L'uso dell'energia solare sulla Terra. Prospettive per l'uso dell'energia solare sulla Terra

2024 Autore: Henry Conors | [email protected]. Ultima modifica: 2024-02-12 09:10

Oggi, il problema del consumo di energia è piuttosto acuto: le risorse del pianeta non sono infinite e durante la sua esistenza l'umanità ha praticamente devastato ciò che è stato dato dalla natura. Al momento, il carbone e il petrolio vengono attivamente estratti, le cui riserve si stanno riducendo ogni giorno. Il potere del pensiero ha permesso all'umanità di fare un passo incredibile nel futuro e utilizzare l'energia atomica, portando con sé un enorme pericolo per l'intero ambiente.

Il problema ambientale non è meno acuto: l'estrazione attiva delle risorse e il loro ulteriore utilizzo influiscono negativamente sullo stato del pianeta, modificando non solo la natura dei suoli, ma anche le condizioni climatiche.

Ecco perché è sempre stata prestata particolare attenzione alle fonti naturali di energia, come l'acqua o il vento. Finalmente, dopo tanti anni di attiva ricerca e sviluppo, l'umanità è “cresciuta” all'uso dell'energia solare sulla Terra. È su di lui che discuteremo ulteriormente.

Cosa c'è di così attraente in questo

Prima di passare a esempi specifici, scopriamo perché i ricercatori di tutto il mondo sono così interessati a questo tipo di produzione di energia. Il suo principale vantaggio può essere chiamato inesauribilità. Nonostante le numerose ipotesi, la probabilità che una stella come il Sole si spenga nel prossimo futuro è estremamente ridotta. Ciò significa che l'umanità ha l'opportunità di ricevere energia pulita in modo del tutto naturale.

Il secondo indubbio vantaggio dell'utilizzo dell'energia solare sulla Terra è la compatibilità ambientale di questa opzione. L'impatto sull'ambiente in tali condizioni sarà zero, il che a sua volta offre al mondo intero un futuro molto più luminoso di quello che si apre con l'estrazione costante di risorse sotterranee limitate.

Infine, si dovrebbe prestare particolare attenzione al fatto che l'uso dell'energia solare rappresenta il minor pericolo per l'uomo.

Davvero

Ora veniamo al punto. Il nome alquanto poetico "energia solare" nasconde in re altà la conversione della radiazione in elettricità utilizzando tecnologie appositamente sviluppate. Questo processo è fornito da celle fotovoltaiche, che l'umanità sta utilizzando in modo estremamente attivo per i propri scopi, e con successo.

Radiazione solare

Storicamente è successo che il sostantivo "radiazione" evoca più associazioni negative che positive in relazione a quei disastri causati dall'uomo a cui il mondo è riuscito a sopravvivere nel corso della sua vita. Tuttavia, la tecnologia di utilizzo dell'energia del Sole sulla Terra prevede di lavorare con essa.

Fondamentalmente,questo tipo di radiazione è una radiazione elettromagnetica, la cui gamma è compresa tra 2,8 e 3,0 micron.

Lo spettro solare utilizzato con tanto successo dall'umanità consiste in re altà di tre tipi di onde: ultraviolette (circa il 2%), circa il 49% sono onde luminose e, infine, la stessa quantità è nella radiazione infrarossa. L'energia solare ha un piccolo numero di altri componenti, ma il loro ruolo è così insignificante che non hanno un impatto speciale sulla vita della Terra.

La quantità di energia solare che colpisce la Terra

Ora che è stata determinata la composizione dello spettro utilizzato a beneficio dell'umanità, va notata un' altra caratteristica importante di questa risorsa. L'uso dell'energia solare sulla Terra sembra molto promettente anche perché è disponibile in quantità abbastanza grandi a costi di elaborazione quasi minimi. La quantità totale di energia emessa da una stella è estremamente elevata, ma circa il 47% raggiunge la superficie terrestre, che è pari a settecento quadrilioni di kilowattora. Per fare un confronto, notiamo che solo un kilowattora può fornire un funzionamento per dieci anni di una lampadina con una potenza di cento watt.

La potenza della radiazione solare e l'utilizzo dell'energia sulla Terra, ovviamente, dipendono da una serie di fattori: le condizioni climatiche, l'angolo di incidenza dei raggi sulla superficie, la stagione e la posizione geografica.

