A napenergia felhasználása, napenergia - fejlődéstörténet, előnyei és hátrányai
Az alternatív energia divatja egyre nagyobb lendületet kap. Ezenkívül a hangsúly a megújuló energiaforrásokon van – árapály, szél, napenergia. A napenergia (vagy a fotovoltaik) az egyik leggyorsabban növekvő ipari ágazatnak számít. Elég gyakran nagyon optimista kijelentések, mint például az a tény, hogy az elkövetkező idők összes energiája, nem kevesebb, a napenergián fog alapulni.
Szigorúan véve a Nap nevű csillag energiája "megőrzött" formában jelen van minden típusú fosszilis tüzelőanyagban - szénben, olajban, gázban. Ez az energia a napfényt és hőt fogyasztó növények növekedési szakaszában kezd felhalmozódni, ami az összetett biológiai folyamatok következtében szénkövületekké alakul. A víz energiáját, keringését a Nap is támogatja.
A napenergia sűrűsége a légkör felső határán 1350 W / m2, ezt nevezik "napállandónak". Amikor a napsugarak áthaladnak a Föld légkörén, a sugárzás egy része szétszóródik.De még a Föld felszínén is elegendő a sűrűsége az esetleges felhasználáshoz, még felhős időben is.
A fejlődés története
A fotovoltaikus hatást (azaz álló áram megjelenését egy homogén anyagban annak homogén fotogerjesztésével) Alexandre-Edmond Becquerel francia fizikus fedezte fel 1839-ben. Kicsit később az angol Willoughby Smith és a német Heinrich-Rudolph Hertz egymástól függetlenül felfedezték a szelén és az ultraibolya fényvezető képességét.
1888-ban szabadalmaztatták Amerikában az első "napsugárzás-visszanyerő eszközt". Az orosz tudósok első eredményei a fotovezetés területén 1938-ra nyúlnak vissza. Abram Joffe akadémikus laboratóriumában ekkor készítettek először napenergia átalakító elemet, amelyet a napenergiában terveztek alkalmazni.
A földi napenergia fejlesztését a tudósok (köztük a Leningrád-Pétervári Tudományos Iskola fizikusai, Borisz Kolomiec és Jurij Maszlakovts) nagy munkája előzte meg az űrcélú napelemek területén. A Leningrádi Fizikai és Technológiai Intézetben tallium-kénből készítettek fotocellákat, amelyek hatékonysága 1% volt - ez akkoriban igazi rekord.
Abram Joffe lett a ma már népszerű telepítési megoldás szerzője is fotocellák háztetőkön (bár az ötlet eleinte nem terjedt el széles körben pusztán azért, mert akkoriban senki sem tapasztalt hiányt a fosszilis tüzelőanyagokból). Napjainkban olyan országok, mint Németország, USA, Japán, Izrael egyre gyakrabban szerelnek fel napelemeket az épületek tetejére, így "energiahatékony házakat" hoznak létre.
A napenergia a XX. század második felében kezdett nagyobb érdeklődést felkelteni.Az ezen a területen végzett gyakorlati fejlesztéseknek köszönhetően hőerőművek jöttek létre, ahol a hűtőfolyadékot közvetlen napsugárzás melegíti fel, a kazánban keletkező gőzt pedig turbóelektromos generátor hajtja meg.
Az ismeretek felhalmozásával és az elmélettől a gyakorlatig való előrehaladással felvetődik a napenergia-termelés jövedelmezőségének kérdése. A napenergia feladatai kezdetben nem terjedtek túl a helyi, például nehezen megközelíthető vagy a központi villamosenergia-rendszertől távoli objektumok ellátásán. Már 1975-ben a bolygó összes napelem-berendezésének összteljesítménye mindössze 300 kW volt, és egy csúcskilowatt teljesítmény ára elérte a 20 ezer dollárt.
A naperőművek működési elve:
Hogyan alakul a napenergia elektromos árammá
De természetesen a napenergia felszabadítása – még a gazdasági összetevők figyelembevétele nélkül is – lényegesen nagyobb hatékonyságot igényelt. És ezt valamennyire sikerült is elérniük. A modern szilícium félvezető generátorok hatásfoka már 15-24% (lásd — A napelemek és modulok hatékonysága), ezért (valamint az árcsökkenésük miatt) manapság folyamatos a kereslet.
A napelemek gyártását olyan nagy világcégek sajátították el, mint a Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell és mások. A félvezető napelemek beépített elektromos teljesítményének egy wattjának ára 2 dollárra esett.
A becslések szerint már a szovjet időkben is 4 ezer km2 napelemmodul képes volt fedezni az egész világ éves villamosenergia-szükségletét. És az akkumulátorok hatékonysága akkoriban nem haladta meg a 6% -ot.
