การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์ - ประวัติการพัฒนา ข้อดีและข้อเสีย

แฟชั่นสำหรับพลังงานทางเลือกกำลังได้รับแรงผลักดัน ยิ่งไปกว่านั้น การให้ความสำคัญกับแหล่งพลังงานหมุนเวียน ได้แก่ กระแสน้ำ ลม แสงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์ (หรือเซลล์แสงอาทิตย์) ถือเป็นหนึ่งในภาคอุตสาหกรรมที่เติบโตเร็วที่สุด บ่อยครั้งที่ข้อความในแง่ดีเช่นความจริงที่ว่าพลังงานทั้งหมดในอนาคตไม่น้อยจะขึ้นอยู่กับพลังงานแสงอาทิตย์

กล่าวอย่างเคร่งครัด พลังงานของดาวฤกษ์ที่เรียกว่าดวงอาทิตย์มีอยู่ในรูปแบบ "อนุรักษ์" ในเชื้อเพลิงฟอสซิลทุกประเภท - ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซ พลังงานนี้เริ่มสะสมในขั้นตอนการเจริญเติบโตของพืชซึ่งใช้แสงแดดและความร้อนซึ่งกลายเป็นฟอสซิลคาร์บอนเนื่องจากกระบวนการทางชีววิทยาที่ซับซ้อน พลังงานของน้ำ การไหลเวียนของน้ำยังได้รับการสนับสนุนจากดวงอาทิตย์

ความหนาแน่นของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ขีดจำกัดบนของชั้นบรรยากาศคือ 1,350 W / m2 ซึ่งเรียกว่า «ค่าคงที่ของแสงอาทิตย์» เมื่อรังสีของดวงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศของโลก รังสีบางส่วนจะกระจัดกระจายออกไปแต่แม้บนพื้นผิวโลก ความหนาแน่นของมันก็เพียงพอสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้ แม้ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก

ประวัติศาสตร์ของการพัฒนา

ผลกระทบของโฟโตโวลตาอิก (เช่น การปรากฏตัวของกระแสคงที่ในวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยมีการกระตุ้นด้วยแสงที่เป็นเนื้อเดียวกัน) ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2382 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Alexandre-Edmond Becquerel หลังจากนั้นไม่นาน Willoughby Smith ชาวอังกฤษและ Heinrich-Rudolph Hertz ชาวเยอรมันได้ค้นพบความสามารถในการนำแสงของซีลีเนียมและรังสีอัลตราไวโอเลตโดยอิสระ

ในปี พ.ศ. 2431 "อุปกรณ์กู้คืนรังสีดวงอาทิตย์" เครื่องแรกได้รับการจดสิทธิบัตรในอเมริกา ความสำเร็จครั้งแรกของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียในด้านการนำแสงย้อนไปถึงปี 2481 จากนั้นในห้องปฏิบัติการของนักวิชาการ Abram Joffe องค์ประกอบการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกซึ่งมีแผนจะใช้ในพลังงานแสงอาทิตย์

การพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ภาคพื้นดินนำหน้าด้วยผลงานจำนวนมากของนักวิทยาศาสตร์ (รวมถึงนักฟิสิกส์โรงเรียนวิทยาศาสตร์เลนินกราด-ปีเตอร์สเบิร์ก บอริส โคโลมีตส์ และยูริ มาสลาคอฟต์) ในด้านแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อวัตถุประสงค์ในอวกาศ พวกเขาสร้างขึ้นในสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งเลนินกราดโฟโต้เซลล์จากแทลเลียมซัลเฟอร์ซึ่งมีประสิทธิภาพเท่ากับ 1% ซึ่งเป็นสถิติที่แท้จริงในเวลานั้น

Abram Joffe ยังเป็นผู้เขียนโซลูชันการติดตั้งยอดนิยมในขณะนี้ ตาแมว บนหลังคาบ้าน (แม้ว่าแนวคิดนี้จะไม่แพร่หลายในตอนแรกด้วยเหตุผลที่ว่าไม่มีใครประสบปัญหาการขาดแคลนเชื้อเพลิงฟอสซิลในเวลานั้น) ทุกวันนี้ ประเทศต่างๆ เช่น เยอรมนี สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น อิสราเอล กำลังติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาของอาคารมากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นจึงมีการสร้าง "บ้านประหยัดพลังงาน"

