliche che funzionano con la radiazione solare. Il principio del loro funzionamento è simile agli stessi sistemi a torre. Catturano un raggio di luce e riscaldano il ricevitore con del liquido. Successivamente, viene prodotto il vapore, che viene utilizzato per generare elettricità.

Le stazioni a disco funzionano allo stesso modo di quelle classificate come torri e paraboliche. Le differenze risiedono solo nelle caratteristiche di progettazione dell'installazione. A prima vista sembra un enorme albero di metallo, le cui foglie sono specchi rotondi piatti. Concentrano l'energia solare.

Un modo insolito per ottenere calore viene utilizzato in una centrale solare sottovuoto. Il suo design è un pezzo di terra coperto da un tetto rotondo. Al centro di questa struttura si erge una torre cava, alla base della quale sono installate delle turbine. La rotazione delle pale di una tale centrale elettrica è dovuta al flusso d'aria che si verifica quando la differenza di temperatura. Il tetto in vetro lascia entrare i raggi del sole. Riscaldano la terra. La temperatura dell'aria all'interno della stanza aumenta. La differenza nelle letture dei termometri all'interno e all'esterno crea un tiraggio d'aria.

L'energia solare utilizza anche centrali elettriche di tipo misto. Possiamo parlare di tali sistemi nei casi in cui, ad esempio, vengono utilizzate fotocellule aggiuntive sulle torri.

Vantaggi e svantaggi dell'energia solare

Ogni settore dell'economia nazionale ha i suoi lati positivi e negativi. Sono disponibili anche quando si utilizzano flussi luminosi. I vantaggi dell'energia solare sono i seguenti:

Compatibilità ambientale, perché non inquina l'ambiente;
- la disponibilità dei componenti principali: le fotocellule, che vengono vendute non solo per uso industriale, ma anche per la creazione di piccole centrali elettriche personali;
- inesauribilità e autoripristino della fonte;
- costo in costante diminuzione.

Tra gli svantaggi dell'energia solare si possono identificare:

Influenza dell'ora del giorno e delle condizioni meteorologiche sulle prestazioni delle centrali elettriche;
- la necessità di accumulo di energia;
- diminuzione della produttività in funzione della latitudine alla quale si trova la regione e della stagione;
- grande riscaldamento dell'aria, che avviene presso la centrale stessa;
- la necessità di una pulizia periodica dall'inquinamento, di cui ha bisogno il sistema di batterie solari, che è problematico a causa delle enormi aree su cui sono installate le celle solari;
- il costo relativamente elevato delle attrezzature, che, pur diminuendo ogni anno, è ancora inaccessibile al consumatore di massa.

Prospettive di sviluppo

Quali sono le possibilità future di utilizzare l'energia del Sole sulla Terra? Oggi si prevede un grande futuro per questo complesso alternativo.

Le prospettive per l'energia solare sono rosee. Dopotutto, già oggi vengono eseguiti enormi lavori in termini di scala in questa direzione. Ogni anno compaiono sempre più centrali solari in vari paesi del mondo, le cui dimensioni stupiscono per le loro soluzioni tecniche e le loro dimensioni. Inoltre, gli specialisti di questo settore non smettono di condurre ricerche scientifiche, il cui scopo è moltiplicare l'efficienza delle fotocellule utilizzate in tali impianti.

Gli scienziati hanno fatto un calcolo interessante. Se le celle solari fossero installate sulla terra del pianeta Terra, che si troverebbe su sette centesimi del suo territorio, allora anche con un'efficienza del 10%, fornirebbero a tutta l'umanità il calore e la luce di cui ha bisogno. E questa non è una prospettiva così lontana. Dopotutto, le fotocellule utilizzate oggi hanno un'efficienza del 30%. Allo stesso tempo, gli scienziati sperano di portare questo valore all'85%.

Lo sviluppo dell'energia solare procede a un ritmo piuttosto elevato. Le persone sono seriamente preoccupate per il problema dell'esaurimento delle risorse naturali e sono impegnate nell'individuare fonti alternative di calore e luce. Tale decisione impedirà l'inevitabile crisi energetica per l'umanità, nonché un'imminente catastrofe ecologica.

