Слънчева енергия
от Уикипедия, свободната енциклопедия
 |
Тази статия се нуждае от подобрение. Необходимо е: редактиране на статията за да може да се преименува на "слънчева енергетика". Ако желаете да помогнете на Уикипедия, просто щракнете на редактиране и нанесете нужните корекции. |
Съдържание |
[редактиране] Същност
За една година Земята получава от Слънцето около 1,96.10²¹ килокалории лъчиста енергия, която е около 10 пъти повече от всички нейни енергийни запаси взети заедно. Почти същото количество енергия се излъчва от Земята обратно в космоса – затова температурата ѝ не се отклонява от тази, необходима за съществуване на живота в този вид, в който го познаваме (част от енергията, която Земята излъчва в космоса се получава от ядрения разпад).
Слънцето не е просто източник на енергия – то е източник на нискоентропийна енергия. То излъчва фотони с енергия, която е по-висока от енергията на фотоните, които Земята излъчва в космоса. Животът на планетата е възможен, благодарение на ниската ентропия, която ни осигурява Слънцето.
[редактиране] Производство на електроенергия
Използването на слънцето за енергийни цели е познато от древността. То е най-големият напълно възобновяем ресурс за производство на електроенергия, не само на Земята, но и на всички планети и спътници в слънчевата система. Не е тайна, че всички космически кораби и извънземни станции, изпратени от Земята, ползват за основен енергиен източник слънчева енергия. Именно благодарение на това, фотоволтаичните системи имат много висока степен на технологичност и са с много дълъг икономически живот – до 30 години. Те не бяха използвани масово в енергетиката през миналия век. Но в края му и в началото на 21-ви век, те все по-широко навлизат в гражданските сфери. Това е свързано с два известни факта: Първо - дефицитността на конвенционалните енергогорива и второ, но не по-малко важно – напълно природосъобразното производство на електричество.
Мащабното ползване на слънчевата енергия за производство на електричество означава оборудването на големи площи със съоръжения за „улавяне“ на слънчевите лъчи в регионите, където излъчването на нашия основен светлинен и топлинен източник е най-силно и където блестящите синкави ареали биха пречили най-малко на населението. Получената по този начин електрическа енергия би могла да служи за разделяне на водата на водород и кислород, като полученият водород бъде транспортиран с кораби или магистрални тръбопроводи до потребителите. Специалистите предполагат, че това ще бъде осъществено до 2050 г. В момента в Исландия се изпитват възможностите за оползотворяване на водорода, макар и на основата на топлината, отделяна от земята, и на водната сила. Предстои да бъде извършена още много изследователска работа. Слънчевата батерия трябва да стане по-ефективна, по-надеждна и преди всичко да функционира по-икономично. При това в бъдеще размерът на елементарните частици ще играе решаваща роля. Благодарение на най-новите покрития с полупроводникови наночастици, чиято големина е само една милионна част от милиметъра, може да се очаква икономия на разходи в размер на 80% в сравнение с използваните днес силициеви технологии за производството на слънчеви батерии. Разработена е нова концепция за чувствителни на цветове нанокристални полупроводникови покрития, която е довела до увеличаване на КПД (коефициент на полезно действие) дори при слабо дифузно осветление – решение, което е идеално за региони с оскъдно слънце. Налагането на фотоволтаичните модули като масов продукт вече е факт. Но цената им все още не е достатъчно конкурентна. Разработването и усъвършенстването продължава да е труден процес и много от първоначалните очаквания не са изпълнени. Независимо от казаното, през последните 20 години цената на съоръженията със слънчеви батерии е паднала с близо 60%.
[редактиране] Видове технологии
Има много технологии за използване на слънчевата енергия. Те се прилагат в жилищния, търговскя, индустриалния, земеделския и транспортни сектори. Слънчевата енергия може да се използва за производство на храна, топлина, светлина и електричество. Гъвкавостта на слънчевата енергия се проявява в множеството технологии за използването й.