พลังงานแสงอาทิตย์เริ่มดึงดูดความสนใจมากขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20ต้องขอบคุณการพัฒนาเชิงปฏิบัติในพื้นที่นี้ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจึงถูกสร้างขึ้นโดยที่สารหล่อเย็นได้รับความร้อนจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์โดยตรง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบไฟฟ้าจะขับเคลื่อนไอน้ำที่สร้างขึ้นในหม้อไอน้ำ

ด้วยการสะสมความรู้และความก้าวหน้าจากทฤษฎีไปสู่การปฏิบัติ คำถามเกี่ยวกับความสามารถในการทำกำไรของการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์จึงเกิดขึ้น ในขั้นต้นงานของพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ได้ไปไกลกว่าการจัดหาวัตถุในท้องถิ่นเช่นเข้าถึงได้ยากหรือห่างไกลจากระบบไฟฟ้าส่วนกลาง ในปี 1975 พลังงานทั้งหมดของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดบนโลกมีเพียง 300 กิโลวัตต์และราคาของพลังงานสูงสุดกิโลวัตต์สูงถึง 20,000 ดอลลาร์

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์:

พลังงานแสงอาทิตย์แปลงเป็นไฟฟ้าได้อย่างไร

แผงโซลาร์เซลล์ประเภททั่วไป

แต่แน่นอนว่า การรับพลังงานแสงอาทิตย์จากพื้นดิน—แม้ไม่ได้คำนึงถึงองค์ประกอบทางเศรษฐกิจ—ต้องการประสิทธิภาพที่สูงกว่ามาก และพวกเขาก็สามารถบรรลุมันได้บ้าง ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดสารกึ่งตัวนำซิลิกอนสมัยใหม่อยู่ที่ 15-24% (ดู — ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และโมดูล) ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม (เช่นเดียวกับราคาที่ลดลง) จึงมีความต้องการอย่างต่อเนื่องในปัจจุบัน

การผลิตแผงโซลาร์เซลล์ได้รับการควบคุมโดยบริษัทชั้นนำระดับโลก เช่น Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell และอื่นๆ ต้นทุนของพลังงานไฟฟ้าที่ติดตั้งหนึ่งวัตต์ของเซลล์แสงอาทิตย์แบบเซมิคอนดักเตอร์ลดลงเหลือ $2

แม้ในยุคโซเวียต เป็นที่คาดกันว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 4,000 ตารางกิโลเมตรสามารถครอบคลุมความต้องการไฟฟ้าต่อปีของทั้งโลกได้ และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ในเวลานั้นไม่เกิน 6%

ในศตวรรษที่ผ่านมา โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (SPP) ขนาด 10 เมกะวัตต์ได้ก่อตั้งขึ้นในสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส สเปน อิตาลี และประเทศ "พลังงานแสงอาทิตย์" อื่นๆ ในสหภาพโซเวียต โรงงานพลังงานแสงอาทิตย์ทดลองแห่งแรกที่มีกำลังการผลิต 5 เมกะวัตต์ถูกสร้างขึ้นบนคาบสมุทรเคิร์ช ซึ่งมีจำนวนวันที่มีแดดจัดต่อปีสูงที่สุดแห่งหนึ่งในภูมิภาค

สถานีเหล่านี้บางแห่งยังคงเปิดดำเนินการอยู่ หลายแห่งหยุดให้บริการแล้ว แต่ก็ปลอดภัยที่จะบอกว่าโดยหลักการแล้วสถานีเหล่านี้ไม่สามารถแข่งขันกับระบบโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่ได้

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์:

ประเภทของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ลอยน้ำ

หัวแสงอาทิตย์

มืออาชีพ

จุดแข็งของพลังงานแสงอาทิตย์นั้นชัดเจนสำหรับทุกคนและไม่ต้องการคำอธิบายโดยละเอียด

ประการแรก ทรัพยากรของดวงอาทิตย์จะคงอยู่ไปอีกนาน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าอายุขัยของดาวฤกษ์จะอยู่ที่ประมาณ 5 พันล้านปี

ประการที่สอง การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ไม่ได้คุกคามการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ภาวะโลกร้อน และมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมโดยทั่วไป กล่าวคือ ไม่ส่งผลกระทบต่อความสมดุลของระบบนิเวศของโลก

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีกำลังการผลิต 1 เมกะวัตต์ต่อปีผลิตได้ประมาณ 2 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งจะป้องกันการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าเผาไหม้ในปริมาณต่อไปนี้: สำหรับก๊าซประมาณ 11,000 ตัน, สำหรับผลิตภัณฑ์น้ำมัน 1.1-1.5,000 ตัน, สำหรับถ่านหิน 1 ,7-2,3 พันตัน...