Il principio della conversione dell'energia solare, la sua applicazione e le sue prospettive

Ci sono meno fonti energetiche tradizionali nel mondo. Le scorte di petrolio, gas, carbone sono esaurite e tutto porta al fatto che prima o poi si esauriranno. Se a questo punto non vengono trovate fonti energetiche alternative, allora una catastrofe attende l'umanità. Pertanto, in tutti i paesi sviluppati, sono in corso ricerche per scoprire e sviluppare nuove fonti energetiche. Il primo è l'energia solare. Sin dai tempi antichi, questa energia è stata utilizzata dalle persone per illuminare le loro case, cibo secco, vestiti, ecc. Oggi l'energia solare è una delle fonti più promettenti di energia alternativa. Attualmente esistono già molti progetti che consentono di convertire l'energia del sole in energia elettrica o termica. L'industria sta gradualmente crescendo e sviluppandosi, ma, come ovunque, ci sono problemi. Tutto questo sarà discusso in questo articolo.

L'energia solare è una delle fonti rinnovabili più convenienti sulla Terra. L'uso dell'energia solare nell'economia nazionale ha un effetto positivo sullo stato dell'ambiente, poiché non richiede la perforazione di pozzi o lo sviluppo di miniere per ottenerlo. Inoltre, questo tipo di energia è gratuita e non costa nulla. Naturalmente sono richiesti i costi per l'acquisto e l'installazione delle apparecchiature.

Il problema è che il sole è una fonte di energia intermittente. Quindi, ciò che è richiesto è l'accumulo di energia e il suo utilizzo in combinazione con altre fonti di energia. Il problema principale oggi è che le moderne apparecchiature hanno una bassa efficienza di conversione dell'energia solare in energia elettrica e termica. Pertanto, tutti gli sviluppi mirano ad aumentare l'efficienza di tali sistemi e ridurne i costi.

A proposito, molte risorse del pianeta derivano dall'energia solare. Ad esempio, il vento, che è un'altra fonte rinnovabile, non soffierebbe senza il sole. L'evaporazione dell'acqua e il suo accumulo nei fiumi avviene anche sotto l'azione del sole. E l'acqua, come sai, viene utilizzata dall'energia idroelettrica. Anche i biocarburanti non esisterebbero senza il sole. Pertanto, oltre a una fonte diretta di energia, il sole influisce su altre aree di energia.

Il sole invia radiazioni sulla superficie del nostro pianeta. Dell'ampio spettro di radiazioni dalla superficie terrestre, 3 tipi di onde raggiungono:

• Leggero. Nello spettro di emissione, sono circa il 49%;
• infrarossi. Anche la loro quota è del 49%. Grazie a queste onde il nostro pianeta si sta riscaldando;
• Ultravioletto. Nello spettro della radiazione solare, sono circa il 2%. Sono invisibili ai nostri occhi.

Escursione nella storia

Come si è evoluta l'energia solare fino ai giorni nostri? L'uomo ha pensato all'uso del sole nelle sue attività fin dai tempi antichi. Tutti conoscono la leggenda secondo la quale Archimede bruciò la flotta nemica vicino alla sua città di Siracusa. Ha usato specchi incendiari per questo. Diverse migliaia di anni fa, in Medio Oriente, i palazzi dei sovrani venivano riscaldati con acqua riscaldata dal sole. In alcuni paesi, evaporiamo l'acqua di mare al sole per ottenere il sale. Gli scienziati hanno spesso condotto esperimenti con dispositivi di riscaldamento alimentati dall'energia solare.

I primi modelli di tali riscaldatori furono prodotti nei secoli XVII-XVII. In particolare, il ricercatore N. Saussure ha presentato la sua versione dello scaldabagno. È una scatola di legno con un coperchio di vetro. L'acqua in questo dispositivo è stata riscaldata a 88 gradi Celsius. Nel 1774, A. Lavoisier utilizzò delle lenti per concentrare il calore del sole. E sono apparse anche lenti che permettono localmente di fondere la ghisa in pochi secondi.

