Matumizi ya nishati ya jua Duniani. Matarajio ya matumizi ya nishati ya jua Duniani

2024 Mwandishi: Henry Conors | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-02-12 13:13

Leo, tatizo la matumizi ya nishati ni kubwa sana - rasilimali za sayari hazina mwisho, na wakati wa kuwepo kwake, ubinadamu umeharibu sana kile kilichotolewa na asili. Kwa sasa, makaa ya mawe na mafuta yanachimbwa kikamilifu, hifadhi ambazo zinazidi kuwa ndogo kila siku. Nguvu ya mawazo iliruhusu mwanadamu kuchukua hatua ya ajabu katika siku zijazo na kutumia nishati ya atomiki, na kuleta pamoja na faida hii hatari kubwa kwa mazingira yote.

Suala la kimazingira sio kali sana - uchimbaji hai wa rasilimali na matumizi yao zaidi huathiri vibaya hali ya sayari, kubadilisha sio tu asili ya udongo, lakini hata hali ya hewa.

Ndiyo maana uangalizi maalum daima umekuwa ukilipwa kwa vyanzo asilia vya nishati, kama vile maji au upepo. Hatimaye, baada ya miaka mingi ya utafiti na maendeleo ya kazi, ubinadamu "umekua" kwa matumizi ya nishati ya jua duniani. Ni juu yake kwamba tutajadili zaidi.

Ni nini kinavutia kwenye hii

Kabla ya kuendelea na mifano mahususi, hebu tujue ni kwa nini watafiti kote ulimwenguni wanapenda sana aina hii ya uzalishaji wa nishati. Mali yake kuu inaweza kuitwa kutokuwa na mwisho. Licha ya nadharia nyingi, uwezekano kwamba nyota kama Jua itatoka katika siku za usoni ni mdogo sana. Hii ina maana kwamba ubinadamu una fursa ya kupokea nishati safi kwa njia ya asili kabisa.

Faida ya pili isiyo na shaka ya kutumia nishati ya jua Duniani ni urafiki wa mazingira wa chaguo hili. Athari kwa mazingira chini ya hali kama hizo zitakuwa sifuri, ambayo kwa upande huipatia dunia nzima mustakabali mzuri zaidi kuliko ule unaofungua kwa uchimbaji wa mara kwa mara wa rasilimali chache za chini ya ardhi.

Mwishowe, tahadhari maalum inapaswa kulipwa kwa ukweli kwamba matumizi ya nishati ya jua husababisha hatari ndogo kwa wanadamu.

Kweli

Sasa twende kwenye hoja. Jina fulani la kishairi "nishati ya jua" kwa kweli huficha ubadilishaji wa mionzi kuwa umeme kwa kutumia teknolojia zilizotengenezwa maalum. Mchakato huu hutolewa na seli za photovoltaic, ambazo ubinadamu hutumia kikamilifu kwa madhumuni yake, na kwa mafanikio kabisa.

Mionzi ya jua

Ilifanyika kihistoria kwamba nomino "mionzi" inaibua uhusiano mbaya zaidi kuliko chanya kuhusiana na majanga yale ya wanadamu ambayo ulimwengu uliweza kuishi katika maisha yake. Hata hivyo, teknolojia ya kutumia nishati ya Jua Duniani hutoa kwa ajili ya kufanya kazi nayo.

Kimsingi,aina hii ya mionzi ni mionzi ya sumakuumeme, ambayo safu yake ni kati ya mikroni 2.8 na 3.0.

Wigo wa jua unaotumiwa kwa mafanikio na mwanadamu kwa hakika una aina tatu za mawimbi: mionzi ya jua (takriban 2%), takriban 49% ni mawimbi ya mwanga na, hatimaye, kiasi sawa ni katika mionzi ya infrared. Nishati ya jua ina idadi ndogo ya vipengele vingine, lakini jukumu lao ni ndogo sana kwamba hawana athari maalum kwa maisha ya Dunia.

Kiasi cha nishati ya jua kugonga Dunia

Kwa kuwa sasa muundo wa wigo unaotumika kwa manufaa ya wanadamu umebainishwa, kipengele kimoja muhimu zaidi cha rasilimali hii inapaswa kuzingatiwa. Utumiaji wa nishati ya jua Duniani unaonekana kuwa mzuri sana kwa sababu inapatikana kwa idadi kubwa kwa karibu gharama ndogo za usindikaji. Jumla ya nishati inayotolewa na nyota ni ya juu sana, lakini karibu 47% hufikia uso wa Dunia, ambayo ni sawa na kilowati mia saba za kilowati. Kwa kulinganisha, tunaona kwamba saa moja tu ya kilowati inaweza kutoa uendeshaji wa miaka kumi wa balbu yenye nguvu ya wati mia moja.

Nguvu ya mionzi ya Jua na matumizi ya nishati duniani, bila shaka, inategemea mambo kadhaa: hali ya hewa, angle ya matukio ya miale juu ya uso, msimu na eneo la kijiografia.

