太陽エネルギーの利用、太陽エネルギー - 開発の歴史、長所と短所
代替エネルギーの流行が勢いを増しています。さらに、潮力、風力、太陽光などの再生可能エネルギー源に重点が置かれています。太陽エネルギー (または太陽光発電) は、最も急速に成長している産業分野の 1 つと考えられています。これからの時代のすべてのエネルギーは、少なくとも太陽エネルギーに基づいているという事実など、非常に楽観的な発言が非常に頻繁にあります。
厳密に言えば、太陽と呼ばれる星のエネルギーは、石炭、石油、ガスなどのあらゆる種類の化石燃料中に「保存された」形で存在します。このエネルギーは植物の成長段階で蓄積され始め、太陽光と熱を消費し、複雑な生物学的プロセスにより炭素化石に変わります。水のエネルギー、その循環も太陽によって支えられています。
大気の上限における太陽エネルギーの密度は 1350 W / m2 であり、これは「太陽定数」と呼ばれます。太陽光線が地球の大気を通過するとき、放射線の一部は散乱されます。しかし、地球のまさに表面であっても、曇りの天候であっても、その密度は使用可能な程度に十分です。
開発の歴史
光起電力効果 (つまり、均質な光励起による均質な材料中の定常電流の出現) は、1839 年にフランスの物理学者アレクサンドル エドモン ベクレルによって発見されました。少し後、イギリス人のウィロビー・スミスとドイツ人のハインリヒ・ルドルフ・ヘルツがセレンの光伝導性と紫外線光伝導性を独立して発見しました。
1888年にアメリカで最初の「太陽光線回収装置」の特許が取得されました。光伝導の分野におけるロシアの科学者の最初の成果は 1938 年に遡ります。その後、学者アブラム・ジョッフェの研究室で、太陽エネルギーでの使用が計画された太陽エネルギー変換素子が初めて作成されました。
地上太陽エネルギーの開発に先立って、宇宙目的の太陽電池の分野で科学者（レニングラード・ペテルブルグ科学学校の物理学者ボリス・コロミエツ氏とユーリ・マスラコフツ氏を含む）による多大な研究が行われた。彼らはレニングラード物理技術研究所でタリウム硫黄から光電池を作成しましたが、その効率は1%に等しく、当時としては実際の記録でした。
Abram Joffe は、現在人気のあるインストール ソリューションの作者にもなりました 光電池 屋上に設置する（ただし、このアイデアは当初は広く普及しませんでした。その理由は、単に当時誰も化石燃料の不足を経験していなかったという理由だけです）。現在、ドイツ、米国、日本、イスラエルなどの国々では、建物の屋根にソーラーパネルを設置するケースが増えており、「エネルギー効率の高い住宅」を構築しています。
太陽エネルギーは、20 世紀後半にさらに関心を集め始めました。この分野での実用的な開発のおかげで、直接太陽放射によって冷却剤が加熱され、ターボ発電機がボイラーで生成された蒸気を駆動する火力発電プラントが作成されました。
知識の蓄積と理論から実践への進歩に伴い、太陽光発電の収益性の問題が生じます。当初、太陽エネルギーの役割は、たとえばアクセスが困難であったり、中央の電力システムから離れていたりするなど、地域の物体の供給を超えるものではありませんでした。すでに 1975 年の時点で、地球上のすべての太陽光発電施設の総電力はわずか 300 kW であり、最大 1 キロワットの電力価格は 2 万ドルに達していました。
太陽光発電所の動作原理:
しかしもちろん、経済的要素を考慮しなくても、太陽光発電を軌道に乗せるには、大幅に高い効率が必要でした。そして彼らはそれをなんとか達成しました。最新のシリコン半導体発電機の効率はすでに 15 ～ 24% です (—を参照) 太陽電池とモジュールの効率）、それが（価格の下落と同様に）今日でも一定の需要がある理由です。
ソーラーパネルの生産は、シーメンス、京セラ、ソラレックス、BPソーラー、シェルなどの大手世界企業によって習得されています。半導体太陽電池の設置電力1ワットのコストは2ドルに下がった。
ソビエト時代でも、4,000 km2 の太陽電池モジュールで全世界の年間電力需要を賄うことができると推定されていました。そして当時のバッテリーの効率は6％を超えませんでした。