Le batterie che convertono l'energia del sole in energia meccanica sono state create da scienziati francesi. Alla fine del XIX secolo, il ricercatore O. Musho sviluppò un insolatore che focalizzava i raggi su una caldaia a vapore usando una lente. Questa caldaia è stata utilizzata per far funzionare la macchina da stampa. Negli Stati Uniti a quel tempo era possibile creare un'unità alimentata dal sole con una capacità di 15 "cavalli".

Per molto tempo gli isolanti sono stati prodotti secondo uno schema che utilizza l'energia del sole per trasformare l'acqua in vapore. E l'energia convertita è stata usata per fare del lavoro. Il primo dispositivo che converte l'energia solare in energia elettrica è stato creato nel 1953 negli Stati Uniti. È diventato il prototipo dei moderni pannelli solari. L'effetto fotoelettrico su cui si basa il loro lavoro è stato scoperto negli anni '70 del XIX secolo.

Negli anni Trenta del secolo scorso, l'accademico dell'URSS A.F. Ioffe propose l'uso di fotocellule a semiconduttore per convertire l'energia solare. L'efficienza della batteria in quel momento era inferiore all'1%. Ci sono voluti molti anni prima che le celle solari fossero sviluppate con un'efficienza del 10-15%. Quindi gli americani costruirono pannelli solari di tipo moderno.

Per ottenere più potenza dai sistemi solari, la bassa efficienza è compensata da una maggiore area di fotocellule. Ma questa non è un'opzione, poiché i semiconduttori di silicio nelle celle fotovoltaiche sono piuttosto costosi. Con un aumento dell'efficienza, aumenta il costo dei materiali. Questo è il principale ostacolo all'uso massiccio dei pannelli solari. Ma man mano che le risorse si esauriscono, il loro utilizzo diventerà sempre più redditizio. Inoltre, la ricerca per aumentare l'efficienza delle celle solari non si ferma.

Vale la pena dire che le batterie a semiconduttore sono abbastanza resistenti e non richiedono qualifiche per prendersene cura. Pertanto, sono più spesso utilizzati nella vita di tutti i giorni. Ci sono anche intere centrali solari. Di norma, vengono creati in paesi con un gran numero di giorni di sole all'anno. Questi sono Israele, Arabia Saudita, il sud degli Stati Uniti, India, Spagna. Ora ci sono progetti assolutamente fantastici. Ad esempio, centrali solari al di fuori dell'atmosfera. Lì la luce del sole non ha ancora perso energia. Cioè, si propone che la radiazione venga catturata in orbita e poi convertita in microonde. Quindi, in questa forma, l'energia verrà inviata alla Terra.

Conversione dell'energia solare

Prima di tutto, vale la pena dire come l'energia solare può essere espressa e valutata.

Come si può stimare la quantità di energia solare?

Gli esperti usano per valutare un valore come la costante solare. È pari a 1367 watt. Questa è la quantità di energia solare per metro quadrato del pianeta. Circa un quarto si perde nell'atmosfera. Il valore massimo all'equatore è di 1020 watt per metro quadrato. Tenendo conto del giorno e della notte, dei cambiamenti nell'angolo di incidenza dei raggi, questo valore dovrebbe essere ridotto di altre tre volte.

Le versioni sulle fonti di energia solare erano molto diverse. SU questo momento gli esperti affermano che l'energia viene rilasciata come risultato della trasformazione di quattro atomi di H2 in un nucleo di He. Il processo procede con il rilascio di una notevole quantità di energia. Per fare un confronto, immagina che l'energia di conversione di 1 grammo di H2 sia paragonabile a quella rilasciata bruciando 15 tonnellate di idrocarburi.

Metodi di conversione

Poiché la scienza oggi non dispone di dispositivi che funzionano sull'energia del sole nella sua forma pura, deve essere convertita in un altro tipo. Per questo sono stati creati dispositivi come pannelli solari e un collettore. Le batterie convertono l'energia solare in energia elettrica. E il collettore genera energia termica. Ci sono anche modelli che combinano questi due tipi. Si chiamano ibridi.

Di seguito sono presentati i principali modi di convertire l'energia solare:

• fotoelettrico;
• solare termico;
• aria calda;
• centrali elettriche a palloni solari.

