Heute ist das Problem des Energieverbrauchs ziemlich akut - die Ressourcen des Planeten sind nicht unendlich und während seiner Existenz hat die Menschheit das, was von der Natur gegeben wurde, ziemlich zerstört. Derzeit werden aktiv Kohle und Öl abgebaut, deren Reserven von Tag zu Tag geringer werden. Die Kraft des Denkens ermöglichte es der Menschheit, einen unglaublichen Schritt in die Zukunft zu machen und Atomenergie zu nutzen, was eine große Gefahr für die gesamte Umwelt mit sich brachte.
Das Umweltproblem ist nicht weniger akut - die aktive Gewinnung von Ressourcen und ihre weitere Nutzung wirken sich nachteilig auf den Zustand des Planeten aus und verändern nicht nur die Beschaffenheit der Böden, sondern auch die klimatischen Bedingungen.
Aus diesem Grund wurde immer besonderes Augenmerk auf natürliche Energiequellen wie beispielsweise Wasser oder Wind gelegt. Schließlich ist die Menschheit nach so vielen Jahren aktiver Forschung und Entwicklung "gewachsen", um die Energie der Sonne auf der Erde zu nutzen. Es geht um ihn, dass wir weiter gehen werden.
Was ist daran so attraktiv?
Bevor wir zu konkreten Beispielen übergehen, werden wir herausfinden, warum diese Art der Energieerzeugung von Forschern auf der ganzen Welt so interessiert ist. Sein Hauptvorteil kann als Unerschöpflichkeit bezeichnet werden. Trotz zahlreicher Hypothesen ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Stern wie die Sonne bald ausgeht, äußerst gering. Dies bedeutet, dass die Menschheit die Möglichkeit hat, auf ganz natürliche Weise reine Energie zu erhalten.
Der zweite zweifelsfreie Vorteil der Nutzung der Energie der Sonne auf der Erde ist die Umweltfreundlichkeit dieser Option. Die Umweltbelastung unter solchen Bedingungen wird Null sein, was wiederum der ganzen Welt eine viel bessere Zukunft bietet als die, die sich durch die ständige Gewinnung begrenzter unterirdischer Ressourcen eröffnet.
Schließlich ist besonders darauf zu achten, dass die Nutzung der Sonnenenergie die geringste Gefahr für den Menschen selbst darstellt.
Wie wirklich
Kommen wir jetzt zum Punkt. Der etwas poetische Name „Sonnenenergie“ verbirgt tatsächlich die Umwandlung von Strahlung in Elektrizität unter Verwendung speziell entwickelter Technologien. Dieser Prozess wird von Photovoltaikzellen bereitgestellt, die die Menschheit äußerst aktiv und recht erfolgreich für ihre eigenen Zwecke nutzt.
Sonnenstrahlung
Historisch gesehen ist es so, dass das Substantiv „Strahlung“ bei einem Menschen eher negative als positive Assoziationen im Zusammenhang mit den technologischen Katastrophen verursacht, die die Welt in ihrem Leben überlebt hat. Die Technologie, die Energie der Sonne auf der Erde zu nutzen, ermöglicht es jedoch, damit zu arbeiten.
Tatsächlich ist diese Art von Strahlung elektromagnetische Strahlung, deren Bereich im Bereich von 2, 8 bis 3, 0 Mikrometer liegt.
Das von der Menschheit so erfolgreich genutzte Sonnenspektrum besteht tatsächlich aus drei Arten von Wellen: Ultraviolett (ungefähr 2%), ungefähr 49% sind Lichtwellen und schließlich wird die gleiche Menge durch Infrarotstrahlung verursacht. Solarenergie hat eine kleine Anzahl anderer Komponenten, aber ihre Rolle ist so unbedeutend, dass sie keinen besonderen Einfluss auf das Leben der Erde haben.
Die Menge an Sonnenenergie, die auf die Erde fällt
Nachdem die Zusammensetzung des zum Nutzen der Menschheit verwendeten Spektrums bestimmt wurde, sollte ein weiteres wichtiges Merkmal dieser Ressource beachtet werden. Die Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde scheint auch deshalb sehr vielversprechend zu sein, weil sie in relativ großer Menge mit nahezu minimalen Verarbeitungskosten verfügbar ist. Die gesamte Energiemenge, die von einem Stern abgestrahlt wird, ist extrem groß, erreicht jedoch etwa 47% der Erdoberfläche, was siebenhundert Billiarden Kilowattstunden entspricht. Zum Vergleich stellen wir fest, dass nur eine Kilowattstunde einen zehnjährigen Betrieb einer Glühbirne mit einer Leistung von einhundert Watt ermöglichen kann.
