Danes je problem porabe energije precej pereč - viri planeta niso neskončni in v času svojega obstoja je človeštvo precej opustošilo to, kar mu je dala narava. Trenutno se aktivno kopljeta premog in nafta, katerih zaloge so vsak dan manjše. Moč misli je človeštvu omogočila, da je naredila neverjeten korak v prihodnost in uporabila atomsko energijo, s čimer je prinesla veliko nevarnost za celotno okolje.
Okoljsko vprašanje ni nič manj pereče - aktivno črpanje virov in njihova nadaljnja uporaba negativno vplivata na stanje planeta, spreminja ne le naravo tal, ampak celo podnebne razmere.
Zato je bila vedno posebna pozornost namenjena naravnim virom energije, kot sta voda ali veter. Končno je človeštvo po toliko letih aktivnega raziskovanja in razvoja »doraslo« do uporabe sončne energije na Zemlji. O njem bomo še razpravljali.
Kaj je na tem tako privlačnega
Preden preidemo na konkretne primere, poglejmo, zakaj so raziskovalci po vsem svetu tako zainteresirani za to vrsto proizvodnje energije. Njegovo glavno prednost lahko imenujemo neizčrpnost. Kljub številnim hipotezam je verjetnost, da bo zvezda, kot je Sonce, ugasnila v bližnji prihodnosti, izjemno majhna. To pomeni, da ima človeštvo možnost prejemati čisto energijo na povsem naraven način.
Druga nedvomna prednost uporabe sončne energije na Zemlji je prijaznost do okolja te možnosti. Vpliv na okolje v takih razmerah bo nič, kar pa vsem svetu zagotavlja veliko svetlejšo prihodnost od tiste, ki se odpira z nenehnim črpanjem omejenih podzemnih virov.
Nazadnje je treba posebno pozornost nameniti dejstvu, da uporaba sončne energije predstavlja najmanj nevarnosti za ljudi.
Resnično
Pojdimo k bistvu. Nekoliko poetično ime »sončna energija« pravzaprav skriva pretvorbo sevanja v električno energijo s pomočjo posebej razvitih tehnologij. Ta proces zagotavljajo fotovoltaične celice, ki jih človeštvo izredno aktivno uporablja za lastne namene in dokaj uspešno.
sončno sevanje
Zgodovinsko se je zgodilo, da samostalnik "sevanje" zbuja več negativnih asociacij kot pozitivnih v zvezi s tistimi katastrofami, ki jih je povzročil človek, ki jih je svet uspel preživeti v svojem življenju. Kljub temu tehnologija uporabe sončne energije na Zemlji omogoča delo z njo.
V bistvu,ta vrsta sevanja je elektromagnetno sevanje, katerega razpon je med 2,8 in 3,0 mikroni.
Sončev spekter, ki ga tako uspešno uporablja človeštvo, je pravzaprav sestavljen iz treh vrst valov: ultravijoličnih (približno 2%), približno 49% so svetlobni valovi in končno enaka količina je v infrardečem sevanju. Sončna energija ima majhno število drugih komponent, vendar je njihova vloga tako nepomembna, da nimajo posebnega vpliva na življenje Zemlje.
Količina sončne energije, ki zadene Zemljo
Zdaj, ko je določena sestava spektra, ki se uporablja v dobro človeštva, je treba omeniti še eno pomembno lastnost tega vira. Uporaba sončne energije na Zemlji se zdi zelo obetavna tudi zato, ker je na voljo v dokaj velikih količinah ob skoraj minimalnih stroških predelave. Skupna količina energije, ki jo oddaja zvezda, je izjemno visoka, vendar približno 47 % doseže zemeljsko površino, kar je enako sedemsto kvadrilijonom kilovatnih ur. Za primerjavo ugotavljamo, da lahko le ena kilovatna ura zagotovi desetletno delovanje žarnice z močjo sto vatov.
Moč sončnega sevanja in poraba energije na Zemlji sta seveda odvisna od številnih dejavnikov: podnebnih razmer, vpadnega kota žarkov na površje, letnega časa in geografske lege.