Il primo modo è il più comune. Utilizza pannelli fotovoltaici che generano elettricità sotto l'influenza del sole. Nella maggior parte dei casi, sono realizzati in silicone. Lo spessore di tali pannelli è di decimi di millimetro. Tali pannelli sono combinati in moduli fotovoltaici (batterie) e installati al sole. Molto spesso sono posizionati sui tetti delle case. In linea di principio, nulla impedisce loro di essere posizionati a terra. È solo necessario che non ci siano oggetti di grandi dimensioni intorno a loro, altri edifici e alberi che possano proiettare un'ombra.

Oltre alle fotocellule, vengono utilizzati film sottili o per generare energia elettrica. Il loro vantaggio è un piccolo spessore e lo svantaggio è un'efficienza ridotta. Tali modelli sono spesso utilizzati nei caricabatterie portatili per vari gadget.

Il metodo di conversione ad aria calda comporta l'ottenimento dell'energia di un flusso d'aria. Questo flusso è diretto al turbogeneratore. Nelle centrali elettriche a palloncino, sotto l'influenza dell'energia solare, il vapore acqueo viene generato in un pallone a palloncino. La superficie del pallone è ricoperta da uno speciale rivestimento che assorbe i raggi del sole. Tali centrali elettriche sono in grado di funzionare con tempo nuvoloso e di notte grazie alla fornitura di vapore nel pallone.

L'energia solare si basa sul riscaldamento della superficie del vettore energetico in uno speciale collettore. Ad esempio, potrebbe riscaldare l'acqua per un sistema di riscaldamento domestico. Non solo l'acqua, ma anche l'aria può essere utilizzata come vettore di calore. Può essere riscaldato nel collettore e immesso nel sistema di ventilazione della casa.

Tutti questi sistemi sono piuttosto costosi, ma il loro sviluppo e miglioramento sta gradualmente continuando.

Vantaggi e svantaggi dell'energia solare

Vantaggi

• Gratuito. Uno dei principali vantaggi dell'energia solare è che non è a pagamento. I pannelli solari sono realizzati utilizzando il silicio, che è abbastanza abbondante;
• Non ci sono effetti collaterali. Il processo di conversione energetica avviene senza rumore, emissioni nocive e sprechi, impatto ambientale. Questo non si può dire dell'energia termica, idroelettrica e nucleare. Tutte le fonti tradizionali danneggiano il sistema operativo in un modo o nell'altro;
• Sicurezza e affidabilità. L'attrezzatura è durevole (serve fino a 30 anni). Dopo 20-25 anni di utilizzo, le celle solari emettono fino all'80% del loro valore nominale;
• Raccolta differenziata. I pannelli solari sono completamente riciclabili e possono essere riutilizzati in produzione;
• Facilità di manutenzione. L'apparecchiatura è abbastanza semplice da implementare e funziona offline;
• Ben adattato per l'uso in case private;
• Estetica. Può essere installato sul tetto o sulla facciata dell'edificio senza comprometterne l'estetica;
• Ben integrato come sistemi di alimentazione ausiliari.

Dettagli Inserito il 07/08/2015 15:28

Cosa si chiama energia solare?È l'energia prodotta dal sole sotto forma di luce e calore. Inoltre, ci sono forme secondarie di energia solare, come l'energia del vento e delle onde. Tutti questi tipi di energia costituiscono la maggior parte dell'energia rinnovabile della Terra.

La Terra riceve 174 petawatt (PW) di radiazione solare negli strati superiori dell'atmosfera. Il 30% viene riflesso nello spazio, mentre il resto viene assorbito da nuvole, oceani e terra. La superficie terrestre, gli oceani e l'atmosfera assorbono la radiazione solare che aumenta la loro temperatura. L'aria calda contenente l'acqua degli oceani sale, provocando la convezione. Quando l'aria raggiunge un'altitudine elevata dove la temperatura è bassa, il vapore acqueo si condensa in nuvole e provoca la pioggia. Il calore latente della condensazione dell'acqua aumenta la convezione, producendo vento. L'energia viene assorbita dagli oceani e dalla terra, mantenendo la superficie ad una temperatura media di circa 14 C.