Lini na kwa kiasi gani

Ni rahisi kukisia kuwa kiwango cha kila siku cha nishati ya jua kinaanguka juu ya usoDunia inabadilika kila wakati, kwani inategemea moja kwa moja nafasi ya sayari kuhusiana na Jua na harakati ya taa yenyewe. Imejulikana kwa muda mrefu kuwa mionzi ya saa sita mchana ni ya juu zaidi, wakati asubuhi na jioni idadi ya miale inayofika kwenye uso ni kidogo sana.

Tunaweza kusema kwa ujasiri kwamba matumizi ya nishati ya jua yatakuwa na tija zaidi katika mikoa iliyo karibu iwezekanavyo na ukanda wa ikweta, kwa kuwa ni pale kwamba tofauti kati ya viashiria vya juu na vya chini ni ndogo, ambayo inaonyesha kiwango cha juu cha mionzi inayofikia uso wa sayari. Kwa mfano, katika maeneo ya jangwa la Afrika, kiasi cha kila mwaka cha mionzi hufikia wastani wa saa za kilowati 2200, wakati huko Kanada au, kwa mfano, Ulaya ya Kati, takwimu hazizidi saa za kilowati 1000.

Nishati ya jua katika historia

Ikiwa unafikiri kwa mapana iwezekanavyo, majaribio ya "kudhibiti" mwangaza mkuu unaopasha joto sayari yetu yalianza nyakati za kale wakati wa upagani, wakati kila kipengele kilijumuishwa na mungu tofauti. Hata hivyo, bila shaka, basi matumizi ya nishati ya jua yalikuwa nje ya swali - uchawi ulitawala duniani.

Mada ya kutumia nishati ya Jua Duniani ilianza kukuzwa kikamilifu mwishoni mwa 14 - mwanzoni mwa karne ya 20. Mafanikio ya kweli katika sayansi yalifanywa mnamo 1839 na Alexander Edmond Becquerel, ambaye aliweza kuwa mgunduzi wa athari ya photovoltaic. Utafiti wa mada hii umeongezeka kwa kiasi kikubwa, na baada ya miaka 44, Charles Fritts aliweza kubuni ya kwanza kabisamoduli kulingana na seleniamu iliyotiwa dhahabu. Matumizi haya ya nishati ya Jua Duniani yalitoa kiasi kidogo cha umeme iliyotolewa - jumla ya kiasi cha uzalishaji basi kilifikia si zaidi ya 1%. Hata hivyo, kwa wanadamu wote, huu ulikuwa mafanikio ya kweli, na kufungua upeo mpya wa sayansi, ambao hata haukuwa umeota hapo awali.

Albert Einstein mwenyewe alitoa mchango mkubwa katika ukuzaji wa nishati ya jua. Katika ulimwengu wa kisasa, jina la mwanasayansi mara nyingi huhusishwa na nadharia yake maarufu ya uhusiano, lakini kwa kweli, alipewa Tuzo la Nobel kwa usahihi kwa kusoma athari ya nje ya upigaji picha.

Hadi leo, teknolojia ya kutumia nishati ya jua Duniani inakabiliwa na kupanda kwa kasi au maporomoko ya haraka sana, hata hivyo, tawi hili la maarifa linasasishwa kila mara na ukweli mpya, na tunaweza kutumaini kwamba katika siku zijazo zinazoonekana., mlango wa ulimwengu mpya kabisa utafunguliwa mbele yetu. amani.

Asili ni dhidi yetu

Tayari tumezungumza kuhusu faida za kutumia nishati ya Jua Duniani. Sasa hebu tuzingatie ubaya wa njia hii, ambayo, kwa bahati mbaya, sio chini.

Kwa sababu ya utegemezi wa moja kwa moja wa eneo la kijiografia, hali ya hewa na mwendo wa Jua, utengenezaji wa nishati ya jua kwa wingi wa kutosha unahitaji gharama kubwa za eneo. Jambo la msingi ni kwamba kadiri eneo la matumizi na usindikaji wa mionzi ya jua linavyoongezeka, ndivyo tutapata nishati rafiki kwa mazingira kwenye pato. Uwekaji wa vilemifumo mikubwa inahitaji nafasi nyingi bila malipo, jambo ambalo husababisha matatizo fulani.

Tatizo lingine kuhusu matumizi ya nishati ya jua Duniani linahusiana moja kwa moja na wakati wa mchana, kwa kuwa kizazi kitakuwa sifuri usiku, na kisicho na maana sana asubuhi na jioni.

Jaribio la ziada la hatari ni hali ya hewa yenyewe - mabadiliko ya ghafla ya hali yanaweza kuwa na athari mbaya sana kwa uendeshaji wa aina hii ya mfumo, kwa kuwa husababisha ugumu katika utatuzi wa nishati inayohitajika. Kwa maana fulani, hali zenye mabadiliko makali katika kiasi cha matumizi na uzalishaji zinaweza kuwa hatari.

Safi lakini ghali

Matumizi ya nishati ya jua Duniani ni magumu kwa sasa kutokana na gharama yake kubwa. Seli za picha zinazohitajika kwa utekelezaji wa michakato kuu zina gharama kubwa zaidi. Bila shaka, vipengele vyema vya kutumia aina hii ya rasilimali huifanya kulipa, lakini kwa mtazamo wa kiuchumi, kwa sasa hakuna haja ya kuzungumza juu ya malipo kamili ya gharama za fedha.