前世紀に、米国、フランス、スペイン、イタリア、その他の「太陽光発電」諸国に 10 メガワットの太陽光発電所 (SPP) が設立されました。ソ連では、年間晴天日数がこの地域で最も多いケルチ半島に、容量5MWの最初の実験用太陽光発電所が建設された。
これらの発電所の一部は今も稼働しており、多くは機能を停止していますが、原理的には現代の太陽光発電システムと競合できないと言っても過言ではありません。
太陽光発電所:
専門家
太陽エネルギーの利点は誰にとっても明らかであり、詳細な説明は必要ありません。
まず、太陽の資源は長期間持続します。科学者らによると、星の寿命は約 50 億年と推定されています。
第二に、太陽エネルギーの利用は、温室効果ガスの排出、地球温暖化、一般的な環境汚染の脅威にならないということです。地球の生態学的バランスに影響を与えません。
容量 1 MW の太陽光発電所は年間約 200 万 kW を発電し、これにより、燃焼発電所と比較して、ガスで約 11 千トン、石油製品で 1.1 ～ 1.5 千トン、石炭で二酸化炭素の排出を抑制できます。 1,7〜2,3千トン...
短所
太陽エネルギーのボトルネックには、第一に効率がまだ十分に高くないこと、第二にキロワット時あたりのコストが十分に低くないことが挙げられ、これは再生可能エネルギー源の普及に疑問を引き起こすものです。
これに加えて、地表上のかなりの量の太陽放射が制御不能に散乱しているという事実があります。
環境の安全性も厳しく問われていますが、結局のところ、使用済み要素の廃棄をどうするかはまだ明確ではありません。
最後に、太陽エネルギーの研究の程度は、誰が何と言おうと、まだ完璧には程遠いです。
太陽エネルギーの最も弱い部分は、バッテリーの効率が低いことです。この問題の解決は時間の問題です。
使用法
はい、太陽からエネルギーを得るのは最も安価なプロジェクトではありません。しかし、第一に、過去 30 年間で、光電池を使用して生成される 1 ワットの価格は 10 倍安くなりました。そして第二に、伝統的なエネルギー源への依存を減らしたいというヨーロッパ諸国の願望が太陽エネルギーの役割を果たしています。また、京都議定書も忘れてはなりません。現在、太陽エネルギーは科学の観点からも商業の観点からも安定したペースで発展していると言えます。
現在、太陽エネルギーは次の 3 つの目的で最も積極的に使用されています。
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暖房、給湯、空調。
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太陽光発電コンバータを使用した電気エネルギーへの変換。
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熱サイクルを利用した大規模発電。
太陽エネルギーは電気に変換する必要はありませんが、熱として利用することは十分に可能です。例えば、住宅や産業施設の暖房や給湯などに。
太陽熱暖房システムの設計の動作原理の基礎は、不凍液の加熱です。その後、熱は通常は地下にある貯蔵タンクに送られ、そこから消費されます。
太陽光発電エネルギーの潜在的な最大の消費者の 1 つは農業部門であり、年間数百メガワットのピーク太陽エネルギーを単独で消費する可能性があります。これに、ナビゲーション サポート、電気通信システム用の電力、リゾートや健康、観光事業用のシステム、ヴィラ、ソーラー街路灯などを追加できます。
今日、素人の観点から見ても非常に素晴らしい太陽エネルギーの利用方法の可能性が真剣に検討されています。たとえば、太陽光発電所の周りを周回するプロジェクトや、さらに素晴らしいことに月面の太陽光発電所などです。
そして実際にそのようなプロジェクトがあります。宇宙では、太陽エネルギーの集中は私たちの青い惑星と比較してはるかに高くなります。地球へのエネルギーの伝達は、指向性光 (レーザー) または超短波 (マイクロ波) 放射を使用して可能です。
トピックの続き: 世界中で太陽エネルギーを成長させる