Die Strahlungsleistung der Sonne und der Energieverbrauch auf der Erde hängen natürlich von einer Reihe von Faktoren ab: klimatischen Bedingungen, Einfallswinkel der Strahlen auf die Oberfläche, Jahreszeit und geografischer Standort.
Wann und wie viel
Es ist leicht zu erraten, dass sich die tägliche Menge an Sonnenenergie, die auf die Erdoberfläche fällt, ständig ändert, da sie direkt von der Position des Planeten in Bezug auf die Sonne und der Bewegung der Leuchte selbst abhängt. Es ist seit langem bekannt, dass mittags die Strahlung maximal ist, während morgens und abends die Anzahl der Strahlen, die die Oberfläche erreichen, viel geringer ist.
Man kann mit Sicherheit sagen, dass die Nutzung von Sonnenenergie in Regionen nahe dem Äquatorband am produktivsten ist, da dort der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Indikator minimal ist, was auf die maximale Strahlungsmenge hinweist, die die Oberfläche des Planeten erreicht. In afrikanischen Wüstengebieten beispielsweise erreicht die jährliche Strahlungsmenge durchschnittlich 2.200 Kilowattstunden, während in Kanada oder beispielsweise Mitteleuropa die Indikatoren 1.000 Kilowattstunden nicht überschreiten.
Solarenergie in der Geschichte
Wenn Sie so weit wie möglich denken, begannen die Versuche, die große Leuchte, die unseren Planeten erwärmt, zu „zähmen“, in der Antike in heidnischen Zeiten, als jedes Element von einer eigenen Gottheit verkörpert wurde. Natürlich konnte dann die Nutzung der Sonnenenergie nicht einmal diskutiert werden - Magie herrschte in der Welt.
Das Thema der Nutzung der Energie der Sonne auf der Erde wurde erst Ende des XIV. - Anfang des 20. Jahrhunderts - aktiv angesprochen. Einen echten Durchbruch in der Wissenschaft gelang 1839 Alexander Edmond Beckerel, der es schaffte, der Pionier des Photovoltaikeffekts zu werden. Das Studium dieses Themas wurde erheblich erweitert, und nach 44 Jahren konnte Charles Fritts das erste Modul in der Geschichte auf der Basis von vergoldetem Selen konstruieren. Eine solche Nutzung der Energie der Sonne auf der Erde ergab eine geringe Menge an freigesetztem Strom - die Gesamtmenge der Erzeugung betrug dann nicht mehr als 1%. Für die ganze Menschheit war dies jedoch ein echter Durchbruch, der neue Horizonte der Wissenschaft eröffnete, von denen wir noch nie geträumt hatten.
Einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der Solarenergie leistete Albert Einstein zu gegebener Zeit. In der modernen Welt wird der Name des Wissenschaftlers häufiger mit seiner berühmten Relativitätstheorie in Verbindung gebracht. Tatsächlich wurde ihm jedoch der Nobelpreis gerade für die Untersuchung des externen photoelektrischen Effekts verliehen.
Bis heute erlebt die Technologie, die Energie der Sonne auf der Erde zu nutzen, entweder schnelle Aufstiege oder nicht weniger schnelle Abfälle, aber dieser Wissenszweig wird ständig mit neuen Fakten aktualisiert, und wir können hoffen, dass wir in absehbarer Zukunft die Tür zu einer völlig neuen Welt öffnen werden.
Die Natur ist gegen uns
Wir haben bereits über die Vorteile der Nutzung der Energie der Sonne auf der Erde gesprochen. Achten wir nun auf die Nachteile dieser Methode, die leider nicht geringer sind.
Aufgrund der direkten Abhängigkeit von der geografischen Lage, den klimatischen Bedingungen und der Bewegung der Sonne erfordert die Erzeugung von Sonnenenergie in ausreichenden Mengen enorme territoriale Kosten. Das Fazit ist, dass je größer der Bereich des Verbrauchs und der Verarbeitung von Sonnenstrahlung ist, desto mehr saubere Energie erhalten wir am Ausgang. Die Platzierung derart großer Systeme erfordert viel freien Speicherplatz, was gewisse Schwierigkeiten verursacht.
Ein weiteres Problem bei der Nutzung der Energie der Sonne auf der Erde ist die direkte Abhängigkeit von der Tageszeit, da die Nachtproduktion Null und morgens und abends extrem gering sein wird.