Quando e quanto

È facile intuire che la quantità giornaliera di energia solare che cade sulla superficieLa Terra è in continua evoluzione, poiché dipende direttamente dalla posizione del pianeta rispetto al Sole e dal movimento del luminare stesso. È noto da tempo che a mezzogiorno l'irraggiamento è massimo, mentre al mattino e alla sera il numero di raggi che raggiungono la superficie è molto inferiore.

Possiamo affermare con sicurezza che l'uso dell'energia solare sarà più produttivo nelle regioni il più vicino possibile alla fascia equatoriale, poiché è lì che la differenza tra l'indicatore più alto e quello più basso è minima, il che indica il quantità massima di radiazione che raggiunge la superficie del pianeta. Ad esempio, nelle aree desertiche dell'Africa, la quantità annua di radiazioni raggiunge una media di 2200 kilowattora, mentre in Canada o, ad esempio, nell'Europa centrale, le cifre non superano i 1000 kilowattora.

L'energia solare nella storia

Se si pensa nel modo più ampio possibile, i tentativi di "domare" il grande luminare che riscalda il nostro pianeta sono iniziati nei tempi antichi durante il paganesimo, quando ogni elemento era incarnato da una divinità separata. Tuttavia, ovviamente, l'uso dell'energia solare era fuori questione: la magia regnava nel mondo.

Il tema dell'uso dell'energia del Sole sulla Terra iniziò ad essere attivamente sollevato solo alla fine del 14° - inizio 20° secolo. Una vera svolta nella scienza fu fatta nel 1839 da Alexander Edmond Becquerel, che riuscì a diventare lo scopritore dell'effetto fotovoltaico. Lo studio di questo argomento è aumentato in modo significativo e, dopo 44 anni, Charles Fritts è stato in grado di progettare il primo in assolutomodulo a base di selenio placcato oro. Questo uso dell'energia del Sole sulla Terra ha fornito una piccola quantità di elettricità rilasciata: la quantità totale di produzione non ammontava quindi a più dell'1%. Tuttavia, per tutta l'umanità, questa è stata una vera svolta, aprendo nuovi orizzonti della scienza, che non erano stati nemmeno sognati prima.

Lo stesso Albert Einstein ha dato un contributo significativo allo sviluppo dell'energia solare. Nel mondo moderno il nome dello scienziato è più spesso associato alla sua famosa teoria della relatività, ma in re altà è stato insignito del Premio Nobel proprio per lo studio dell'effetto fotoelettrico esterno.

Fino ad oggi, la tecnologia di utilizzo dell'energia solare sulla Terra sta subendo rapidi rialzi o cadute non meno rapide, tuttavia, questo ramo della conoscenza è costantemente aggiornato con nuovi fatti e possiamo sperare che nel prossimo futuro, la porta per un mondo completamente nuovo si aprirà davanti a noi. pace.

La natura è contro di noi

Abbiamo già parlato dei vantaggi dell'utilizzo dell'energia del Sole sulla Terra. Ora prestiamo attenzione agli svantaggi di questo metodo, che, purtroppo, non sono da meno.

A causa della diretta dipendenza dalla posizione geografica, dalle condizioni climatiche e dal movimento del Sole, la produzione di energia solare in quantità sufficiente richiede enormi costi territoriali. La conclusione è che maggiore è l'area di consumo e di elaborazione della radiazione solare, maggiore sarà la quantità di energia ecologica che riceveremo in uscita. Il posizionamento di talisistemi enormi richiedono molto spazio libero, il che causa alcune difficoltà.

Un altro problema relativo all'uso dell'energia solare sulla Terra è in relazione diretta con l'ora del giorno, poiché la generazione sarà zero di notte, ed estremamente insignificante al mattino e alla sera.

Un ulteriore fattore di rischio è il tempo stesso: bruschi cambiamenti delle condizioni possono avere un impatto estremamente negativo sul funzionamento di questo tipo di sistema, poiché causano difficoltà nel debug della potenza richiesta. In un certo senso, le situazioni con un brusco cambiamento nella quantità di consumo e produzione possono essere pericolose.

