Penggunaan energi matahari, energi matahari - sejarah perkembangan, pro dan kontra

Mode untuk energi alternatif mendapatkan momentum. Selain itu, penekanannya adalah pada sumber energi terbarukan — pasang surut, angin, matahari. Energi matahari (atau fotovoltaik) dianggap sebagai salah satu sektor industri dengan pertumbuhan tercepat. Seringkali pernyataan yang sangat optimis seperti fakta bahwa semua energi di masa mendatang, tidak kurang, akan didasarkan pada energi matahari.

Tegasnya, energi bintang bernama Matahari hadir dalam bentuk "diawetkan" di semua jenis bahan bakar fosil - batu bara, minyak, gas. Energi ini mulai terakumulasi pada tahap pertumbuhan tanaman, yang mengkonsumsi sinar matahari dan panas, yang karena proses biologis yang kompleks berubah menjadi fosil karbon. Energi air, peredarannya juga didukung oleh Matahari.

Kepadatan energi matahari di batas atas atmosfer adalah 1350 W / m2, ini disebut «konstanta matahari». Ketika sinar matahari melewati atmosfer bumi, sebagian radiasi tersebar.Tetapi bahkan di permukaan bumi, kerapatannya cukup untuk kemungkinan digunakan, bahkan dalam cuaca mendung.

Sejarah perkembangan

Efek fotovoltaik (yaitu penampakan arus stasioner dalam material homogen dengan fotoeksitasi homogennya) ditemukan pada tahun 1839 oleh fisikawan Prancis Alexandre-Edmond Becquerel. Beberapa saat kemudian, orang Inggris Willoughby Smith dan Heinrich-Rudolph Hertz dari Jerman secara mandiri menemukan fotokonduktivitas selenium dan fotokonduktivitas ultraviolet.

Pada tahun 1888, "perangkat pemulihan radiasi matahari" pertama dipatenkan di Amerika. Prestasi pertama ilmuwan Rusia di bidang fotokonduktivitas dimulai pada tahun 1938. Kemudian, di laboratorium akademisi Abram Joffe, untuk pertama kalinya dibuat elemen konversi energi matahari, yang rencananya akan digunakan dalam energi matahari.

Pengembangan energi matahari terestrial didahului oleh banyak pekerjaan para ilmuwan (termasuk fisikawan Sekolah Ilmiah Leningrad-Petersburg Boris Kolomiets dan Yuri Maslakovts) di bidang baterai surya untuk keperluan luar angkasa. Mereka menciptakan fotosel di Institut Fisika dan Teknologi Leningrad dari thallium sulfur, yang efisiensinya sama dengan 1% - rekor nyata untuk saat itu.

Abram Joffe juga menjadi penulis solusi instalasi yang sekarang populer fotosel di atas atap (walaupun idenya tidak diterima secara luas pada awalnya hanya karena tidak ada yang mengalami kekurangan bahan bakar fosil pada saat itu). Saat ini, negara-negara seperti Jerman, Amerika Serikat, Jepang, Israel semakin banyak memasang panel surya di atap bangunan, sehingga menciptakan "rumah hemat energi".

Energi matahari mulai menarik lebih banyak minat pada paruh kedua abad ke-20.Berkat perkembangan praktis di bidang ini, pembangkit listrik tenaga panas telah dibuat, di mana pendingin dipanaskan oleh radiasi matahari langsung, dan generator turbo-listrik menggerakkan uap yang dihasilkan di dalam ketel.

Dengan akumulasi pengetahuan dan kemajuan dari teori ke praktik, muncul pertanyaan tentang profitabilitas pembangkit tenaga surya. Awalnya, tugas energi surya tidak melampaui pasokan objek lokal, misalnya sulit diakses atau jauh dari sistem kelistrikan pusat. Sudah pada tahun 1975, total daya semua instalasi surya di planet ini hanya 300 kW, dan harga satu kilowatt daya mencapai 20 ribu dolar.

Prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga surya:

Bagaimana energi matahari diubah menjadi listrik

Jenis panel surya yang umum

Namun tentu saja, melepaskan tenaga surya—bahkan tanpa mempertimbangkan komponen ekonomi—memerlukan efisiensi yang jauh lebih besar. Dan mereka berhasil mencapainya. Efisiensi generator semikonduktor silikon modern sudah 15-24% (lihat — Efisiensi sel surya dan modul), itulah sebabnya (serta penurunan harganya) ada permintaan konstan hari ini.

Produksi solar panel telah dikuasai oleh perusahaan besar dunia seperti Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell dan lain-lain. Biaya satu watt tenaga listrik terpasang sel surya semikonduktor turun menjadi $2.

Bahkan di masa Soviet, diperkirakan 4 ribu km2 modul surya mampu memenuhi kebutuhan listrik tahunan seluruh dunia. Dan efisiensi baterainya saat itu tidak melebihi 6%.