Le piante verdi convertono l'energia solare in energia chimica attraverso la fotosintesi. La produzione dei nostri prodotti alimentari dipende completamente dall'energia solare. Dopo la loro vita, le piante muoiono e si decompongono sulla Terra, quindi l'energia solare fornisce la biomassa che ha creato i combustibili fossili che conosciamo.

Modi per utilizzare l'energia solare

Le persone usano l'energia solare in molte forme diverse: per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti, la produzione di acqua potabile, la distillazione, la disinfezione, l'illuminazione, la produzione di acqua calda e la cottura. I modi in cui l'energia solare può essere utilizzata sono limitati solo dall'ingegnosità umana.

Le tecnologie solari sono passive o attive, a seconda di come l'energia viene catturata, che viene poi convertita e diffusa.

Tecnologie solari attive

Le tecnologie solari attive includono pannelli fotovoltaici e collettori solari termici.

Tecnologie solari passive

I metodi passivi includono orientare l'edificio verso il sole per massimizzare la luce del giorno e il calore e scegliere materiali con le giuste proprietà termiche.

La nostra attuale dipendenza dai combustibili fossili viene lentamente sostituita da fonti energetiche alternative. Alcuni combustibili potrebbero alla fine diventare inutili, ma l'energia solare non diventerà mai obsoleta, controllata da potenze straniere o esaurita. Il sole utilizza la propria riserva di idrogeno, produrrà energia utile fino a quando non esploderà. La sfida che gli umani devono affrontare è catturare questa energia, finora la più grande in modo semplice per fare questo, rimane l'uso di combustibili fossili.

Le persone non possono più immaginare la vita senza elettricità e ogni anno il bisogno di energia cresce sempre di più, mentre le riserve di risorse energetiche come petrolio, gas, carbone stanno rapidamente diminuendo. L'umanità non ha altra scelta che l'uso di fonti energetiche alternative. Un modo per generare elettricità è convertire l'energia solare utilizzando celle fotovoltaiche. Le persone hanno appreso che è possibile utilizzare l'energia del sole relativamente molto tempo fa, ma hanno iniziato a svilupparla attivamente solo negli ultimi 20 anni. Negli ultimi anni, grazie alla continua ricerca, all'utilizzo di materiali di ultima generazione ea creative soluzioni progettuali, è stato possibile aumentare notevolmente le prestazioni dei pannelli solari. Molti credono che in futuro l'umanità sarà in grado di abbandonare i metodi tradizionali di generazione di elettricità a favore dell'energia solare e riceverla utilizzando centrali solari.

energia solare

L'energia solare è una delle fonti di generazione elettrica in modo non tradizionale, quindi appartiene alle fonti energetiche alternative. L'energia solare utilizza la radiazione solare e la converte in elettricità o altre forme di energia. L'energia solare non è solo una fonte di energia rispettosa dell'ambiente, perché durante la conversione dell'energia solare non vengono rilasciati sottoprodotti nocivi, ma l'energia del sole è ancora una fonte di energia alternativa autorigenerante.

Come funziona l'energia solare

Teoricamente, non è difficile calcolare quanta energia si può ottenere dal flusso di energia solare, è noto da tempo che avendo percorso la distanza dal Sole alla Terra e cadendo su una superficie di 1 m² con un angolo di 90 °, il flusso solare all'ingresso in atmosfera trasporta una carica energetica pari a 1367 W/m², questa è la cosiddetta costante solare. Questa è un'opzione ideale in condizioni ideali, che, come sappiamo, è quasi impossibile da raggiungere. Quindi, dopo aver attraversato l'atmosfera, il flusso massimo ottenibile all'equatore sarà di 1020 W/m², ma il valore medio giornaliero che potremo ottenere sarà 3 volte inferiore a causa del cambio del giorno e della notte e del cambio nell'angolo di incidenza del flusso solare. E alle latitudini temperate, al cambio del giorno e della notte si aggiunge il cambio delle stagioni, e con esso il cambio della durata delle ore diurne, quindi, alle latitudini temperate, la quantità di energia ricevuta sarà ridotta di altre 2 volte.

