O uso da energia solar na Terra. Perspectivas para o uso da energia solar na Terra

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Última modificação: 2024-02-12 11:57

Hoje, o problema do consumo de energia é bastante agudo - os recursos do planeta não são infinitos e, durante sua existência, a humanidade praticamente devastou o que foi dado pela natureza. No momento, carvão e petróleo estão sendo explorados ativamente, cujas reservas estão diminuindo a cada dia. O poder do pensamento permitiu à humanidade dar um passo incrível no futuro e usar a energia atômica, trazendo junto com esse benefício um enorme perigo para todo o meio ambiente.

A questão ambiental não é menos aguda - a extração ativa de recursos e seu posterior uso afeta negativamente o estado do planeta, alterando não apenas a natureza dos solos, mas também as condições climáticas.

Por isso, sempre foi dada atenção especial às fontes naturais de energia, como a água ou o vento. Finalmente, depois de tantos anos de pesquisa e desenvolvimento ativo, a humanidade “cresceu” para o uso da energia solar na Terra. É sobre ele que discutiremos mais adiante.

O que há de tão atraente nisso

Antes de passar para exemplos específicos, vamos descobrir por que pesquisadores de todo o mundo estão tão interessados nesse tipo de produção de energia. Seu principal ativo pode ser chamado de inesgotável. Apesar de inúmeras hipóteses, a probabilidade de uma estrela como o Sol se apagar em um futuro próximo é extremamente pequena. Isso significa que a humanidade tem a oportunidade de receber energia limpa de forma totalmente natural.

A segunda vantagem inquestionável do uso da energia solar na Terra é a compatibilidade ambiental desta opção. O impacto sobre o meio ambiente sob tais condições será zero, o que por sua vez proporciona ao mundo inteiro um futuro muito mais brilhante do que aquele que se abre com a extração constante de recursos subterrâneos limitados.

Finalmente, atenção especial deve ser dada ao fato de que o uso da energia solar representa o menor perigo para os seres humanos.

Realmente

Agora vamos ao que interessa. O nome um tanto poético "energia solar" na verdade esconde a conversão de radiação em eletricidade usando tecnologias especialmente desenvolvidas. Este processo é fornecido por células fotovoltaicas, que a humanidade está usando de forma extremamente ativa para seus próprios fins, e com bastante sucesso.

Radiação solar

Aconteceu historicamente que o substantivo "radiação" evoca mais associações negativas do que positivas em relação aos desastres causados pelo homem que o mundo conseguiu sobreviver em sua vida. No entanto, a tecnologia de uso da energia do Sol na Terra permite trabalhar com ela.

Basicamente,esse tipo de radiação é a radiação eletromagnética, cujo alcance está entre 2,8 e 3,0 mícrons.

O espectro solar utilizado com tanto sucesso pela humanidade consiste, na verdade, em três tipos de ondas: ultravioleta (cerca de 2%), cerca de 49% são ondas de luz e, por fim, a mesma quantidade está em radiação infravermelha. A energia solar tem um pequeno número de outros componentes, mas seu papel é tão insignificante que eles não têm um impacto especial na vida da Terra.

A quantidade de energia solar que atinge a Terra

Agora que a composição do espectro utilizado em benefício da humanidade foi determinada, mais uma característica importante deste recurso deve ser observada. O uso da energia solar na Terra parece muito promissor também porque está disponível em quantidades bastante grandes com custos de processamento quase mínimos. A quantidade total de energia emitida por uma estrela é extremamente alta, mas cerca de 47% atinge a superfície da Terra, o que equivale a setecentos quatrilhões de quilowatts-hora. Para comparação, notamos que apenas um quilowatt-hora pode fornecer uma operação de dez anos de uma lâmpada com uma potência de cem watts.

O poder da radiação do Sol e o uso da energia na Terra, claro, depende de vários fatores: condições climáticas, ângulo de incidência dos raios na superfície, estação do ano e localização geográfica.

