Việc sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng mặt trời - lịch sử phát triển, ưu nhược điểm
Thời trang cho năng lượng thay thế đang đạt được đà. Hơn nữa, trọng tâm là các nguồn năng lượng tái tạo - thủy triều, gió, mặt trời. Năng lượng mặt trời (hay quang điện) được coi là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất. Những tuyên bố thường rất lạc quan như thực tế là tất cả năng lượng trong thời gian tới, không hơn không kém, sẽ dựa trên năng lượng mặt trời.
Nói một cách chính xác, năng lượng của một ngôi sao gọi là Mặt trời hiện diện ở dạng "được bảo toàn" trong tất cả các loại nhiên liệu hóa thạch - than, dầu, khí đốt. Năng lượng này bắt đầu tích lũy ở giai đoạn sinh trưởng của thực vật, chúng tiêu thụ ánh sáng mặt trời và nhiệt, do các quá trình sinh học phức tạp, biến thành hóa thạch carbon. Năng lượng của nước, sự tuần hoàn của nó cũng được hỗ trợ bởi Mặt trời.
Mật độ năng lượng mặt trời ở giới hạn trên của khí quyển là 1350 W / m2, nó được gọi là «hằng số mặt trời». Khi các tia mặt trời xuyên qua bầu khí quyển của Trái đất, một số bức xạ bị tán xạ.Nhưng ngay cả trên bề mặt Trái đất, mật độ của nó vẫn đủ để sử dụng, ngay cả trong thời tiết nhiều mây.
Lịch sử phát triển
Hiệu ứng quang điện (tức là sự xuất hiện của dòng điện đứng yên trong một vật liệu đồng nhất với sự kích thích quang học đồng nhất của nó) được phát hiện vào năm 1839 bởi nhà vật lý người Pháp Alexandre-Edmond Becquerel. Một lát sau, người Anh Willoughby Smith và người Đức Heinrich-Rudolph Hertz đã độc lập phát hiện ra tính quang dẫn của selen và tính quang dẫn của tia cực tím.
Năm 1888, "thiết bị thu hồi bức xạ mặt trời" đầu tiên được cấp bằng sáng chế ở Mỹ. Những thành tựu đầu tiên của các nhà khoa học Nga trong lĩnh vực quang dẫn có từ năm 1938. Sau đó, trong phòng thí nghiệm của viện sĩ Abram Joffe, lần đầu tiên một nguyên tố chuyển đổi năng lượng mặt trời được tạo ra, được lên kế hoạch sử dụng trong năng lượng mặt trời.
Sự phát triển của năng lượng mặt trời trên mặt đất có trước rất nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học (bao gồm cả các nhà vật lý của Trường Khoa học Leningrad-Petersburg, Boris Kolomiets và Yuri Maslakovts) trong lĩnh vực pin mặt trời cho mục đích không gian. Họ đã tạo ra các tế bào quang điện từ lưu huỳnh thallium tại Viện Vật lý và Công nghệ Leningrad, hiệu suất của nó là 1% - một kỷ lục thực sự vào thời điểm đó.
Abram Joffe cũng trở thành tác giả của giải pháp cài đặt phổ biến hiện nay tế bào quang điện trên các mái nhà (mặc dù ban đầu ý tưởng này không được phổ biến rộng rãi chỉ vì lý do không ai gặp phải tình trạng thiếu nhiên liệu hóa thạch vào thời điểm đó). Ngày nay, các nước như Đức, Mỹ, Nhật Bản, Israel đang tăng cường lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái các tòa nhà, từ đó tạo ra những “ngôi nhà tiết kiệm năng lượng”.
Năng lượng mặt trời bắt đầu thu hút nhiều sự quan tâm hơn trong nửa sau của thế kỷ 20.Nhờ những phát triển thực tế trong lĩnh vực này, các nhà máy nhiệt điện đã được tạo ra, trong đó chất làm mát được làm nóng bằng bức xạ mặt trời trực tiếp và một máy phát điện tua-bin truyền hơi nước được tạo ra trong lò hơi.
