Die Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde. Perspektiven für die Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-12 05:38

Heute ist das Problem des Energieverbrauchs ziemlich akut - die Ressourcen des Planeten sind nicht endlos, und während seiner Existenz hat die Menschheit das, was die Natur gegeben hat, ziemlich verwüstet. Derzeit werden aktiv Kohle und Öl abgebaut, deren Reserven täglich kleiner werden. Die Macht der Gedanken hat es der Menschheit ermöglicht, einen unglaublichen Schritt in die Zukunft zu machen und die Atomenergie zu nutzen, was eine große Gefahr für die gesamte Umwelt mit sich bringt.

Das Umweltproblem ist nicht weniger akut - die aktive Gewinnung von Ressourcen und ihre weitere Nutzung wirkt sich nachteilig auf den Zustand des Planeten aus und verändert nicht nur die Beschaffenheit der Böden, sondern sogar die klimatischen Bedingungen.

Deshalb wird seit jeher den natürlichen Energiequellen wie Wasser oder Wind besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Endlich, nach so vielen Jahren aktiver Forschung und Entwicklung, ist die Menschheit mit der Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde „erwachsen geworden“. Über ihn werden wir weiter diskutieren.

Was ist daran so attraktiv

Bevor wir zu konkreten Beispielen übergehen, wollen wir herausfinden, warum Forscher auf der ganzen Welt so an dieser Art der Energiegewinnung interessiert sind. Sein Hauptvorteil kann als Unerschöpflichkeit bezeichnet werden. Trotz zahlreicher Hypothesen ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Stern wie die Sonne in naher Zukunft erlöschen wird, äußerst gering. Damit hat die Menschheit die Möglichkeit, auf ganz natürliche Weise saubere Energie zu erh alten.

Der zweite unbestrittene Vorteil der Nutzung von Sonnenenergie auf der Erde ist die Umweltfreundlichkeit dieser Option. Die Auswirkungen auf die Umwelt unter solchen Bedingungen sind Null, was wiederum der ganzen Welt eine viel bessere Zukunft bietet als die, die sich durch die ständige Gewinnung begrenzter unterirdischer Ressourcen eröffnet.

Schließlich sollte besonders darauf geachtet werden, dass die Nutzung der Sonnenenergie die geringste Gefahr für den Menschen darstellt.

Wirklich

Jetzt kommen wir zum Punkt. Hinter dem etwas poetischen Namen „Solarenergie“verbirgt sich eigentlich die Umwandlung von Strahlung in Strom durch eigens entwickelte Technologien. Dieser Prozess wird von Photovoltaikzellen bereitgestellt, die die Menschheit äußerst aktiv für ihre eigenen Zwecke nutzt, und zwar ziemlich erfolgreich.

Sonneneinstrahlung

Es geschah historisch, dass das Substantiv "Strahlung" mehr negative als positive Assoziationen im Zusammenhang mit den von Menschen verursachten Katastrophen hervorruft, die die Welt zu Lebzeiten überstanden hat. Dennoch bietet die Technologie der Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde die Möglichkeit, damit zu arbeiten.

Grundsätzlichdiese Art von Strahlung ist elektromagnetische Strahlung, deren Bereich zwischen 2,8 und 3,0 Mikron liegt.

Das von der Menschheit so erfolgreich genutzte Sonnenspektrum besteht eigentlich aus drei Arten von Wellen: Ultraviolett (etwa 2%), etwa 49% Lichtwellen und schließlich der gleiche Anteil an Infrarotstrahlung. Solarenergie hat eine kleine Anzahl anderer Komponenten, aber ihre Rolle ist so unbedeutend, dass sie keinen besonderen Einfluss auf das Leben auf der Erde haben.

Die Menge an Sonnenenergie, die auf die Erde trifft

Nun, da die Zusammensetzung des zum Wohle der Menschheit genutzten Spektrums bestimmt wurde, sollte ein weiteres wichtiges Merkmal dieser Ressource beachtet werden. Die Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde erscheint auch deshalb sehr vielversprechend, weil sie in ziemlich großen Mengen zu nahezu minimalen Verarbeitungskosten verfügbar ist. Die von einem Stern abgestrahlte Gesamtenergiemenge ist extrem hoch, aber etwa 47 % erreichen die Erdoberfläche, was siebenhundert Billiarden Kilowattstunden entspricht. Zum Vergleich stellen wir fest, dass nur eine Kilowattstunde den zehnjährigen Betrieb einer Glühbirne mit einer Leistung von hundert Watt gewährleisten kann.

Die Strahlungsstärke der Sonne und der Energieverbrauch auf der Erde hängen natürlich von vielen Faktoren ab: Klimabedingungen, Einfallswinkel der Strahlen auf die Erdoberfläche, Jahreszeit und geografische Lage.

