Արեգակնային էներգիայի օգտագործումը Երկրի վրա. Երկրի վրա արևային էներգիայի օգտագործման հեռանկարները

2024 Հեղինակ: Henry Conors | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-02-12 08:43

Այսօր էներգիայի սպառման խնդիրը բավականին սուր է. մոլորակի ռեսուրսները անսահման չեն, և իր գոյության ընթացքում մարդկությունը բավականին ավերել է այն, ինչ տվել է բնությունը: Այս պահին ակտիվորեն արդյունահանվում է ածուխ և նավթ, որոնց պաշարները օրեցօր փոքրանում են։ Մտքի ուժը մարդկությանը թույլ տվեց անհավանական քայլ կատարել դեպի ապագա և օգտագործել ատոմային էներգիան՝ այս բարիքի հետ մեկտեղ բերելով հսկայական վտանգ ողջ շրջակա միջավայրի համար։

Բնապահպանական խնդիրը պակաս սուր չէ. ռեսուրսների ակտիվ արդյունահանումը և դրանց հետագա օգտագործումը բացասաբար է անդրադառնում մոլորակի վիճակի վրա՝ փոխելով ոչ միայն հողի բնույթը, այլև անգամ կլիմայական պայմանները։

Այդ պատճառով միշտ հատուկ ուշադրություն է դարձվել էներգիայի բնական աղբյուրներին, ինչպիսիք են ջուրը կամ քամին: Վերջապես, այսքան տարիների ակտիվ հետազոտություններից և զարգացումից հետո մարդկությունը «մեծացել է» մինչև Երկրի վրա արևային էներգիայի օգտագործումը: Նրա մասին է, որ մենք կքննարկենք հետագա։

Ինչն է այսքան գրավիչ

Նախքան կոնկրետ օրինակներին անցնելը, եկեք պարզենք, թե ինչու են ամբողջ աշխարհում հետազոտողները այդքան հետաքրքրված էներգիայի արտադրության այս տեսակով:Նրա հիմնական ակտիվը կարելի է անվանել անսպառություն։ Չնայած բազմաթիվ վարկածներին, հավանականությունը, որ Արեգակի նման աստղը մոտ ապագայում կանհետանա, չափազանց փոքր է: Սա նշանակում է, որ մարդկությունը հնարավորություն ունի ստանալ մաքուր էներգիա միանգամայն բնական ճանապարհով։

Երկրի վրա արեգակնային էներգիայի օգտագործման երկրորդ անկասկած առավելությունն այս տարբերակի էկոլոգիապես մաքուր լինելն է: Նման պայմաններում շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը կլինի զրոյական, ինչն իր հերթին ամբողջ աշխարհին ապահովում է շատ ավելի պայծառ ապագա, քան այն, որը բացվում է ստորգետնյա սահմանափակ ռեսուրսների մշտական արդյունահանմամբ:

Վերջապես պետք է հատուկ ուշադրություն դարձնել այն փաստին, որ արևային էներգիայի օգտագործումը ամենաքիչ վտանգը ներկայացնում է մարդկանց համար։

Իսկապես

Այժմ եկեք անցնենք բուն կետին: «Արևային էներգիա» փոքր-ինչ բանաստեղծական անվանումն իրականում թաքցնում է ճառագայթման վերածումը էլեկտրականության՝ օգտագործելով հատուկ մշակված տեխնոլոգիաներ։ Այս գործընթացը ապահովում են ֆոտոգալվանային բջիջները, որոնք մարդկությունը չափազանց ակտիվորեն օգտագործում է իր նպատակների համար և բավականին հաջող։

Արեգակնային ճառագայթում

Պատմականորեն այնպես է պատահել, որ «ճառագայթում» գոյականն ավելի շատ բացասական ասոցիացիաներ է առաջացնում, քան դրական՝ կապված այն տեխնածին աղետների հետ, որոնք աշխարհը կարողացավ գոյատևել իր կյանքի ընթացքում: Այնուամենայնիվ, Երկրի վրա Արեգակի էներգիան օգտագործելու տեխնոլոգիան ապահովում է նրա հետ աշխատել։

Հիմնականում,ճառագայթման այս տեսակը էլեկտրամագնիսական ճառագայթումն է, որի միջակայքը տատանվում է 2,8-ից 3,0 մկմ:

Մարդկության կողմից այդքան հաջող օգտագործվող արեգակնային սպեկտրը իրականում բաղկացած է երեք տեսակի ալիքներից՝ ուլտրամանուշակագույն (մոտ 2%), մոտ 49%-ը լուսային ալիքներ են և, վերջապես, նույն քանակությունը ինֆրակարմիր ճառագայթման մեջ է: Արեգակնային էներգիան ունի փոքր թվով այլ բաղադրիչներ, սակայն դրանց դերն այնքան աննշան է, որ առանձնահատուկ ազդեցություն չեն ունենում Երկրի կյանքի վրա։