Với sự tích lũy kiến thức và tiến bộ từ lý thuyết đến thực hành, câu hỏi về lợi nhuận của việc sản xuất năng lượng mặt trời được đặt ra. Ban đầu, các nhiệm vụ của năng lượng mặt trời không vượt ra ngoài việc cung cấp cho các đối tượng địa phương, chẳng hạn như khó tiếp cận hoặc ở xa hệ thống điện trung tâm. Ngay từ năm 1975, tổng công suất của tất cả các hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời trên hành tinh chỉ là 300 kW và giá của một kilowatt điện cực đại lên tới 20 nghìn đô la.
Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện mặt trời:
Làm thế nào năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng
Các loại tấm pin mặt trời phổ biến
Nhưng tất nhiên, việc đưa năng lượng mặt trời lên khỏi mặt đất—thậm chí không tính đến thành phần kinh tế—đòi hỏi hiệu quả cao hơn đáng kể. Và họ đã phần nào đạt được điều đó. Hiệu suất của các máy phát điện bán dẫn silicon hiện đại đã là 15-24% (xem — Hiệu quả của pin mặt trời và mô-đun), đó là lý do tại sao (cũng như việc chúng giảm giá) ngày nay nhu cầu không đổi.
Việc sản xuất các tấm pin mặt trời đã được làm chủ bởi các công ty lớn trên toàn cầu như Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell và các công ty khác. Chi phí cho một watt năng lượng điện được lắp đặt của pin mặt trời bán dẫn đã giảm xuống còn 2 đô la.
Ngay cả ở thời Xô Viết, người ta ước tính rằng 4 nghìn km2 mô-đun năng lượng mặt trời có thể đáp ứng nhu cầu điện hàng năm của toàn thế giới. Và hiệu suất của pin tại thời điểm đó không vượt quá 6%.
Trong thế kỷ trước, các nhà máy điện mặt trời 10 megawatt (SPP) đã được thành lập ở Hoa Kỳ, Pháp, Tây Ban Nha, Ý và các quốc gia "năng lượng mặt trời" khác. Ở Liên Xô, nhà máy năng lượng mặt trời thử nghiệm đầu tiên có công suất 5 MW được xây dựng trên Bán đảo Kerch, nơi có số ngày nắng mỗi năm thuộc hàng cao nhất trong khu vực.
Một số trạm này vẫn đang hoạt động, nhiều trạm đã ngừng hoạt động, nhưng có thể nói rằng về nguyên tắc, chúng không thể cạnh tranh với các hệ thống quang điện mặt trời hiện đại.
Nhà máy điện mặt trời:
Các loại nhà máy điện mặt trời
bộ tập trung năng lượng mặt trời
các chuyên gia
Điểm mạnh của năng lượng mặt trời là hiển nhiên đối với tất cả mọi người và không cần giải thích chi tiết.
Đầu tiên, tài nguyên của Mặt trời sẽ tồn tại trong một thời gian dài—tuổi thọ của một ngôi sao được các nhà khoa học ước tính là khoảng 5 tỷ năm.
Thứ hai, việc sử dụng năng lượng mặt trời không đe dọa phát thải khí nhà kính, sự nóng lên toàn cầu và ô nhiễm môi trường nói chung, tức là. không ảnh hưởng đến cân bằng sinh thái của hành tinh.
Một nhà máy quang điện có công suất 1 MW mỗi năm sản xuất khoảng 2 triệu kW, ngăn ngừa lượng khí thải carbon dioxide so với nhà máy điện đốt trong các khối lượng sau: trên khí khoảng 11 nghìn tấn, trên các sản phẩm dầu 1,1-1,5 nghìn tấn, trên than 1,7-2,3 nghìn tấn...