Sviluppo e distribuzione dell'energia solare

Come tutti sappiamo, negli ultimi anni lo sviluppo dell'energia solare ha guadagnato slancio ogni anno, ma proviamo a tracciare le dinamiche di sviluppo. Nel 1985, l'energia solare mondiale era di soli 0,021 GW. Nel 2005 erano già 1.656 GW. L'anno 2005 è considerato un punto di svolta nello sviluppo dell'energia solare, è stato da quest'anno che le persone hanno iniziato ad interessarsi attivamente alla ricerca e allo sviluppo di sistemi elettrici alimentati dall'energia solare. Inoltre, la dinamica non lascia dubbi (2008-15,5 GW, 2009-22,8 GW, 2010-40 GW, 2011-70 GW, 2012-108 GW, 2013-150 GW, 2014-203 GW). I Paesi dell'Unione Europea e gli USA detengono la palma nell'utilizzo dell'energia solare, oltre 100 mila persone sono impiegate in ambito produttivo e operativo solo negli USA e in Germania. Inoltre, l'Italia, la Spagna e, naturalmente, la Cina possono vantare i loro risultati nello sviluppo dell'energia solare, che, se non il leader nel funzionamento delle celle solari, è il modo in cui il produttore di celle solari sta aumentando i tassi di produzione di anno in anno anno.

Vantaggi e svantaggi dell'utilizzo dell'energia solare

Vantaggi: 1) rispetto dell'ambiente - non inquina l'ambiente; 2) disponibilità - le celle solari sono disponibili in commercio non solo per uso industriale, ma anche per la creazione di mini centrali solari private; 3) inesauribilità e autorinnovabilità della fonte energetica; 4) il costo in costante diminuzione della produzione di energia elettrica.
Screpolatura: 1) l'impatto sulla produttività delle condizioni meteorologiche e dell'ora del giorno; 2) per risparmiare energia è necessario accumulare energia; 3) minore produttività alle latitudini temperate a causa del cambio delle stagioni; 4) riscaldamento significativo dell'aria sopra l'impianto solare; 5) la necessità di pulire periodicamente la superficie delle fotocellule dalla contaminazione, e questo è problematico a causa delle enormi aree occupate dall'installazione delle fotocellule; 6) possiamo anche parlare del costo relativamente elevato delle apparecchiature, sebbene il costo diminuisca ogni anno, finora non è necessario parlare di energia solare a basso costo.

Prospettive di sviluppo dell'energia solare

Oggi si prevede un grande futuro per lo sviluppo dell'energia solare, ogni anno vengono costruite sempre più nuove centrali solari, che stupiscono per le loro dimensioni e soluzioni tecniche. Inoltre, la ricerca scientifica volta ad aumentare l'efficienza delle fotocellule non si ferma. Gli scienziati hanno calcolato che se la terra del pianeta Terra è coperta dello 0,07%, con l'efficienza delle celle fotovoltaiche al 10%, allora ci sarà energia sufficiente per oltre il 100% di tutti i bisogni dell'umanità. Ad oggi sono già in uso celle solari con un'efficienza del 30%. Secondo i dati della ricerca, è noto che le ambizioni degli scienziati promettono di portarlo all'85%.

Centrali solari

Le centrali solari sono strutture il cui compito è convertire i flussi di energia solare in energia elettrica. Le dimensioni delle centrali solari possono essere diverse, da minicentrali private con diversi pannelli solari a quelle enormi, che coprono aree superiori a 10 km².

Cosa sono le centrali solari

È passato parecchio tempo dalla costruzione delle prime centrali solari, durante le quali sono stati realizzati molti progetti e sono state applicate molte interessanti soluzioni progettuali. È consuetudine dividere tutte le centrali solari in diversi tipi:
1. Torri solari.
2. Centrali solari, dove i pannelli solari sono celle solari.
3. Centrali solari a forma di piatto.
4. Centrali solari paraboliche.
5. Centrali solari di tipo solare-vuoto.
6. Impianti solari di tipo misto.