Kdaj in koliko
Lahko je uganiti, da dnevna količina sončne energije, ki pade na površjeZemlja se nenehno spreminja, saj je neposredno odvisna od položaja planeta glede na Sonce in gibanja same svetilke. Že dolgo je znano, da je opoldne sevanje največje, zjutraj in zvečer pa je število žarkov, ki dosežejo površje, veliko manjše.
Z gotovostjo lahko trdimo, da bo uporaba sončne energije najbolj produktivna v regijah, ki so čim bližje ekvatorialnemu pasu, saj je tam razlika med najvišjim in najnižjim kazalnikom minimalna, kar kaže na največja količina sevanja, ki doseže površino planeta. Na primer, v puščavskih afriških območjih letna količina sevanja doseže povprečno 2200 kilovatnih ur, medtem ko v Kanadi ali na primer v srednji Evropi te številke ne presegajo 1000 kilovatnih ur.
Sončna energija v zgodovini
Če razmišljate čim širše, so se poskusi "ukrotitve" velike svetilke, ki greje naš planet, začeli v starih časih v času poganstva, ko je vsak element utelešalo ločeno božanstvo. Seveda pa takrat uporaba sončne energije ni prišla v poštev - na svetu je zavladala magija.
Tematika uporabe sončne energije na Zemlji se je začela aktivno odpirati šele ob koncu 14. - začetku 20. stoletja. Pravi preboj v znanosti je leta 1839 naredil Alexander Edmond Becquerel, ki je uspel postati odkritelj fotovoltaičnega učinka. Študija te teme se je znatno povečala in po 44 letih je Charles Fritts uspel zasnovati prvimodul na osnovi pozlačenega selena. Ta uporaba sončne energije na Zemlji je dala majhno količino sproščene električne energije - skupna količina proizvodnje takrat ni znašala več kot 1%. Kljub temu je bil za vse človeštvo to pravi preboj, ki je odprl nova obzorja znanosti, o katerih se prej ni niti sanjalo.
Sam Albert Einstein je pomembno prispeval k razvoju sončne energije. V sodobnem svetu se ime znanstvenika pogosteje povezuje z njegovo slavno teorijo relativnosti, v resnici pa je Nobelovo nagrado prejel prav za preučevanje zunanjega fotoelektričnega učinka.
Do danes tehnologija izrabe sončne energije na Zemlji doživlja bodisi hitre vzpone bodisi nič manj hitre padce, vendar se ta veja znanja nenehno posodablja z novimi dejstvi in upamo lahko, da bo v bližnji prihodnosti, se bodo pred nami odprla vrata v popolnoma nov svet. mir.
Narava je proti nam
O prednostih uporabe sončne energije na Zemlji smo že govorili. Zdaj pa bodimo pozorni na slabosti te metode, ki pa žal niso nič manjše.
Zaradi neposredne odvisnosti od geografske lege, podnebnih razmer in gibanja Sonca zahteva proizvodnja sončne energije v zadostnih količinah ogromne teritorialne stroške. Bistvo je, da večja kot je površina porabe in predelave sončnega sevanja, večjo količino okolju prijazne energije bomo prejeli na izhodu. Postavitev takihogromni sistemi zahtevajo veliko prostega prostora, kar povzroča določene težave.
Druga težava glede izrabe sončne energije na Zemlji je neposredno povezana s časom dneva, saj bo ponoči proizvodnja nič, zjutraj in zvečer pa izjemno nepomembna.
Dodaten dejavnik tveganja je samo vreme - nenadne spremembe pogojev lahko zelo negativno vplivajo na delovanje tovrstnega sistema, saj povzročajo težave pri odpravljanju napak pri zahtevani moči. V nekem smislu so lahko situacije z močno spremembo količine porabe in proizvodnje nevarne.
Čisto, a drago
Raba sončne energije na Zemlji je trenutno težka zaradi njenih visokih stroškov. Fotocelice, potrebne za izvajanje glavnih procesov, imajo precej visoke stroške. Seveda se zaradi pozitivnih vidikov uporabe tovrstnega vira izplača, vendar z ekonomskega vidika trenutno ni treba govoriti o popolnem povračilu denarnih stroškov.