Wann und wie viel

Es ist leicht zu erraten, dass die tägliche Menge an Sonnenenergie auf die Oberfläche fälltDie Erde verändert sich ständig, 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 die Strahlung am Mittag am höchsten ist, während morgens und abends die Anzahl der Strahlen, die die Oberfläche erreichen, viel geringer ist.

Wir können mit Zuversicht sagen, dass die Nutzung von Solarenergie in Regionen so nah wie möglich am Äquatorstreifen am produktivsten ist, da dort der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Indikator minimal ist, was darauf hinweist maximale Menge an Strahlung, die die Oberfläche des Planeten erreicht. Beispielsweise erreicht die jährliche Strahlungsmenge in den Wüstengebieten Afrikas durchschnittlich 2200 Kilowattstunden, während in Kanada oder beispielsweise Mitteleuropa die Werte 1000 Kilowattstunden nicht überschreiten.

Solarenergie in der Geschichte

Wenn Sie so weit wie möglich denken, begannen die Versuche, die große Leuchte zu „zähmen“, die unseren Planeten erwärmt, in der Antike während des Heidentums, als jedes Element von einer separaten Gottheit verkörpert wurde. Allerdings kam damals die Nutzung der Sonnenenergie natürlich nicht in Frage - Magie herrschte in der Welt.

Das Thema der Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde wurde erst Ende des 14. - Anfang des 20. Jahrhunderts aktiv aufgegriffen. Ein echter Durchbruch in der Wissenschaft gelang 1839 Alexander Edmond Becquerel, dem es gelang, zum Entdecker des photovoltaischen Effekts zu werden. Das Studium dieses Themas hat erheblich zugenommen, und nach 44 Jahren war Charles Fritts in der Lage, das allererste zu entwerfenModul auf Basis von vergoldetem Selen. Diese Nutzung der Energie der Sonne auf der Erde ergab eine kleine Menge freigesetzter Elektrizität - die Gesamtproduktionsmenge betrug dann nicht mehr als 1%. Dennoch war dies für die gesamte Menschheit ein echter Durchbruch, der der Wissenschaft neue Horizonte eröffnete, von denen zuvor nicht einmal zu träumen war.

Albert Einstein selbst hat maßgeblich zur Entwicklung der Solarenergie beigetragen. In der modernen Welt wird der Name des Wissenschaftlers häufiger mit seiner berühmten Relativitätstheorie in Verbindung gebracht, aber tatsächlich wurde ihm der Nobelpreis gerade für die Erforschung des externen photoelektrischen Effekts verliehen.

Bis heute erlebt die Technologie der Nutzung von Sonnenenergie auf der Erde entweder rasante Höhen oder nicht weniger schnelle Rückgänge, jedoch wird dieser Wissenszweig ständig mit neuen Fakten aktualisiert, und wir können dies in absehbarer Zeit hoffen, die Tür zu einer völlig neuen Welt wird sich vor uns öffnen. Frieden.

Die Natur ist gegen uns

Wir haben bereits über die Vorteile gesprochen, die Energie der Sonne auf der Erde zu nutzen. Lassen Sie uns nun auf die Nachteile dieser Methode achten, die leider nicht geringer sind.

Aufgrund der direkten Abhängigkeit von der geografischen Lage, den klimatischen Bedingungen und der Bewegung der Sonne erfordert die Produktion von Solarenergie in ausreichenden Mengen enorme territoriale Kosten. Unter dem Strich gilt: Je größer der Verbrauchs- und Verarbeitungsbereich der Sonnenstrahlung, desto mehr umweltfreundliche Energie erh alten wir am Ausgang. Die Platzierung solcherGroße Systeme benötigen viel freien Speicherplatz, was zu gewissen Schwierigkeiten führt.

Ein weiteres Problem bei der Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde steht in direktem Zusammenhang mit der Tageszeit, da die Erzeugung nachts Null ist und morgens und abends äußerst unbedeutend ist.

Ein zusätzlicher Risikofaktor ist das Wetter selbst - abrupte Änderungen der Bedingungen können sich äußerst negativ auf den Betrieb dieser Art von System auswirken, da sie Schwierigkeiten beim Debuggen der erforderlichen Leistung verursachen. In gewissem Sinne können Situationen mit einer starken Änderung der Verbrauchs- und Produktionsmenge gefährlich sein.

Sauber aber teuer

Die Nutzung der Sonnenenergie auf der Erde ist derzeit aufgrund ihrer hohen Kosten schwierig. Die für die Durchführung der Hauptprozesse erforderlichen Fotozellen sind ziemlich teuer. Natürlich lohnen sich die positiven Aspekte der Nutzung dieser Art von Ressourcen, aber aus wirtschaftlicher Sicht muss derzeit nicht über die vollständige Amortisation der Barkosten gesprochen werden.

