O uso de energia solar, energia solar - história de desenvolvimento, prós e contras

A moda de energia alternativa está ganhando força. Além disso, a ênfase está nas fontes de energia renováveis ​​— marés, vento, solar. A energia solar (ou fotovoltaica) é considerada um dos setores industriais que mais cresce. Muitas vezes, declarações muito otimistas, como o fato de que toda a energia dos próximos tempos, nada menos, será baseada na energia solar.

A rigor, a energia de uma estrela chamada Sol está presente de forma "preservada" em todos os tipos de combustíveis fósseis - carvão, petróleo, gás. Essa energia começa a se acumular na fase de crescimento das plantas, que consomem luz solar e calor, que, devido a complexos processos biológicos, se transformam em fósseis de carbono. A energia da água, sua circulação também é sustentada pelo Sol.

A densidade da energia solar no limite superior da atmosfera é de 1350 W / m2, é chamada de «constante solar». Quando os raios do sol passam pela atmosfera da Terra, parte da radiação é espalhada.Mas mesmo na própria superfície da Terra, sua densidade é suficiente para um possível uso, mesmo em tempo nublado.

A história do desenvolvimento

O efeito fotovoltaico (ou seja, o aparecimento de uma corrente estacionária em um material homogêneo com sua fotoexcitação homogênea) foi descoberto em 1839 pelo físico francês Alexandre-Edmond Becquerel. Um pouco mais tarde, o inglês Willoughby Smith e o alemão Heinrich-Rudolph Hertz descobriram independentemente a fotocondutividade do selênio e a fotocondutividade ultravioleta.

Em 1888, o primeiro "dispositivo de recuperação de radiação solar" foi patenteado na América. As primeiras conquistas dos cientistas russos no campo da fotocondutividade datam de 1938. Então, no laboratório do acadêmico Abram Joffe, foi criado pela primeira vez um elemento de conversão de energia solar, planejado para ser usado em energia solar.

O desenvolvimento da energia solar terrestre foi precedido por um grande trabalho de cientistas (incluindo os físicos da Escola Científica de Leningrado-Petersburgo, Boris Kolomiets e Yuri Maslakovts) no campo de baterias solares para fins espaciais. Eles criaram no Instituto de Física e Tecnologia de Leningrado fotocélulas de enxofre de tálio, cuja eficiência era igual a 1% - um verdadeiro recorde para a época.

Abram Joffe também se tornou o autor da agora popular solução de instalação fotocélulas em telhados (embora a ideia não tenha pegado muito no início simplesmente porque ninguém estava passando por escassez de combustíveis fósseis na época). Hoje, países como Alemanha, EUA, Japão e Israel estão cada vez mais instalando painéis solares nos telhados dos edifícios, criando assim "casas energeticamente eficientes".

A energia solar começou a atrair mais interesse na segunda metade do século XX.Graças a desenvolvimentos práticos nesta área, foram criadas centrais térmicas, onde o refrigerante é aquecido por radiação solar direta e um gerador turboelétrico impulsiona o vapor gerado na caldeira.

Com o acúmulo de conhecimento e o avanço da teoria para a prática, surge a questão da rentabilidade da geração solar. Inicialmente, as tarefas da energia solar não iam além do abastecimento de objetos locais, por exemplo, de difícil acesso ou distantes do sistema elétrico central. Já em 1975, a potência total de todas as instalações solares do planeta era de apenas 300 kW, e o preço de um quilowatt de pico de potência chegava a 20 mil dólares.

O princípio de operação das usinas de energia solar:

Como a energia solar é convertida em eletricidade

Tipos comuns de painéis solares

Mas é claro que fazer a energia solar decolar – mesmo sem considerar o componente econômico – exigia uma eficiência significativamente maior. E eles conseguiram alcançá-lo um pouco. A eficiência dos modernos geradores de semicondutores de silício já é de 15 a 24% (consulte - Eficiência de células e módulos solares), razão pela qual (além de sua queda de preço) a demanda é constante hoje.

A produção de painéis solares foi dominada por grandes empresas globais como Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell e outras. O custo de um watt de energia elétrica instalada de células solares semicondutoras caiu para US$ 2.

Mesmo nos tempos soviéticos, estimava-se que 4 mil km2 de módulos solares eram capazes de cobrir as necessidades anuais de eletricidade do mundo inteiro. E a eficiência das baterias naquela época não ultrapassava 6%.