Pulito ma costoso

L'uso dell'energia solare sulla Terra è difficile al momento a causa del suo alto costo. Le fotocellule necessarie alla realizzazione dei principali processi hanno un costo piuttosto elevato. Certo, gli aspetti positivi dell'utilizzo di questo tipo di risorsa ne fanno ripagare, ma da un punto di vista economico al momento non c'è bisogno di parlare di rimborso integrale dei costi in contanti.

Tuttavia, come mostra la tendenza, il prezzo delle celle solari sta gradualmente diminuendo, quindi col tempo questo problema può essere completamente risolto.

Inconveniente del processo

Anche l'uso del Sole come fonte di energia è difficile perché questo metodo di elaborazione delle risorse è piuttosto laborioso e scomodo. Il consumo e l'elaborazione delle radiazioni dipendono direttamente dalla pulizia delle lastre, che è piuttosto problematica da garantire. Inoltre, estremamenteAnche il riscaldamento degli elementi influisce negativamente sul processo, che può essere evitato solo utilizzando i sistemi di raffreddamento più potenti, che richiedono costi di materiale aggiuntivi e considerevoli.

Inoltre, le piastre utilizzate nei collettori solari, dopo 30 anni di lavoro attivo, diventano gradualmente inutilizzabili e il costo delle celle solari è stato menzionato in precedenza.

Problema ambientale

In precedenza si diceva che l'uso di questo tipo di risorsa può salvare l'umanità da problemi piuttosto seri con l'ambiente in futuro. La fonte delle risorse e il prodotto finale sono davvero il più ecologici possibile.

Tuttavia, l'uso dell'energia solare, il principio di funzionamento dei collettori solari consiste nell'utilizzare piastre speciali con fotocellule, la cui fabbricazione richiede molte sostanze tossiche: piombo, arsenico o potassio. Il loro utilizzo non comporta alcun danno per l'ambiente, tuttavia, data la loro limitata durata, nel tempo lo sm altimento delle piastre può diventare un serio problema.

Per limitare l'impatto negativo sull'ambiente, i produttori stanno gradualmente passando ai wafer a film sottile, che hanno un costo inferiore e un effetto meno dannoso per l'ambiente.

Metodi per convertire la radiazione in energia

Film e libri sul futuro dell'umanità ci danno quasi sempre la stessa immagine di questo processo, che, in effetti,può differire notevolmente dalla re altà. Ci sono diversi modi per convertire.

Il più comune è l'utilizzo delle fotocellule precedentemente descritto.

In alternativa, l'umanità sta utilizzando attivamente l'energia solare termica, basata sul riscaldamento di speciali superfici, che consente di riscaldare l'acqua con la giusta direzione della temperatura ottenuta. Se semplifichi il più possibile questo processo, può essere paragonato ai serbatoi utilizzati per le docce estive nelle case private.

Un altro modo per utilizzare le radiazioni per generare energia è la "vela solare", che può funzionare solo nel vuoto. Questo tipo di sistema converte la radiazione in energia cinetica.

Il problema della mancata generazione notturna è parzialmente risolto dalle centrali solari a mongolfiera, il cui funzionamento continua a causa dell'accumulo di energia rilasciata e della durata del processo di raffreddamento.

Noi e l'energia solare

Le risorse di energia solare ed eolica sulla Terra vengono utilizzate abbastanza attivamente, anche se spesso non ce ne accorgiamo. In precedenza, è già stato menzionato il tipico riscaldamento dell'acqua in una doccia esterna. In effetti, il più delle volte l'energia solare viene utilizzata per questi scopi. Tuttavia, ci sono molti altri esempi: in quasi tutti i negozi di illuminazione puoi trovare lampadine ad accumulo che possono funzionare senza elettricità anche di notte grazie all'energia accumulata durante il giorno.

Gli impianti basati su fotocellule sono utilizzati attivamente in tutti i tipi di stazioni di pompaggio e sistemi di ventilazione.

Ieri, oggi, domani

Una delle risorse più importanti per l'umanità è l'energia solare e le prospettive per il suo utilizzo sono estremamente alte. Questo settore è attivamente finanziato, ampliato e migliorato. Ora l'energia solare è più sviluppata negli Stati Uniti, dove alcune regioni la usano come una vera e propria fonte di energia alternativa. Inoltre, nel deserto del Mojave operano centrali elettriche di questo tipo. Altri paesi hanno puntato a lungo verso questo tipo di generazione di elettricità, che potrebbe presto risolvere il problema dell'inquinamento ambientale.