Արևային էներգիայի քանակությունը, որը հարվածում է Երկրին

Այժմ, երբ որոշվել է մարդկության օգտին օգտագործվող սպեկտրի կազմը, պետք է նշել այս ռեսուրսի ևս մեկ կարևոր հատկանիշ: Երկրի վրա արևային էներգիայի օգտագործումը շատ խոստումնալից է թվում նաև այն պատճառով, որ այն հասանելի է բավականին մեծ քանակությամբ՝ վերամշակման գրեթե նվազագույն ծախսերով: Աստղից արտանետվող էներգիայի ընդհանուր քանակը չափազանց մեծ է, սակայն մոտ 47%-ը հասնում է Երկրի մակերեսին, որը հավասար է յոթ հարյուր կվադրիլիոն կվտ/ժամի։ Համեմատության համար նշենք, որ միայն մեկ կիլովատ/ժամը կարող է ապահովել հարյուր վտ հզորությամբ լամպի տասը տարվա աշխատանքը։

Արևի ճառագայթման ուժը և էներգիայի օգտագործումը Երկրի վրա, իհարկե, կախված է մի շարք գործոններից՝ կլիմայական պայմաններից, մակերեսի վրա ճառագայթների անկման անկյունից, սեզոնից և աշխարհագրական դիրքից։

Երբ և որքան

Հեշտ է կռահել, որ մակերևույթի վրա թափվող արևային էներգիայի օրական քանակությունըԵրկիրը անընդհատ փոխվում է, քանի որ այն ուղղակիորեն կախված է Արեգակի նկատմամբ մոլորակի դիրքից և հենց լուսատուի շարժումից: Վաղուց հայտնի է, որ կեսօրին ճառագայթումը առավելագույնն է, մինչդեռ առավոտյան և երեկոյան մակերեսին հասնող ճառագայթների թիվը շատ ավելի քիչ է։

Վստահաբար կարող ենք ասել, որ արևային էներգիայի օգտագործումը առավել արդյունավետ կլինի հասարակածային գոտուն հնարավորինս մոտ գտնվող շրջաններում, քանի որ հենց այնտեղ է, որ ամենաբարձր և ամենացածր ցուցանիշների միջև տարբերությունը նվազագույն է, ինչը վկայում է. մոլորակի մակերեսին հասնող ճառագայթման առավելագույն քանակը. Օրինակ՝ անապատային աֆրիկյան շրջաններում ճառագայթման տարեկան քանակը հասնում է միջինը 2200 կվտ/ժամի, մինչդեռ Կանադայում կամ, օրինակ, Կենտրոնական Եվրոպայում այդ ցուցանիշները չեն գերազանցում 1000 կՎտ/ժ-ը։։

Արևային էներգիան պատմության մեջ

Եթե հնարավորինս լայն մտածեք, մեր մոլորակը տաքացնող մեծ լուսատուին «սանձելու» փորձերը սկսվել են հնագույն ժամանակներում՝ հեթանոսության ժամանակ, երբ յուրաքանչյուր տարր մարմնավորված էր առանձին աստվածությամբ: Սակայն, իհարկե, այն ժամանակ արևային էներգիայի օգտագործումը բացառվում էր՝ աշխարհում տիրում էր կախարդանք։

Երկրի վրա Արեգակի էներգիայի օգտագործման թեման սկսեց ակտիվորեն արծարծվել միայն 14-րդ դարի վերջին - 20-րդ դարի սկզբին։ Գիտության մեջ իսկական առաջընթաց կատարեց 1839 թվականին Ալեքսանդր Էդմոնդ Բեկերելը, ով կարողացավ դառնալ ֆոտոգալվանային էֆեկտի բացահայտողը։ Այս թեմայի ուսումնասիրությունը զգալիորեն աճել է, և 44 տարի անց Չարլզ Ֆրիտսը կարողացավ նախագծել առաջինըմոդուլ, որը հիմնված է ոսկեպատ սելենի վրա: Արեգակի էներգիայի այս օգտագործումը Երկրի վրա տվել է փոքր քանակությամբ ազատված էլեկտրաէներգիա. արտադրության ընդհանուր քանակն այն ժամանակ կազմել է ոչ ավելի, քան 1%: Այնուամենայնիվ, ողջ մարդկության համար սա իսկական բեկում էր՝ բացելով գիտության նոր հորիզոններ, որոնց մասին նախկինում նույնիսկ չէր էլ երազել։