No século passado, usinas de energia solar de 10 megawatts (SPP) foram estabelecidas nos EUA, França, Espanha, Itália e outros países "solares". Na URSS, a primeira usina solar experimental com capacidade de 5 MW foi construída na Península de Kerch, onde o número de dias ensolarados por ano é um dos mais altos da região.

Algumas dessas estações ainda estão em operação, muitas deixaram de funcionar, mas é seguro dizer que não podem, em princípio, competir com os modernos sistemas solares fotovoltaicos.

Usinas de energia solar:

Tipos de usinas solares

Usinas solares flutuantes

concentradores solares

profissionais

Os pontos fortes da energia solar são óbvios para todos e não precisam de explicação detalhada.

Primeiro, os recursos do Sol duram muito tempo - a vida útil de uma estrela é estimada pelos cientistas em cerca de 5 bilhões de anos.

Em segundo lugar, o uso de energia solar não ameaça as emissões de gases de efeito estufa, o aquecimento global e a poluição ambiental geral, ou seja, não afeta o equilíbrio ecológico do planeta.

Uma usina fotovoltaica com capacidade de 1 MW produz anualmente cerca de 2 milhões de kW. Isso evita emissões de dióxido de carbono em comparação com uma usina de combustão nos seguintes volumes: a gás cerca de 11 mil toneladas, a derivados de petróleo 1,1-1,5 mil toneladas, a carvão 1,7-2,3 mil toneladas...

Contras

Os gargalos da energia solar incluem, primeiro, ainda não ser suficientemente eficiente e, segundo, não ser suficientemente baixo por quilowatt-hora – algo que levanta questões sobre o uso generalizado de qualquer fonte de energia renovável.

Somado a isso está o fato de que uma boa quantidade de radiação solar na superfície da Terra é espalhada de forma incontrolável.

A segurança do meio ambiente também é rigorosamente questionada — afinal, ainda não está claro o que fazer com o descarte dos elementos usados.

Por fim, o grau de estudo da energia solar — digam o que digam — ainda está longe de ser perfeito.

O elo mais fraco da energia solar é a baixa eficiência das baterias; a solução para este problema é apenas uma questão de tempo.

Uso

Sim, obter energia do Sol não é o projeto mais barato. Mas, primeiro, nos últimos trinta anos, um watt gerado com fotocélulas ficou dez vezes mais barato. E em segundo lugar, o desejo dos países europeus de reduzir a dependência de fontes de energia tradicionais desempenha o papel da energia solar. Além disso, não se esqueça do Protocolo de Kyoto. Agora podemos dizer que a energia solar está se desenvolvendo a um ritmo constante, tanto do ponto de vista da ciência quanto do ponto de vista do comércio.

Hoje, a energia solar é usada mais ativamente para três finalidades:

• aquecimento e água quente e ar condicionado;

• conversão em energia elétrica utilizando conversores solares fotovoltaicos;

• geração de energia em larga escala com base no ciclo térmico.

A energia solar não precisa ser convertida em eletricidade, mas é perfeitamente possível usá-la como calor. Por exemplo, para aquecimento e água quente de instalações residenciais e industriais.

A base do princípio de operação do projeto de sistemas de aquecimento solar é o aquecimento do anticongelante.O calor é então transferido para tanques de armazenamento, geralmente localizados no porão, e consumido a partir daí.

Um dos maiores consumidores potenciais de energia fotovoltaica é o setor agrícola, que pode consumir de forma independente centenas de megawatts de pico de energia solar por ano. A isto podem ser adicionados suporte à navegação, alimentação para sistemas de telecomunicações, sistemas para o resort e negócios de saúde e turismo, bem como moradias, iluminação pública solar e muito mais.

Hoje, a possibilidade de maneiras absolutamente fantásticas, do ponto de vista do leigo, de usar a energia solar está sendo seriamente considerada. Por exemplo, projetos para órbita em torno de estações solares ou, ainda mais fantasticamente, usinas de energia solar na lua.

E de fato existem tais projetos. No espaço, a concentração de energia solar é muito maior em comparação com o nosso planeta azul. A transmissão de energia para a Terra é possível usando luz direcionada (laser) ou radiação de frequência ultra-alta (microondas).

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