Nhược điểm
Các nút thắt cổ chai của năng lượng mặt trời bao gồm, thứ nhất, hiệu quả vẫn chưa đủ cao và thứ hai, chi phí cho mỗi kilowatt giờ chưa đủ thấp—điều này đặt ra câu hỏi về việc sử dụng rộng rãi bất kỳ nguồn năng lượng tái tạo nào.
Thêm vào đó là thực tế là một lượng khá lớn bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất bị tán xạ không kiểm soát được.
Sự an toàn của môi trường cũng là một vấn đề nghiêm trọng - xét cho cùng, vẫn chưa rõ phải làm gì với việc xử lý các bộ phận đã qua sử dụng.
Cuối cùng, mức độ nghiên cứu về năng lượng mặt trời - bất kể họ nói gì - vẫn còn lâu mới hoàn hảo.
Liên kết yếu nhất trong năng lượng mặt trời là hiệu suất thấp của pin; giải pháp cho vấn đề này chỉ là vấn đề thời gian.
Cách sử dụng
Vâng, lấy năng lượng từ Mặt trời không phải là dự án rẻ nhất. Nhưng trước tiên, trong ba mươi năm qua, một watt được tạo ra bằng cách sử dụng tế bào quang điện đã trở nên rẻ hơn gấp mười lần. Và thứ hai, mong muốn của các nước châu Âu giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống đóng vai trò là năng lượng mặt trời. Ngoài ra, đừng quên Nghị định thư Kyoto. Bây giờ chúng ta có thể nói rằng năng lượng mặt trời đang phát triển với tốc độ ổn định cả từ quan điểm khoa học và từ quan điểm thương mại.
Ngày nay, năng lượng mặt trời được sử dụng tích cực nhất cho ba mục đích:
-
sưởi ấm và nước nóng và điều hòa không khí;
-
chuyển đổi thành năng lượng điện sử dụng bộ chuyển đổi quang điện mặt trời;
-
phát điện quy mô lớn dựa trên chu trình nhiệt.
Năng lượng mặt trời không nhất thiết phải chuyển đổi thành điện năng, nhưng hoàn toàn có thể sử dụng nó dưới dạng nhiệt. Ví dụ, để sưởi ấm và cung cấp nước nóng cho các cơ sở dân dụng và công nghiệp.
Cơ sở của nguyên tắc hoạt động của thiết kế hệ thống sưởi năng lượng mặt trời là làm nóng chất chống đông.Sau đó, nhiệt được chuyển đến các bể chứa, thường được đặt ở tầng hầm và được tiêu thụ từ đó.
Một trong những ngành tiêu thụ năng lượng quang điện tiềm năng lớn nhất là ngành nông nghiệp, ngành có thể tiêu thụ độc lập hàng trăm megawatt năng lượng mặt trời cực đại mỗi năm. Điều này có thể được bổ sung hỗ trợ điều hướng, năng lượng cho hệ thống viễn thông, hệ thống cho khu nghỉ dưỡng và kinh doanh y tế và du lịch, cũng như biệt thự, đèn đường năng lượng mặt trời, v.v.
Ngày nay, khả năng hoàn toàn tuyệt vời, theo quan điểm của giáo dân, các cách sử dụng năng lượng mặt trời đang được xem xét nghiêm túc. Ví dụ, các dự án quay quanh các trạm năng lượng mặt trời hoặc thậm chí tuyệt vời hơn là các nhà máy năng lượng mặt trời trên mặt trăng.
Và thực sự có những dự án như vậy. Trong không gian, nồng độ năng lượng mặt trời cao hơn nhiều so với hành tinh xanh của chúng ta. Có thể truyền năng lượng đến Trái đất bằng cách sử dụng ánh sáng định hướng (laser) hoặc bức xạ siêu cao tần (vi sóng).
Tiếp tục chủ đề: Phát triển năng lượng mặt trời trên thế giới