A múlt században 10 megawattos naperőműveket (SPP) létesítettek az USA-ban, Franciaországban, Spanyolországban, Olaszországban és más "napelemes" országokban. A Szovjetunióban a Kercsi-félszigeten épült az első 5 MW-os kísérleti napelem-erőmű, ahol a napsütéses napok éves száma az egyik legmagasabb a régióban.
Ezen állomások egy része még mindig működik, sok már megszűnt, de nyugodtan kijelenthetjük, hogy elvileg nem vehetik fel a versenyt a modern napelemes rendszerekkel.
Naperőművek:
szakemberek
A napenergia erősségei mindenki számára nyilvánvalóak, és nem igényelnek részletes magyarázatot.
Először is, a Nap erőforrásai hosszú ideig kitartanak – egy csillag élettartamát a tudósok körülbelül 5 milliárd évre becsülik.
Másodszor, a napenergia felhasználása nem fenyegeti az üvegházhatású gázok kibocsátását, a globális felmelegedést és az általános környezetszennyezést, i.e. nem befolyásolja a bolygó ökológiai egyensúlyát.
Egy 1 MW teljesítményű fotovoltaikus erőmű évente mintegy 2 millió kW-ot termel, ami egy tüzelésű erőműhöz képest az alábbi mennyiségekben akadályozza meg a szén-dioxid kibocsátást: gázon kb. 11 ezer tonna, olajtermékeken 1,1-1,5 ezer tonna szénen. 1,7-2,3 ezer tonna...
Hátrányok
A napenergia szűk keresztmetszete egyrészt a még mindig nem elég magas hatásfok, másrészt a nem elég alacsony kilowattóránkénti költség – ami kérdéseket vet fel a megújuló energiaforrások széleskörű felhasználásával kapcsolatban.
Ehhez járul még az a tény, hogy a Föld felszínén a napsugárzás jó része ellenőrizhetetlenül szétszóródik.
A környezet biztonsága is szigorúan kérdéses – elvégre még mindig nem világos, hogy mit kezdjünk a használt elemek ártalmatlanításával.
Végül, a napenergia tanulmányozási foka – bármit is mondanak – még mindig messze van a tökéletestől.
A napenergia leggyengébb láncszeme az akkumulátorok alacsony hatásfoka; ennek a problémának a megoldása csak idő kérdése.
Használat
Igen, az energia beszerzése a Napból nem a legolcsóbb projekt. De először is, az elmúlt harminc évben a fotocellákkal előállított watt tízszer olcsóbb lett. Másodszor pedig az európai országok azon vágya, hogy csökkentsék a hagyományos energiaforrásoktól való függőséget, a napenergia szerepét tölti be. Ne feledkezzünk meg a Kiotói Jegyzőkönyvről sem. Ma már elmondhatjuk, hogy a napenergia egyenletes ütemben fejlődik mind tudományos, mind pedig kereskedelmi szempontból.
Napjainkban a napenergiát három célra használják a legaktívabban:
-
fűtés és melegvíz és légkondicionálás;
-
átalakítás elektromos energiává napelemes fotovoltaikus átalakítók segítségével;
-
hőcikluson alapuló nagyléptékű energiatermelés.
A napenergiát nem kell elektromos árammá alakítani, de hőként teljesen fel lehet használni. Például lakossági és ipari létesítmények fűtésére és melegvízellátására.
A szoláris fűtési rendszerek tervezésének működési elvének alapja a fagyálló fűtése.A hőt ezután tárolótartályokba vezetik, amelyek általában a pincében helyezkednek el, és onnan fogyasztják el.
A fotovoltaikus energia egyik legnagyobb potenciális fogyasztója a mezőgazdasági szektor, amely önállóan több száz megawatt csúcs napenergiát tud fogyasztani évente. Ehhez hozzá lehet adni a navigációs támogatást, a távközlési rendszerek áramellátását, az üdülőhelyi, egészségügyi és turisztikai vállalkozások rendszereit, valamint villákat, napelemes utcai lámpákat és még sok mást.
Ma már komolyan fontolgatják az abszolút fantasztikus, laikus szemmel nézve a napenergia felhasználási módok lehetőségét. Például a napelemes állomások körüli pályára vonatkozó projektek, vagy ami még fantasztikusabb, a holdi naperőművek.
És valóban vannak ilyen projektek. Az űrben a napenergia koncentrációja sokkal magasabb, mint kék bolygónkon. Az energia átvitele a Földre irányított fénnyel (lézer) vagy ultramagas frekvenciájú (mikrohullámú) sugárzással lehetséges.
A témát folytatva: Növelje a napenergiát a világon