Torri solari

Un tipo molto comune di progettazione di centrali elettriche. È un'alta struttura a torre in cima alla quale si trova un serbatoio d'acqua, dipinto di nero per attirare meglio la luce solare riflessa. Intorno alla torre in cerchio ci sono grandi specchi con una superficie di oltre 2 m², sono tutti collegati a un unico sistema di controllo che monitora il cambiamento dell'angolazione degli specchi in modo che riflettano sempre la luce solare e la dirigano dritta al serbatoio d'acqua situato in cima alla torre. Pertanto, la luce solare riflessa riscalda l'acqua, che forma vapore, e quindi questo vapore viene pompato in un turbogeneratore dove viene generata elettricità. La temperatura di riscaldamento del serbatoio può raggiungere i 700 °C. L'altezza della torre dipende dalle dimensioni e dalla potenza dell'impianto solare e, di norma, parte da 15 m, e l'altezza del più grande oggi è di 140 m Questo tipo di impianto solare è molto comune ed è preferito da molti paesi per la sua alta efficienza del 20%.

Centrali solari di tipo fotocellula

Le celle fotovoltaiche (pannelli solari) sono utilizzate per convertire la radiazione solare in elettricità. Questo tipo di centrale elettrica è diventato molto popolare grazie alla possibilità di utilizzare pannelli solari in piccoli blocchi, che consente l'utilizzo di pannelli solari per fornire elettricità sia alle abitazioni private che ai grandi impianti industriali. Inoltre l'efficienza cresce ogni anno e oggi esistono già fotocellule con un'efficienza del 30%.

Centrali solari paraboliche

Questo tipo di centrale solare sembra un'enorme parabola satellitare, lato interiore che è coperto con lastre a specchio. Il principio con cui avviene la conversione dell'energia è simile alle stazioni a torre con una leggera differenza, la forma parabolica degli specchi fa sì che i raggi del sole, riflessi da tutta la superficie dello specchio, siano concentrati al centro, dove si trova il ricevitore con un liquido che si riscalda formando vapore, che a sua volta gira ed è la forza motrice di piccoli generatori.

Impianti solari a disco

Il principio di funzionamento e il metodo di generazione dell'elettricità è identico alle centrali solari di tipo a torre e parabolico. L'unica differenza sono le caratteristiche del design. Su una struttura fissa che somiglia un po' a un gigantesco albero di metallo, su cui sono appesi degli specchi piatti rotondi, che concentrano l'energia solare sul ricevitore.

Centrali solari di tipo solare-vuoto

Questo è un modo molto insolito di utilizzare l'energia del sole e la differenza di temperatura. La struttura della centrale è costituita da un pezzo di terreno con tetto in vetro a forma circolare con una torre al centro. La torre è cava all'interno, alla sua base sono presenti diverse turbine che ruotano per effetto del flusso d'aria derivante dalla differenza di temperatura. Attraverso il tetto in vetro, il sole riscalda il terreno e l'aria all'interno dell'edificio, e l'edificio comunica con l'ambiente esterno tramite un tubo, e poiché la temperatura dell'aria esterna è molto più bassa, si crea un tiraggio d'aria, che aumenta con la temperatura differenza. Pertanto, di notte le turbine generano più elettricità che durante il giorno.

Centrali solari miste

Questo è quando le centrali solari di un certo tipo vengono utilizzate come elementi ausiliari, ad esempio collettori solari per fornire agli oggetti acqua calda e calore, oppure è possibile utilizzare sezioni di fotocellule contemporaneamente in una centrale elettrica a torre .

L'energia solare si sta sviluppando a un ritmo elevato, le persone stanno finalmente pensando seriamente a fonti energetiche alternative per prevenire l'inevitabile crisi energetica imminente e la catastrofe ambientale. Sebbene i leader nell'energia solare siano ancora gli Stati Uniti e l'Unione Europea, tutte le altre potenze mondiali stanno gradualmente iniziando ad adottare e utilizzare l'esperienza e le tecnologie per la produzione e l'utilizzo di impianti solari. Non c'è dubbio che prima o poi l'energia solare diventerà la principale fonte di energia sulla Terra.