ข้อเสีย

ปัญหาคอขวดของพลังงานแสงอาทิตย์ ได้แก่ ประการแรก ยังมีประสิทธิภาพไม่สูงเพียงพอ และประการที่สอง ต้นทุนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงยังไม่ต่ำพอ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนใดๆ อย่างแพร่หลาย

นอกจากนี้ยังมีข้อเท็จจริงที่ว่ารังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวโลกในปริมาณที่พอเหมาะกระจายออกไปอย่างควบคุมไม่ได้

ความปลอดภัยของสิ่งแวดล้อมยังเป็นปัญหาอย่างเคร่งครัด ท้ายที่สุดก็ยังไม่ชัดเจนว่าจะทำอย่างไรกับการกำจัดองค์ประกอบที่ใช้แล้ว

ในที่สุด ระดับการศึกษาพลังงานแสงอาทิตย์—ไม่ว่าพวกเขาจะพูดอะไร—ก็ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ

จุดอ่อนที่สุดในพลังงานแสงอาทิตย์คือประสิทธิภาพต่ำของแบตเตอรี่ การแก้ปัญหานี้เป็นเพียงเรื่องของเวลาเท่านั้น

การใช้งาน

ใช่ การรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ไม่ใช่โครงการที่ถูกที่สุด แต่ก่อนอื่น ในช่วงสามสิบปีที่ผ่านมา หนึ่งวัตต์ที่สร้างขึ้นโดยใช้โฟโตเซลล์มีราคาถูกลงถึงสิบเท่า และประการที่สอง ความปรารถนาของประเทศในยุโรปที่จะลดการพึ่งพาแหล่งพลังงานดั้งเดิมมีบทบาทของพลังงานแสงอาทิตย์ นอกจากนี้ อย่าลืมเกี่ยวกับพิธีสารเกียวโต ตอนนี้เราสามารถพูดได้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์กำลังพัฒนาอย่างมั่นคงทั้งจากมุมมองของวิทยาศาสตร์และจากมุมมองของการพาณิชย์

วันนี้พลังงานแสงอาทิตย์ถูกใช้อย่างแข็งขันเพื่อจุดประสงค์สามประการ:

• เครื่องทำความร้อน น้ำร้อน และเครื่องปรับอากาศ

• การแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้เครื่องแปลงเซลล์แสงอาทิตย์

• การผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ตามวัฏจักรความร้อน

พลังงานแสงอาทิตย์ไม่จำเป็นต้องแปลงเป็นไฟฟ้า แต่ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะใช้เป็นความร้อน ตัวอย่างเช่นสำหรับทำความร้อนและน้ำร้อนของที่อยู่อาศัยและโรงงานอุตสาหกรรม

พื้นฐานของหลักการทำงานของการออกแบบระบบทำความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์คือการให้ความร้อนของสารป้องกันการแข็งตัวจากนั้นความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังถังเก็บซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ชั้นใต้ดินและถูกนำไปใช้จากที่นั่น

หนึ่งในผู้บริโภคที่มีศักยภาพมากที่สุดของพลังงานแสงอาทิตย์คือภาคเกษตรกรรมซึ่งสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์สูงสุดหลายร้อยเมกะวัตต์ต่อปี สามารถเพิ่มการรองรับการนำทาง พลังงานสำหรับระบบโทรคมนาคม ระบบสำหรับรีสอร์ทและธุรกิจด้านสุขภาพและการท่องเที่ยว ตลอดจนวิลล่า ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ และอื่นๆ

วันนี้ ความเป็นไปได้ที่ยอดเยี่ยมอย่างยิ่งจากมุมมองของคนธรรมดา วิธีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์กำลังได้รับการพิจารณาอย่างจริงจัง ตัวอย่างเช่น โครงการโคจรรอบสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ หรือโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนดวงจันทร์ที่น่าอัศจรรย์ยิ่งกว่านั้น

และมีโครงการดังกล่าวอยู่จริง ในอวกาศ ความเข้มข้นของพลังงานแสงอาทิตย์จะสูงกว่ามากเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์สีน้ำเงินของเรา การส่งพลังงานมายังโลกสามารถทำได้โดยใช้แสงโดยตรง (เลเซอร์) หรือรังสีความถี่สูงพิเศษ (ไมโครเวฟ)

ดำเนินการต่อหัวข้อ: ปลูกพลังงานแสงอาทิตย์ในโลก