Het gebruik van zonne-energie, zonne-energie - ontwikkelingsgeschiedenis, voor- en nadelen

De mode voor alternatieve energie wint aan kracht. Bovendien ligt de nadruk op hernieuwbare energiebronnen - getijden, wind, zon. Zonne-energie (of fotovoltaïsche energie) wordt beschouwd als een van de snelst groeiende industriële sectoren. Vaak zeer optimistische uitspraken zoals het feit dat alle energie van de komende tijd, maar liefst, gebaseerd zal zijn op zonne-energie.

Strikt genomen is de energie van een ster genaamd de zon aanwezig in een "geconserveerde" vorm in alle soorten fossiele brandstoffen - steenkool, olie, gas. Deze energie begint zich op te hopen in het groeistadium van planten, die zonlicht en warmte verbruiken, die door complexe biologische processen veranderen in koolstoffossielen. De energie van water, de circulatie ervan wordt ook ondersteund door de zon.

De dichtheid van zonne-energie aan de bovengrens van de atmosfeer is 1350 W / m2, dit wordt de "zonneconstante" genoemd. Wanneer de zonnestralen door de atmosfeer van de aarde gaan, wordt een deel van de straling verstrooid.Maar zelfs op het aardoppervlak is de dichtheid voldoende voor mogelijk gebruik, zelfs bij bewolkt weer.

De ontwikkelingsgeschiedenis

Het fotovoltaïsche effect (dwz het verschijnen van een stationaire stroom in een homogeen materiaal met zijn homogene foto-excitatie) werd in 1839 ontdekt door de Franse natuurkundige Alexandre-Edmond Becquerel. Even later ontdekten de Engelsman Willoughby Smith en de Duitser Heinrich-Rudolph Hertz onafhankelijk van elkaar de fotogeleiding van selenium en ultraviolette fotogeleiding.

In 1888 werd in Amerika het eerste "zonnestralingsherstelapparaat" gepatenteerd. De eerste prestaties van Russische wetenschappers op het gebied van fotogeleiding dateren uit 1938. Toen werd in het laboratorium van academicus Abram Joffe voor het eerst een zonne-energieconversie-element gemaakt, dat volgens de planning zou worden gebruikt in zonne-energie.

Aan de ontwikkeling van aardse zonne-energie ging veel werk vooraf door wetenschappers (waaronder de fysici Boris Kolomiets en Yuri Maslakovts van de Wetenschappelijke School van Leningrad-Petersburg) op het gebied van zonnebatterijen voor ruimtevaartdoeleinden. Ze creëerden in het Leningrad Institute of Physics and Technology fotocellen van thalliumzwavel, waarvan de efficiëntie gelijk was aan 1% - een echt record voor die tijd.

Abram Joffe werd ook de auteur van de nu populaire installatieoplossing fotocellen op daken (hoewel het idee aanvankelijk niet algemeen aansloeg, simpelweg omdat niemand op dat moment een tekort aan fossiele brandstoffen had). Tegenwoordig installeren landen als Duitsland, de VS, Japan en Israël steeds vaker zonnepanelen op de daken van gebouwen, waardoor "energiezuinige huizen" ontstaan.

Zonne-energie begon in de tweede helft van de 20e eeuw meer belangstelling te trekken.Dankzij praktische ontwikkelingen op dit gebied ontstonden warmtekrachtcentrales, waar het koelmiddel wordt verwarmd door directe zonnestraling en een turbo-elektrische generator de stoom aandrijft die in de ketel wordt gegenereerd.

Met de accumulatie van kennis en vooruitgang van theorie naar praktijk, rijst de kwestie van de winstgevendheid van zonne-opwekking. Aanvankelijk reikten de taken van zonne-energie niet verder dan de levering van lokale objecten, bijvoorbeeld moeilijk toegankelijk of ver verwijderd van het centrale elektriciteitsnet. Al in 1975 bedroeg het totale vermogen van alle zonne-installaties op de planeet slechts 300 kW, en de prijs van een piekvermogen in kilowatt bereikte 20 duizend dollar.

Het werkingsprincipe van zonne-energiecentrales:

Hoe zonne-energie wordt omgezet in elektriciteit

Veelvoorkomende soorten zonnepanelen

Maar om zonne-energie van de grond te krijgen - zelfs zonder rekening te houden met de economische component - was natuurlijk een aanzienlijk grotere efficiëntie vereist. En ze slaagden erin om het enigszins te bereiken. Het rendement van moderne siliciumhalfgeleidergeneratoren is al 15-24% (zie — Efficiëntie van zonnecellen en -modules), daarom is er (naast hun prijsdaling) tegenwoordig een constante vraag.

De productie van zonnepanelen wordt beheerst door grote internationale bedrijven zoals Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell en anderen. De kosten van één watt geïnstalleerd elektrisch vermogen van halfgeleiderzonnecellen daalden tot $ 2.

Zelfs in de Sovjettijd werd geschat dat 4.000 km2 aan zonnemodules in staat was om de jaarlijkse elektriciteitsbehoefte van de hele wereld te dekken. En de efficiëntie van de batterijen was op dat moment niet hoger dan 6%.