[редактиране] Земеделие и градинарство
Фотосинтезата е изключително важно фотохимично взаимодействие. По-голяма част от живота на Земята зависи от способността на растенията да фотосинтезират светлина. Въпреки че лесно може да бъде пренебрегнато, ефективното използване на слънчевата енергия е основополагащ принцип в земеделието. Този принцип е особено важен в периоди на недостиг както се наблюдава по време на Малката ледникова епоха когато средновековните европейски фермери използвали сложни техники за ориентиране на посевите и термична маса, за да преобразуват възможно повече слънчева светлина в храна.[1] С напредъка на земеделието продължава да се оптимизира наличието на светлина чрез различни методи като времето за засаждане, ориентацията на редовете, наличието на бразди между редовете, гъстотата на засяване и много други.[2]
Човешките общества са използвали растителен материал, особено дъвесен, за гориво от векове насам. Днес биомасата се счита за форма на възобновяема енергия, а не като слънчева енергия, защото производството ѝ е индиректно. Изкопаемите горива също първоначално са създадени от използваната от растенията слънчева енергия. Използването на изкопаеми горива не се смята за възобновяема енергия.
Парниците внимателно контролират използването на слънчева топлина и светлина за отглеждане на специални насаждения. Примитивните парници са използвани първоначално в римско време за отглеждане на краставици за император Тиберий.[3] През 16 век е построен първият модерен парник в Италия за опазване на тропически растения, с които се завръщали пътешествениците. Парниците все още са важна част от модерното градинарство. Най-големият парников комплекс в света е в Willcox, Arizona, където се отглеждат 106 хектара домати и краставици.
[редактиране] Архитектура и градоустройство
Слънчевият дизайн може да осигури светлина, комфортни температури и подобрено качество на въздуха чрез ориентация на сградата, пропорции, поставяне на прозорци и материални компоненти, съобразени с местния климат и околна среда. Както климатът е различен в различните региони, така и характеристиките на сградите със слънчев дизайн ще са различни. По думите на римския архитект от първи век Vitruvius:
| “ | Трябва да започнем като вземем под внимание страните и климата, в които ще се строят домовете ако искаме да ги конструираме правилно. Един тип къща е подходяща за Египет, друга за Испания... друга за Рим и така нататък в зависимост от различните характеристики на страните. Това е така защото една част от Земята е точно под пътя на слънцето, друга е далеч от него, а трета се намира между първите две....Очевидно е, че дизайна на домовете трябва да отговаря на различията в климата.[4] | ” |
Градските топлинни острови (UHI) са урбанизирани части, в които температурата е по-висока от съседните територии. Тези по-високи температури се дължат на материалите, използвани в градовете като асфалт и бетон, които имат по-ниско албедо и по-голям топлинен капацитет от естествената околна среда. Директен метод за продиводействие на UHI ефекта е да се боядисват сградите и улиците в бяло или ярки и наситени цветове (жълто, оранжево) и да се съдят дървета. Хипотетична програма за "прохладни общности" в Лос Анджелис прогнозира, че градските температури могат да се намалят с около 3 °C след засаждане на десет милиона дървета, подмяна на покривите на пет милиона жилища и боядисване на една четвърт от пътищата. Приблизителната стойност на такава програма е около US$1 милиярд, а средногодишната полза е оценена на $170 милиона в резултат на намалените разходи за климатици. Допълнително могат да бъдат спестени $360 милиона годишно медицински разходи в резултат на намаления смог.[5]
[редактиране] Слънчево осветление
Историята на осветлението е доминирана от използването на естествена светлина. Римляните признавали правото на светлина още от времето на Corpus Juris Civilis, а английското законодателство въвело това право в Закона за неписаните правила от 1832. Чак през двадесети век изкуственото осветление става основен източник на светлина в сградите. Нефтената криза от 1973 и енергийната криза от 1979 обръщат внимание на мерки за пестене на енергия и използването на ествествена светлина, но интересът намалява след възстановяване на енергийните доставки. Около 22 процента (8.6 EJ)[6] от електричеството използвано в САЩ е за осветеление. Когато се прилагат подходящите техники за слънчева светлина, естествената светлина може да е достатъчна за по-голяма част от деня.[7]