Ինքը՝ Ալբերտ Էյնշտեյնը, նշանակալի ներդրում է ունեցել արևային էներգիայի զարգացման գործում։ Ժամանակակից աշխարհում գիտնականի անունը ավելի հաճախ կապում են նրա հարաբերականության հայտնի տեսության հետ, սակայն իրականում նա Նոբելյան մրցանակի է արժանացել հենց արտաքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտն ուսումնասիրելու համար։

Մինչ օրս Երկրի վրա արևային էներգիայի օգտագործման տեխնոլոգիան կամ արագ վերելքներ է ապրում, կամ ոչ պակաս արագ անկումներ, սակայն գիտելիքի այս ճյուղը մշտապես թարմացվում է նոր փաստերով, և մենք կարող ենք հուսալ, որ տեսանելի ապագայում., մեր առջև կբացվի բոլորովին նոր աշխարհի դուռ՝ խաղաղություն։

Բնությունը մեր դեմ է

Մենք արդեն խոսել ենք Երկրի վրա Արեգակի էներգիան օգտագործելու առավելությունների մասին։ Այժմ ուշադրություն դարձնենք այս մեթոդի թերություններին, որոնք, ցավոք, պակաս չեն։

Աշխարհագրական դիրքից, կլիմայական պայմաններից և Արեգակի տեղաշարժից ուղղակի կախվածության պատճառով արևային էներգիայի բավարար քանակությամբ արտադրությունը պահանջում է հսկայական տարածքային ծախսեր։ Ներքևի գիծն այն է, որ որքան մեծ է արևային ճառագայթման սպառման և մշակման տարածքը, այնքան ավելի մեծ կլինի էկոլոգիապես մաքուր էներգիայի քանակը, որը մենք կստանանք ելքի վրա: Նմանների տեղադրումըհսկայական համակարգերը պահանջում են շատ ազատ տարածություն, ինչը որոշակի դժվարություններ է առաջացնում:

Երկրի վրա արեգակնային էներգիայի օգտագործման հետ կապված մեկ այլ խնդիր ուղղակիորեն կապված է օրվա ժամի հետ, քանի որ գիշերը սերունդը կլինի զրոյական, իսկ առավոտյան և երեկոյան ծայրահեղ աննշան:

Լրացուցիչ ռիսկի գործոն է ինքնին եղանակը. պայմանների կտրուկ փոփոխությունները կարող են չափազանց բացասական ազդեցություն ունենալ այս տեսակի համակարգի աշխատանքի վրա, քանի որ դրանք դժվարություններ են առաջացնում պահանջվող հզորությունը կարգաբերելու հարցում: Ինչ-որ իմաստով, սպառման և արտադրության քանակի կտրուկ փոփոխությամբ իրավիճակները կարող են վտանգավոր լինել:

Մաքուր, բայց թանկ

Արևային էներգիայի օգտագործումը Երկրի վրա այս պահին դժվար է՝ դրա բարձր արժեքի պատճառով։ Հիմնական գործընթացների իրականացման համար անհրաժեշտ ֆոտոխցիկները բավականին բարձր արժեք ունեն։ Իհարկե, այս տեսակի ռեսուրսի օգտագործման դրական կողմերը ստիպում են այն վճարել, սակայն տնտեսական տեսակետից այս պահին կարիք չկա խոսել կանխիկ ծախսերի ամբողջական մարման մասին։

Սակայն, ինչպես ցույց է տալիս միտումը, արևային մարտկոցների գինը աստիճանաբար նվազում է, ուստի ժամանակի ընթացքում այս խնդիրը կարող է ամբողջությամբ լուծվել։

Գործընթացի անհարմարություն

Արևի օգտագործումը որպես էներգիայի աղբյուր նույնպես դժվար է, քանի որ ռեսուրսների մշակման այս մեթոդը բավականին աշխատատար և անհարմար է: Ճառագայթման սպառումն ու մշակումն ուղղակիորեն կախված է թիթեղների մաքրությունից, ինչը բավականին խնդրահարույց է ապահովել։ Բացի այդ, չափազանցԳործընթացի վրա բացասաբար է անդրադառնում նաև տարրերի տաքացումը, ինչը հնարավոր է կանխել միայն ամենահզոր հովացման համակարգերի կիրառմամբ, որոնք պահանջում են լրացուցիչ նյութական ծախսեր և զգալի:

Բացի այդ, արևային կոլեկտորներում օգտագործվող թիթեղները 30 տարվա ակտիվ աշխատանքից հետո աստիճանաբար դառնում են անօգտագործելի, իսկ արևային մարտկոցների արժեքը նշվել է ավելի վաղ։