In de vorige eeuw werden 10 megawatt zonne-energiecentrales (SPP) opgericht in de VS, Frankrijk, Spanje, Italië en andere "zonne" landen. In de USSR werd de eerste experimentele zonne-installatie met een capaciteit van 5 MW gebouwd op het schiereiland Kerch, waar het aantal zonnige dagen per jaar een van de hoogste in de regio is.

Sommige van deze stations zijn nog steeds in bedrijf, vele zijn gestopt met functioneren, maar het is veilig om te zeggen dat ze in principe niet kunnen concurreren met moderne fotovoltaïsche systemen op zonne-energie.

Zonne-energiecentrales:

Soorten zonne-energiecentrales

Drijvende zonne-energiecentrales

Zonne-concentratoren

professionals

De sterke punten van zonne-energie zijn voor iedereen duidelijk en behoeven geen uitgebreide uitleg.

Ten eerste zullen de hulpbronnen van de zon lang meegaan - de levensduur van een ster wordt door wetenschappers geschat op ongeveer 5 miljard jaar.

Ten tweede vormt het gebruik van zonne-energie geen bedreiging voor de uitstoot van broeikasgassen, de opwarming van de aarde en algemene milieuverontreiniging, d.w.z. heeft geen invloed op het ecologische evenwicht van de planeet.

Een fotovoltaïsche installatie met een vermogen van 1 MW produceert jaarlijks ongeveer 2 miljoen kW.Dit voorkomt de uitstoot van kooldioxide in vergelijking met een verbrandingscentrale in de volgende volumes: op gas ongeveer 11 duizend ton, op olieproducten 1,1-1,5 duizend ton, op steenkool 1 ,7-2,3 duizend ton...

Nadelen

De knelpunten van zonne-energie omvatten ten eerste, nog steeds niet hoog genoeg rendement, en ten tweede, niet laag genoeg kosten per kilowattuur - iets dat vragen oproept over het wijdverbreide gebruik van elke hernieuwbare energiebron.

Daarbij komt nog dat een behoorlijke hoeveelheid zonnestraling op het aardoppervlak ongecontroleerd wordt verstrooid.

Ook de veiligheid van het milieu is strikt in het geding - het is immers nog steeds niet duidelijk wat te doen met de verwijdering van de gebruikte elementen.

Ten slotte is de mate van studie van zonne-energie - wat ze ook zeggen - nog verre van perfect.

De zwakste schakel in zonne-energie is het lage rendement van batterijen; de oplossing voor dit probleem is slechts een kwestie van tijd.

Gebruik

Ja, energie halen uit de zon is niet het goedkoopste project. Maar eerst: in de afgelopen dertig jaar is één watt opgewekt met fotocellen tien keer goedkoper geworden. En ten tweede speelt de wens van Europese landen om de afhankelijkheid van traditionele energiebronnen te verminderen de rol van zonne-energie. Vergeet ook het Kyoto-protocol niet. We kunnen nu zeggen dat zonne-energie zich in een gestaag tempo ontwikkelt, zowel vanuit wetenschappelijk oogpunt als vanuit commercieel oogpunt.

Tegenwoordig wordt zonne-energie het meest actief gebruikt voor drie doeleinden:

• verwarming en warm water en airconditioning;

• omzetting in elektrische energie met behulp van fotovoltaïsche omvormers op zonne-energie;

• grootschalige stroomopwekking op basis van de thermische cyclus.

Zonne-energie hoeft niet te worden omgezet in elektriciteit, maar het is goed mogelijk om het als warmte te gebruiken. Bijvoorbeeld voor verwarming en warm water van woningen en industriële voorzieningen.

De basis van het werkingsprincipe van het ontwerp van zonneverwarmingssystemen is de verwarming van antivries.De warmte wordt vervolgens overgebracht naar opslagtanks, meestal in de kelder, en van daaruit verbruikt.

Een van de grootste potentiële afnemers van fotovoltaïsche energie is de landbouwsector, die zelfstandig honderden megawatt piekzonne-energie per jaar kan verbruiken. Hieraan kunnen navigatieondersteuning, stroom voor telecommunicatiesystemen, systemen voor resorts en gezondheids- en toerismebedrijven, maar ook villa's, straatverlichting op zonne-energie en meer worden toegevoegd.

Tegenwoordig wordt serieus nagedacht over de mogelijkheid van absoluut fantastische, vanuit het oogpunt van de leek, manieren om zonne-energie te gebruiken. Bijvoorbeeld projecten voor een baan rond zonnestations of, nog fantastischer, zonne-energiecentrales op de maan.

En inderdaad, zulke projecten zijn er. In de ruimte is de concentratie van zonne-energie veel hoger in vergelijking met onze blauwe planeet. Overdracht van energie naar de aarde is mogelijk met behulp van gericht licht (laser) of ultrahoge frequentie (microgolf) straling.

Voortzetting van het onderwerp: Groei zonne-energie in de wereld