Quando e quanto

É fácil adivinhar que a quantidade diária de energia solar que cai na superfícieA Terra está em constante mudança, pois depende diretamente da posição do planeta em relação ao Sol e do movimento da própria luminária. Há muito se sabe que ao meio-dia a radiação é máxima, enquanto de manhã e à noite o número de raios que atingem a superfície é muito menor.

Podemos dizer com segurança que o uso da energia solar será mais produtivo nas regiões mais próximas possível da faixa equatorial, pois é aí que a diferença entre os indicadores mais altos e mais baixos é mínima, o que indica a quantidade máxima de radiação que atinge a superfície do planeta. Por exemplo, nas áreas desérticas da África, a quantidade anual de radiação atinge uma média de 2.200 quilowatts-hora, enquanto no Canadá ou, por exemplo, na Europa Central, os números não ultrapassam 1.000 quilowatts-hora.

Energia solar na história

Se você pensar o mais amplo possível, as tentativas de "domar" a grande luminária que aquece nosso planeta começaram nos tempos antigos durante o paganismo, quando cada elemento era incorporado por uma divindade separada. No entanto, é claro, o uso da energia solar estava fora de questão - a magia reinava no mundo.

O tema do uso da energia do Sol na Terra começou a ser ativamente levantado apenas no final do século XIV - início do século XX. Um verdadeiro avanço na ciência foi feito em 1839 por Alexander Edmond Becquerel, que conseguiu se tornar o descobridor do efeito fotovoltaico. O estudo deste tópico aumentou significativamente e, após 44 anos, Charles Fritts conseguiu projetar o primeiromódulo baseado em selênio banhado a ouro. Esse uso da energia do Sol na Terra deu uma pequena quantidade de eletricidade liberada - a quantidade total de produção não passou de 1%. No entanto, para toda a humanidade, este foi um verdadeiro avanço, abrindo novos horizontes da ciência, com os quais nem sequer sonhavam antes.

O próprio Albert Einstein deu uma contribuição significativa para o desenvolvimento da energia solar. No mundo moderno, o nome do cientista é mais frequentemente associado à sua famosa teoria da relatividade, mas na verdade ele recebeu o Prêmio Nobel justamente por estudar o efeito fotoelétrico externo.

Até hoje, a tecnologia de uso da energia solar na Terra está passando por rápidas altas ou não menos rápidas, no entanto, esse ramo do conhecimento é constantemente atualizado com novos fatos, e podemos esperar que em um futuro próximo, a porta para um mundo completamente novo se abrirá diante de nós. paz.

A natureza está contra nós

Já falamos sobre as vantagens de usar a energia do Sol na Terra. Agora vamos prestar atenção nas desvantagens desse método, que infelizmente não são menores.

Por causa da dependência direta da localização geográfica, das condições climáticas e do movimento do Sol, a produção de energia solar em quantidade suficiente exige enormes custos territoriais. A conclusão é que quanto maior a área de consumo e processamento da radiação solar, maior a quantidade de energia ecologicamente correta que receberemos na saída. A colocação de taissistemas enormes requerem muito espaço livre, o que causa certas dificuldades.

Outro problema em relação ao uso da energia solar na Terra está em relação direta com a hora do dia, já que a geração será zero à noite, e extremamente insignificante de manhã e à noite.

Um fator de risco adicional é o próprio clima - mudanças bruscas de condições podem ter um impacto extremamente negativo na operação desse tipo de sistema, pois causam dificuldades na depuração da energia necessária. De certa forma, situações com mudanças bruscas na quantidade de consumo e produção podem ser perigosas.

Limpo, mas caro

O uso da energia solar na Terra é difícil no momento devido ao seu alto custo. As fotocélulas necessárias para a implementação dos principais processos têm um custo bastante elevado. É claro que os aspectos positivos do uso desse tipo de recurso compensam, mas do ponto de vista econômico, no momento não há necessidade de falar sobre o retorno total dos custos de caixa.