Pada abad terakhir, pembangkit listrik tenaga surya (SPP) 10 megawatt didirikan di AS, Prancis, Spanyol, Italia, dan negara "surya" lainnya. Di Uni Soviet, pembangkit surya eksperimental pertama dengan kapasitas 5 MW dibangun di Semenanjung Kerch, di mana jumlah hari cerah per tahun adalah salah satu yang tertinggi di wilayah tersebut.

Beberapa stasiun ini masih beroperasi, banyak yang berhenti berfungsi, tetapi dapat dikatakan bahwa mereka pada prinsipnya tidak dapat bersaing dengan sistem fotovoltaik surya modern.

Pembangkit listrik tenaga surya:

Jenis pembangkit listrik tenaga surya

Pembangkit listrik tenaga surya terapung

Konsentrator surya

profesional

Kekuatan energi matahari sudah jelas bagi semua orang dan tidak memerlukan penjelasan rinci.

Pertama, sumber daya Matahari akan bertahan lama — umur sebuah bintang diperkirakan oleh para ilmuwan sekitar 5 miliar tahun.

Kedua, penggunaan energi surya tidak mengancam emisi gas rumah kaca, pemanasan global, dan pencemaran lingkungan secara umum, yaitu. tidak mempengaruhi keseimbangan ekologis planet ini.

Pembangkit fotovoltaik dengan kapasitas 1 MW setiap tahun menghasilkan sekitar 2 juta kW Hal ini mencegah emisi karbon dioksida dibandingkan dengan pembangkit listrik pembakaran dalam volume berikut: pada gas sekitar 11 ribu ton, pada produk minyak 1,1-1,5 ribu ton, pada batubara 1,7-2,3 ribu ton...

Kontra

Hambatan energi surya meliputi, pertama, efisiensi yang masih belum cukup tinggi, dan kedua, biaya per kilowatt jam yang belum cukup rendah—sesuatu yang menimbulkan pertanyaan tentang meluasnya penggunaan sumber energi terbarukan.

Ditambah fakta bahwa cukup banyak radiasi matahari di permukaan bumi tersebar tak terkendali.

Keamanan lingkungan juga sangat dipertanyakan — lagipula, masih belum jelas apa yang harus dilakukan dengan pembuangan elemen bekas.

Terakhir, tingkat studi energi surya—apa pun kata mereka—masih jauh dari sempurna.

Mata rantai terlemah dalam energi matahari adalah rendahnya efisiensi baterai; solusi untuk masalah ini hanya masalah waktu.

Penggunaan

Ya, mendapatkan energi dari Matahari bukanlah proyek termurah. Tapi, pertama, selama tiga puluh tahun terakhir, satu watt yang dihasilkan menggunakan fotosel menjadi sepuluh kali lebih murah. Dan kedua, keinginan negara-negara Eropa untuk mengurangi ketergantungan pada sumber energi tradisional berperan sebagai energi matahari. Juga, jangan lupakan Protokol Kyoto. Sekarang kita dapat mengatakan bahwa energi matahari berkembang dengan kecepatan tetap baik dari sudut pandang sains maupun dari sudut pandang perdagangan.

Saat ini, energi matahari paling aktif digunakan untuk tiga tujuan:

• pemanas dan air panas dan pendingin udara;

• konversi menjadi energi listrik menggunakan konverter fotovoltaik surya;

• pembangkit listrik skala besar berdasarkan siklus termal.

Energi matahari tidak harus diubah menjadi listrik, tetapi sangat mungkin digunakan sebagai panas. Misalnya untuk pemanas dan air panas fasilitas perumahan dan industri.

Dasar dari prinsip pengoperasian desain sistem pemanas matahari adalah pemanasan antibeku.Panas kemudian dipindahkan ke tangki penyimpanan, biasanya terletak di ruang bawah tanah, dan dikonsumsi dari sana.

Salah satu konsumen potensial energi fotovoltaik terbesar adalah sektor pertanian, yang secara mandiri dapat mengonsumsi ratusan megawatt energi matahari puncak per tahun. Untuk ini dapat ditambahkan dukungan navigasi, daya untuk sistem telekomunikasi, sistem untuk resor dan bisnis kesehatan dan pariwisata, serta vila, lampu jalan tenaga surya, dan lainnya.

Saat ini, kemungkinan yang sangat fantastis, dari sudut pandang orang awam, cara menggunakan energi matahari sedang dipertimbangkan dengan serius. Misalnya, proyek untuk mengorbit di sekitar stasiun surya atau, yang lebih fantastis lagi, pembangkit listrik tenaga surya di bulan.

Dan memang ada proyek seperti itu. Di luar angkasa, konsentrasi energi matahari jauh lebih tinggi dibandingkan dengan planet biru kita. Transmisi energi ke Bumi dimungkinkan dengan menggunakan cahaya terarah (laser) atau radiasi frekuensi sangat tinggi (microwave).

Melanjutkan topik: Tumbuhkan energi matahari di dunia