Der Trend zeigt jedoch, dass der Preis für Solarzellen allmählich sinkt, sodass dieses Problem mit der Zeit vollständig gelöst werden kann.

Unannehmlichkeiten des Vorgangs

Die Nutzung der Sonne als Energiequelle ist auch deshalb schwierig, weil diese Art der Ressourcenverarbeitung recht mühsam und unbequem ist. Der Verbrauch und die Verarbeitung von Strahlung hängen direkt von der Sauberkeit der Platten ab, was ziemlich problematisch zu gewährleisten ist. Außerdem extremAuch die Erwärmung der Elemente wirkt sich negativ auf den Prozess aus, was nur durch den Einsatz leistungsstärkster Kühlsysteme verhindert werden kann, was zusätzliche Materialkosten erfordert, und zwar erhebliche.

Außerdem werden die in Sonnenkollektoren verwendeten Platten nach 30 Jahren aktiver Arbeit allmählich unbrauchbar, und die Kosten für Solarzellen wurden bereits erwähnt.

Umweltproblem

Früher wurde gesagt, dass die Nutzung dieser Art von Ressourcen die Menschheit in Zukunft vor ernsthaften Umweltproblemen bewahren kann. Die Rohstoffquelle und das Endprodukt sind wirklich so umweltfreundlich wie möglich.

Trotzdem besteht das Funktionsprinzip von Sonnenkollektoren bei der Nutzung von Sonnenenergie darin, spezielle Platten mit Fotozellen zu verwenden, für deren Herstellung viele giftige Substanzen erforderlich sind: Blei, Arsen oder Kalium. Ihre Verwendung schadet der Umwelt nicht, jedoch kann die Entsorgung der Platten aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer mit der Zeit zu einem ernsthaften Problem werden.

Um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu begrenzen, gehen die Hersteller allmählich zu Dünnschichtwafern über, die kostengünstiger und weniger schädlich für die Umwelt sind.

Methoden zur Umwandlung von Strahlung in Energie

Filme und Bücher über die Zukunft der Menschheit vermitteln uns fast immer ungefähr das gleiche Bild dieses Prozesses, was tatsächlichkönnen erheblich von der Realität abweichen. Es gibt mehrere Möglichkeiten zum Konvertieren.

Am gebräuchlichsten ist der zuvor beschriebene Einsatz von Lichtschranken.

Als Alternative nutzt die Menschheit aktiv Solarthermie, basierend auf der Erwärmung spezieller Oberflächen, die es ermöglicht, Wasser mit der richtigen Richtung der erh altenen Temperatur zu erhitzen. Wenn Sie diesen Vorgang so weit wie möglich vereinfachen, kann er mit den Tanks verglichen werden, die für Sommerduschen in Privathaush alten verwendet werden.

Eine andere Möglichkeit, Strahlung zur Energiegewinnung zu nutzen, ist das "Sonnensegel", das nur im Vakuum funktionieren kann. Diese Art von System wandelt Strahlung in kinetische Energie um.

Das Problem der fehlenden Erzeugung in der Nacht wird teilweise durch Solarballonkraftwerke gelöst, deren Betrieb aufgrund der Akkumulation freigesetzter Energie und der Dauer des Abkühlungsprozesses fortgesetzt wird.

Wir und Solarstrom

Ressourcen der Sonnen- und Windenergie auf der Erde werden sehr aktiv genutzt, obwohl wir dies oft nicht bemerken. Weiter oben wurde bereits das volkstümliche Erhitzen von Wasser in einer Außendusche erwähnt. Tatsächlich wird für diese Zwecke meistens Sonnenenergie verwendet. Es gibt aber noch viele andere Beispiele: In fast jedem Beleuchtungsgeschäft findet man Akkumulatoren, die dank der am Tag angesammelten Energie auch nachts ohne Strom auskommen.

Auf Fotozellen basierende Installationen werden aktiv in allen Arten von Pumpstationen und Lüftungssystemen eingesetzt.

Gestern, heute, morgen

Eine der wichtigsten Ressourcen der Menschheit ist die Sonnenenergie, und die Aussichten für ihre Nutzung sind extrem hoch. Diese Industrie wird aktiv finanziert, erweitert und verbessert. Heute ist die Solarenergie in den Vereinigten Staaten am weitesten entwickelt, wo sie in einigen Regionen als vollwertige alternative Energiequelle genutzt wird. Kraftwerke dieser Art werden auch in der Mojave-Wüste betrieben. Andere Länder haben diese Art der Stromerzeugung schon lange angesteuert, die vielleicht schon bald das Problem der Umweltverschmutzung lösen wird.