No entanto, como mostra a tendência, o preço das células solares está caindo gradualmente, então com o tempo esse problema pode ser completamente resolvido.

Inconveniência do processo

O uso do Sol como fonte de energia também é difícil porque este método de processamento de recursos é bastante trabalhoso e inconveniente. O consumo e o processamento da radiação dependem diretamente da limpeza das placas, o que é bastante problemático para garantir. Além disso, extremamenteO aquecimento dos elementos também afeta negativamente o processo, o que só pode ser evitado usando os sistemas de refrigeração mais potentes, que exigem custos de material adicionais e consideráveis.

Além disso, as placas utilizadas nos coletores solares, após 30 anos de trabalho ativo, tornam-se gradualmente inutilizáveis, e o custo das células solares foi mencionado anteriormente.

Questão Ambiental

Anteriormente foi dito que o uso desse tipo de recurso pode salvar a humanidade de problemas bastante sérios com o meio ambiente no futuro. A fonte de recursos e o produto final são verdadeiramente amigos do ambiente.

No entanto, o uso da energia solar, o princípio de funcionamento dos coletores solares é usar placas especiais com fotocélulas, cuja fabricação requer muitas substâncias tóxicas: chumbo, arsênico ou potássio. Seu uso não traz nenhum dano ao meio ambiente, porém, dada a sua vida útil limitada, com o tempo, o descarte das placas pode se tornar um problema sério.

Para limitar o impacto negativo no meio ambiente, os fabricantes estão gradualmente mudando para wafers de filme fino, que têm um custo menor e menos efeito prejudicial ao meio ambiente.

Métodos para converter radiação em energia

Filmes e livros sobre o futuro da humanidade quase sempre nos dão aproximadamente a mesma imagem desse processo, que, de fato,pode diferir significativamente da realidade. Existem várias maneiras de converter.

O mais comum é o uso de fotocélulas descrito anteriormente.

Como alternativa, a humanidade está utilizando ativamente a energia solar térmica, baseada no aquecimento de superfícies especiais, que permite aquecer a água com a direção adequada da temperatura obtida. Se você simplificar ao máximo esse processo, ele pode ser comparado com os tanques que são usados para banhos de verão em residências particulares.

Outra forma de usar a radiação para gerar energia é a "vela solar", que só pode operar no vácuo. Este tipo de sistema converte radiação em energia cinética.

O problema da f alta de geração à noite é parcialmente resolvido pelas usinas solares de balão, cuja operação continua devido ao acúmulo de energia liberada e à duração do processo de resfriamento.

Nós e a energia solar

Recursos de energia solar e eólica na Terra são usados de forma bastante ativa, embora muitas vezes não percebamos isso. Anteriormente, o aquecimento popular da água em um chuveiro ao ar livre já foi mencionado. De fato, na maioria das vezes a energia solar é usada para esses fins. No entanto, existem muitos outros exemplos: em quase todas as lojas de iluminação você pode encontrar lâmpadas de armazenamento que podem funcionar sem eletricidade mesmo à noite, graças à energia acumulada durante o dia.

As instalações baseadas em fotocélulas são usadas ativamente em todos os tipos de estações de bombeamento e sistemas de ventilação.

Ontem, hoje, amanhã

Um dos recursos mais importantes para a humanidade é a energia solar, e as perspectivas de seu uso são extremamente altas. Esta indústria é ativamente financiada, expandida e melhorada. Agora, a energia solar é mais desenvolvida nos Estados Unidos, onde algumas regiões a usam como uma fonte de energia alternativa completa. Além disso, usinas de energia desse tipo operam no deserto de Mojave. Outros países há muito se dirigem para esse tipo de geração de eletricidade, que em breve poderá resolver o problema da poluição ambiental.