Das Wetter selbst ist ein zusätzlicher Risikofaktor - plötzliche Änderungen der Bedingungen können sich äußerst negativ auf den Betrieb dieser Art von System auswirken, da dies zu Schwierigkeiten beim Debuggen der erforderlichen Leistung führt. In gewissem Sinne können Situationen mit einer starken Änderung der Absorptions- und Produktionsmenge gefährlich sein.
Sauber aber teuer
Die Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde ist derzeit aufgrund der hohen Kosten schwierig. Fotozellen, die für die Implementierung der grundlegenden Prozesse erforderlich sind, verursachen relativ hohe Kosten. Natürlich machen sich die positiven Aspekte der Nutzung dieser Art von Ressourcen bezahlt, aber aus wirtschaftlicher Sicht ist es derzeit nicht erforderlich, über die vollständige Rückzahlung der Geldkosten zu sprechen.
Wie der Trend zeigt, sinkt der Preis für Solarzellen jedoch allmählich, so dass dieses Problem im Laufe der Zeit vollständig gelöst werden kann.
Die Unannehmlichkeit des Prozesses
Die Nutzung der Sonne als Energiequelle ist ebenfalls schwierig, da diese Methode zur Verarbeitung von Ressourcen ziemlich mühsam und unpraktisch ist. Der Verbrauch und die Verarbeitung von Strahlung hängen direkt von der Sauberkeit der Platten ab, deren Bereitstellung recht problematisch ist. Darüber hinaus wirkt sich die Erwärmung von Elementen, die nur durch den Einsatz leistungsfähiger Kühlsysteme verhindert werden kann, äußerst negativ auf den Prozess aus, was zusätzliche Materialkosten erfordert und erheblich ist.
Darüber hinaus werden die in Solarkollektoren verwendeten Platten nach 30 Jahren aktiver Arbeit allmählich wertlos, und die Kosten für Solarzellen wurden bereits früher erörtert.
Umweltproblem
Früher wurde gesagt, dass die Verwendung dieser Art von Ressource die Menschheit in Zukunft vor ernsthaften Umweltproblemen bewahren kann. Die Ressourcenquelle und das Endprodukt sind wirklich umweltfreundlich.
Bei der Nutzung von Sonnenenergie besteht das Prinzip von Solarkollektoren jedoch darin, spezielle Platten mit Fotozellen zu verwenden, deren Herstellung eine Menge giftiger Substanzen erfordert: Blei, Arsen oder Kalium. Ihre Verwendung schadet der Umwelt nicht. Angesichts der begrenzten Lebensdauer kann die Entsorgung von Platten im Laufe der Zeit ein ernstes Problem sein.
Um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu begrenzen, stellen die Hersteller schrittweise auf Dünnschichtwafer um, die geringere Kosten und weniger schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben.
Methoden zur Umwandlung von Strahlung in Energie
Filme und Bücher über die Zukunft der Menschheit geben uns fast immer das gleiche Bild dieses Prozesses, das sich tatsächlich erheblich von der Realität unterscheiden kann. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zum Konvertieren.
Am gebräuchlichsten ist die zuvor beschriebene Verwendung von Fotozellen.
Als Alternative nutzt die Menschheit aktiv heliothermische Energie, basierend auf der Erwärmung spezieller Oberflächen, wodurch Wasser in die richtige Richtung der erhaltenen Temperatur erwärmt werden kann. Wenn Sie diesen Vorgang so weit wie möglich vereinfachen, können Sie ihn mit den Tanks vergleichen, die für die Sommerdusche in Privathaushalten verwendet werden.
Eine andere Möglichkeit, mit Strahlung Energie zu erzeugen, ist das "Sonnensegel", das nur im luftlosen Raum wirken kann. Diese Art von System wandelt Strahlung in kinetische Energie um.
Das Problem der mangelnden nächtlichen Produktion wird teilweise durch Solar-Aerostat-Kraftwerke gelöst, deren Arbeit aufgrund der Ansammlung freigesetzter Energie und der Dauer des Kühlprozesses fortgesetzt wird.
Wir und Sonnenenergie
Die Energieressourcen von Sonne und Wind auf der Erde werden sehr aktiv genutzt, obwohl wir es oft nicht bemerken. Bereits zuvor wurde die beliebte Erwärmung von Wasser in einer Sommerdusche erwähnt. Tatsächlich wird Sonnenenergie meistens genau für diese Zwecke genutzt. Dennoch gibt es viele andere Beispiele: In fast jedem Geschäft für Beleuchtungsgeräte gibt es Speicherbirnen, die dank der tagsüber angesammelten Energie auch nachts ohne elektrischen Strom arbeiten können.
Auf Fotozellen basierende Anlagen werden in Pumpstationen und Lüftungssystemen aller Art aktiv eingesetzt.