Բնապահպանական խնդիր

Ավելի վաղ ասվում էր, որ նման ռեսուրսի օգտագործումը կարող է ապագայում մարդկությանը փրկել շրջակա միջավայրի հետ կապված բավականին լուրջ խնդիրներից։ Ռեսուրսների աղբյուրը և վերջնական արտադրանքը իսկապես հնարավորինս էկոլոգիապես մաքուր են:

Այնուամենայնիվ, արեգակնային էներգիայի օգտագործումը, արևային կոլեկտորների աշխատանքի սկզբունքն է օգտագործել ֆոտոխցիկներով հատուկ թիթեղներ, որոնց պատրաստման համար անհրաժեշտ են շատ թունավոր նյութեր՝ կապար, մկնդեղ կամ կալիում։ Դրանց օգտագործումը ոչ մի վնաս չի հասցնում շրջակա միջավայրին, սակայն, հաշվի առնելով դրանց սահմանափակ կյանքի տևողությունը, ժամանակի ընթացքում ափսեների հեռացումը կարող է լուրջ խնդիր դառնալ։

Շրջակա միջավայրի վրա բացասական ազդեցությունը սահմանափակելու համար արտադրողներն աստիճանաբար անցնում են բարակ թաղանթով վաֆլիներին, որոնք ունեն ավելի ցածր արժեք և ավելի քիչ վնասակար ազդեցություն շրջակա միջավայրի վրա:

Ճառագայթումը էներգիայի վերածելու մեթոդներ

Մարդկության ապագայի մասին ֆիլմերն ու գրքերը գրեթե միշտ տալիս են մեզ այս գործընթացի մոտավորապես նույն պատկերը, որն իրականում.կարող է էականորեն տարբերվել իրականությունից: Փոխակերպելու մի քանի եղանակ կա։

Ամենատարածվածը ֆոտոբջիջների նախկինում նկարագրված օգտագործումն է:

Որպես այլընտրանք մարդկությունը ակտիվորեն օգտագործում է արևային ջերմային էներգիան՝ հիմնված հատուկ մակերեսների տաքացման վրա, ինչը թույլ է տալիս ջուրը տաքացնել ստացված ջերմաստիճանի համապատասխան ուղղությամբ։ Եթե հնարավորինս պարզեցնեք այս գործընթացը, այն կարելի է համեմատել մասնավոր տներում ամառային ցնցուղների համար օգտագործվող տանկերի հետ։

Էներգիա առաջացնելու համար ճառագայթումն օգտագործելու մեկ այլ միջոց է «արևային առագաստը», որը կարող է գործել միայն վակուումում։ Այս տեսակի համակարգը ճառագայթումը վերածում է կինետիկ էներգիայի:

Գիշերը գեներացման բացակայության խնդիրը մասամբ լուծում են արևային փուչիկներով էլեկտրակայանները, որոնց աշխատանքը շարունակվում է թողարկվող էներգիայի կուտակման և հովացման գործընթացի տեւողության շնորհիվ։

Մենք և արևային էներգիան

Երկրի վրա արևային և քամու էներգիայի ռեսուրսները բավականին ակտիվ են օգտագործվում, թեև մենք հաճախ դա չենք նկատում։ Ավելի վաղ արդեն խոսվել էր բացօթյա ցնցուղի մեջ ջրի ժողովրդական տաքացման մասին։ Իրականում, ամենից հաճախ արևային էներգիան օգտագործվում է այդ նպատակների համար: Այնուամենայնիվ, կան բազմաթիվ այլ օրինակներ. գրեթե յուրաքանչյուր լուսավորության խանութում կարելի է գտնել պահեստային լամպեր, որոնք կարող են աշխատել առանց էլեկտրականության նույնիսկ գիշերը՝ շնորհիվ օրվա ընթացքում կուտակված էներգիայի։

Ֆոտոբջիջների վրա հիմնված տեղադրումները ակտիվորեն օգտագործվում են բոլոր տեսակի պոմպակայաններում և օդափոխման համակարգերում:

Երեկ, այսօր, վաղը

Մարդկության համար կարևորագույն ռեսուրսներից մեկը արևային էներգիան է, և դրա օգտագործման հեռանկարները չափազանց մեծ են։ Այս արդյունաբերությունը ակտիվորեն ֆինանսավորվում, ընդլայնվում և բարելավվում է: Այժմ արևային էներգիան առավել զարգացած է Միացյալ Նահանգներում, որտեղ որոշ շրջաններ այն օգտագործում են որպես էներգիայի այլընտրանքային լիարժեք աղբյուր: Նաև այս տիպի էլեկտրակայանները գործում են Մոխավե անապատում։ Այլ երկրներ վաղուց են գնացել էլեկտրաէներգիայի այս տեսակի արտադրությանը, որը շուտով կարող է լուծել շրջակա միջավայրի աղտոտվածության խնդիրը։