Hata hivyo, kama mtindo unavyoonyesha, bei ya seli za jua inashuka polepole, kwa hivyo baada ya muda tatizo hili linaweza kutatuliwa kabisa.

Usumbufu wa mchakato

Matumizi ya Jua kama chanzo cha nishati pia ni magumu kwa sababu njia hii ya usindikaji wa rasilimali ni ngumu na si rahisi. Matumizi na usindikaji wa mionzi moja kwa moja hutegemea usafi wa sahani, ambayo ni shida kabisa kuhakikisha. Kwa kuongeza, sanaUpashaji joto wa vipengele pia huathiri vibaya mchakato, ambao unaweza tu kuzuiwa kwa kutumia mifumo ya kupoeza yenye nguvu zaidi, ambayo inahitaji gharama za nyenzo za ziada, na kubwa zaidi.

Aidha, sahani zinazotumiwa katika kukusanya nishati ya jua, baada ya miaka 30 ya kazi hai, polepole hazitumiki, na gharama ya seli za jua ilitajwa hapo awali.

suala la mazingira

Hapo awali ilisemekana kuwa matumizi ya aina hii ya rasilimali yanaweza kuokoa ubinadamu kutokana na matatizo makubwa kabisa ya mazingira katika siku zijazo. Chanzo cha rasilimali na bidhaa ya mwisho ni rafiki wa mazingira iwezekanavyo.

Hata hivyo, matumizi ya nishati ya jua, kanuni ya uendeshaji wa watoza nishati ya jua ni kutumia sahani maalum na photocells, utengenezaji wake unahitaji vitu vingi vya sumu: risasi, arseniki au potasiamu. Matumizi yao hayaleti madhara yoyote kwa mazingira, hata hivyo, kutokana na muda wao mdogo wa kuishi, baada ya muda, utupaji wa sahani unaweza kuwa tatizo kubwa.

Ili kuzuia athari hasi kwa mazingira, watengenezaji wanahamia hatua kwa hatua hadi kwenye kaki za filamu nyembamba, ambazo zina gharama ya chini na madhara kidogo kwa mazingira.

Njia za kubadilisha mionzi kuwa nishati

Filamu na vitabu kuhusu mustakabali wa wanadamu karibu kila mara hutupa takriban picha sawa ya mchakato huu, ambayo, kwa kweli,inaweza kutofautiana sana na ukweli. Kuna njia kadhaa za kubadilisha.

Inayojulikana zaidi ni matumizi yaliyoelezwa hapo awali ya seli za picha.

Kama mbadala, ubinadamu hutumia kikamilifu nishati ya jua, kulingana na upashaji joto wa nyuso maalum, ambayo inaruhusu kupasha maji kwa mwelekeo sahihi wa halijoto inayopatikana. Ukirahisisha mchakato huu kadri uwezavyo, unaweza kulinganishwa na matangi ambayo hutumika kwa mvua za majira ya joto katika nyumba za kibinafsi.

Njia nyingine ya kutumia mionzi kuzalisha nishati ni "solar sail", ambayo inaweza kufanya kazi katika ombwe tu. Mfumo wa aina hii hubadilisha mionzi kuwa nishati ya kinetiki.

Tatizo la ukosefu wa uzalishaji wakati wa usiku linatatuliwa kwa kiasi na mitambo ya umeme ya puto ya jua, ambayo uendeshaji wake unaendelea kutokana na mkusanyiko wa nishati iliyotolewa na muda wa mchakato wa kupoeza.

Sisi na nishati ya jua

Nyenzo za nishati ya jua na upepo Duniani zinatumika kikamilifu, ingawa mara nyingi hatuoni hili. Mapema, inapokanzwa kwa watu wa maji katika oga ya nje tayari imetajwa. Kwa kweli, mara nyingi nishati ya jua hutumiwa kwa madhumuni haya. Hata hivyo, kuna mifano mingine mingi: karibu kila duka la taa unaweza kupata balbu za kuhifadhi ambazo zinaweza kufanya kazi bila umeme hata usiku kutokana na nishati inayokusanywa wakati wa mchana.

Usakinishaji kulingana na seli za picha hutumiwa kikamilifu katika kila aina ya vituo vya kusukuma maji na mifumo ya uingizaji hewa.

Jana, leo, kesho

Mojawapo ya rasilimali muhimu zaidi kwa binadamu ni nishati ya jua, na matarajio ya matumizi yake ni makubwa mno. Sekta hii inafadhiliwa kikamilifu, inapanuliwa na kuboreshwa. Sasa nishati ya jua imeendelezwa zaidi nchini Marekani, ambapo baadhi ya mikoa inaitumia kama chanzo kamili cha nishati mbadala. Pia, mitambo ya nguvu ya aina hii inafanya kazi katika Jangwa la Mojave. Nchi nyingine kwa muda mrefu zimeelekea kwenye aina hii ya uzalishaji wa umeme, ambao unaweza kutatua hivi karibuni tatizo la uchafuzi wa mazingira.