Системите за осветление с естествена светлина снабдяват достатъчно светлина като заменят изкуственото осветление и по този начин пестят енергия директно, а пестят енергия и индиректно като намаляват потреблението за охлаждане.[8] Въпреки че е трудно да се измери, използването на естествено осветление има и физиологични и психични ползи в сравнение с изкуственото осветление.[9] Дизайнът за естествена светлина подбира внимателно вида на прозорците, размера и ориентацията им и може да предвиди и външни сенници. Тези характеристики могат да се включат във вече съществуващи сгради, но са най-ефективни ако се интегрират в пасивни слънчеви сгради. Архитектурата все повече признава естествената светлина като ключов елемент от устойчивия дизайн.[10]
Хибридното слънчево осветление (HSL) е активен метод за използване на слънчева светлина за осветление. Системите за хибридно слънчево осветление събират светлина чрез насочени огледала, които я отвеждат чрез оптичен кабел до вътрешността на сградата. В едноетажни сгради тези системи могат да пренесат 50 процента от директната слънчева светлина.[7]
Лятното и зимно часово време използват слънчевата енергия като напасват съществуващата слънчева светлина с времето през деня, когато е най-необходима. Смяната на часовото време премества използването на електричество от вечерта към сутринта и по този начин намалява енергийните пикове вечер. В Калифорния през зимата този метод намалява с 3 процента пиковото електопотребление и спестява 3400 MWh.[11].
[редактиране] Слънчеви топлинни приложения
Слънчевите топлинни приложения съставляват най-широко използваната категория на слънчеви технологии. Тези технологии използват слънцето за затопляне на вода и отопление, вентилация, готвене, дистилиране и дезинфекция на вода и мн. други.[12]
[редактиране] Затопляне на вода
Шаблон:Main Слънчевите системи за топла вода използват слънчева светлина за затопляне на вода. Комерсиалните системи за вода се появяват в САЩ през 1890те години. Употребата им нараства до 1920те, но постепенно се заменят от сравнително евтини и по-надеждни системи на горива. Икономическото предимство на конвенционалните топлинни горива се променя през времето, в резултат на което периодично нараства интересът към слънчевата топла вода. Покачването на цените и непредсказуемостта на доставките на горива подновяват интереса от слънчеви топлинни технологии през последните години.[13] Около 14 процента (15 EJ) от общото количество на използваната енергия в САЩ е за затопляне на вода.[14] В много климатични зони, слънчевите системи за топла вода могат да доставят от 50 до 75 процента от потребностите от топла вода в бита.
През 2006, общите инсталирани мощности на слънчеви системи за топла вода са 104 GWth и растежът е 15-20 процента годишно.[15] Китай е най-големият производител на слънчеви системи за топла вода с 80% от пазара.[15] Израел е водещ в използването на слънчеви системи за топла вода на глава от населението, като 90% от домовете използват тази технология.[16] В САЩ затоплянето на плувни басейни е най-успешното приложение на слънчевата топла вода.
Технологиите за затопляне на вода от слънцето имат висока ефективност в сравнение с други слънчеви технологии. Ефективността зависи от избора на място и разположението, но плоските и тръбни колектори се очаква да имат ефективност над 60 процента при нормални условия на опериране.[17] Затоплянето на вода от слънцето е особено подходящо за приложения при по-ниски температури (25-70 °C) като плувни басейни, битова гореща вода и отопление на сгради.
[редактиране] Отопление, охлаждане и проветряване
Шаблон:Main Системите за отопление, охлаждане и проветряване на сгради са тясно свързани. Всички те целят постигане на температурен комфорт, добро качество на въздуха в сградите и рационални разходи за инсталиране, опериране и поддръжка. Конвенционалните такива системи са отговорни за 40 процента от енергията, използване в САЩ и Европейския съюз.[18] Много слънчеви технологии за отопление, охлаждане и проветряване могат да се използват за намаляване на този разход на енергия.
[редактиране] Вижте още
[редактиране] Литература
- Роджър Пенроуз, Новият разум на царя, ISBN 954-07-0468-5, стр. 387