Vendar kot kaže trend, cena sončnih celic postopoma pada, tako da je sčasoma ta problem mogoče popolnoma rešiti.
Neprijetnost postopka
Uporaba sonca kot vira energije je težka tudi zato, ker je ta način obdelave virov precej naporen in neprimeren. Poraba in obdelava sevanja sta neposredno odvisna od čistoče plošč, kar je precej problematično zagotoviti. Poleg tega izjemnoNegativno vpliva na proces tudi segrevanje elementov, kar je mogoče preprečiti le z uporabo najmočnejših hladilnih sistemov, kar zahteva dodatne materialne stroške, in to precejšnje.
Poleg tega so plošče, ki se uporabljajo v sončnih kolektorjih, po 30 letih aktivnega dela postopoma postale neuporabne, cena sončnih celic pa je bila omenjena že prej.
okoljsko vprašanje
Prej je bilo rečeno, da lahko uporaba tovrstnega vira reši človeštvo pred precej resnimi težavami z okoljem v prihodnosti. Vir virov in končni izdelek sta resnično čim bolj prijazna do okolja.
Kljub temu je uporaba sončne energije načelo delovanja sončnih kolektorjev uporaba posebnih plošč s fotocelicami, katerih izdelava zahteva veliko strupenih snovi: svinec, arzen ali kalij. Njihova uporaba ne škoduje okolju, vendar glede na njihovo omejeno življenjsko dobo lahko sčasoma odlaganje plošč postane resen problem.
Da bi omejili negativni vpliv na okolje, proizvajalci postopoma prehajajo na tankoslojne rezine, ki imajo nižje stroške in manj škodljivo vplivajo na okolje.
Metode za pretvorbo sevanja v energijo
Filmi in knjige o prihodnosti človeštva nam skoraj vedno dajejo približno enako sliko tega procesa, ki je pravzapravlahko bistveno odstopajo od realnosti. Obstaja več načinov za pretvorbo.
Najpogostejša je prej opisana uporaba fotocelic.
Človeštvo kot alternativo aktivno uporablja sončno toplotno energijo, ki temelji na segrevanju posebnih površin, kar omogoča segrevanje vode s pravilno smerjo pridobljene temperature. Če ta postopek čim bolj poenostavimo, ga lahko primerjamo z rezervoarji, ki se uporabljajo za poletne prhe v zasebnih hišah.
Drug način uporabe sevanja za pridobivanje energije je "sončno jadro", ki lahko deluje samo v vakuumu. Ta vrsta sistema pretvarja sevanje v kinetično energijo.
Problem pomanjkanja proizvodnje ponoči delno rešujejo sončne balonske elektrarne, katerih delovanje se nadaljuje zaradi kopičenja sproščene energije in trajanja procesa hlajenja.
Mi in sončna energija
Viri sončne in vetrne energije na Zemlji se uporabljajo precej aktivno, čeprav tega pogosto ne opazimo. Prej je bilo že omenjeno ljudsko segrevanje vode pod zunanjim tušem. Pravzaprav se za te namene najpogosteje uporablja sončna energija. Vendar pa obstaja veliko drugih primerov: skoraj v vsaki trgovini z razsvetljavo lahko najdete sijalke za shranjevanje, ki lahko delujejo brez elektrike tudi ponoči, zahvaljujoč energiji, ki se nabere čez dan.
Inštalacije na osnovi fotocelic se aktivno uporabljajo v vseh vrstah črpališč in prezračevalnih sistemov.
Včeraj, danes, jutri
Eden najpomembnejših virov za človeštvo je sončna energija, možnosti za njeno uporabo pa so izjemno velike. Ta industrija se aktivno financira, širi in izboljšuje. Zdaj je sončna energija najbolj razvita v Združenih državah, kjer jo nekatere regije uporabljajo kot popoln alternativni vir energije. Tudi takšne elektrarne delujejo v puščavi Mojave. Druge države že dolgo stremejo k tovrstni proizvodnji električne energije, ki bi lahko kmalu rešila problem onesnaževanja okolja.
