Die Nutzung von Solarenergie, Solarenergie – Entwicklungsgeschichte, Vor- und Nachteile

Der Trend zu alternativer Energie nimmt Fahrt auf. Darüber hinaus liegt der Schwerpunkt auf erneuerbaren Energiequellen – Gezeiten, Wind, Sonne. Solarenergie (oder Photovoltaik) gilt als einer der am schnellsten wachsenden Industriezweige. Sehr oft sehr optimistische Aussagen wie die Tatsache, dass die gesamte Energie der kommenden Zeiten, nicht weniger, auf Solarenergie basieren wird.

Streng genommen ist die Energie eines Sterns namens Sonne in „konservierter“ Form in allen Arten fossiler Brennstoffe vorhanden – Kohle, Öl, Gas. Diese Energie beginnt sich im Wachstumsstadium der Pflanzen anzusammeln, die Sonnenlicht und Wärme verbrauchen, die aufgrund komplexer biologischer Prozesse in Kohlenstofffossilien umgewandelt werden. Die Energie des Wassers, seine Zirkulation wird auch von der Sonne unterstützt.

Die Dichte der Sonnenenergie an der oberen Grenze der Atmosphäre beträgt 1350 W/m2, sie wird als „Sonnenkonstante“ bezeichnet. Wenn die Sonnenstrahlen die Erdatmosphäre durchdringen, wird ein Teil der Strahlung gestreut.Aber auch auf der Erdoberfläche reicht seine Dichte für einen möglichen Einsatz aus, auch bei bewölktem Wetter.

Die Geschichte der Entwicklung

Der photovoltaische Effekt (also das Auftreten eines stationären Stroms in einem homogenen Material mit seiner homogenen Photoanregung) wurde 1839 vom französischen Physiker Alexandre-Edmond Becquerel entdeckt. Wenig später entdeckten der Engländer Willoughby Smith und der Deutsche Heinrich-Rudolph Hertz unabhängig voneinander die Photoleitfähigkeit von Selen und die Ultraviolett-Photoleitfähigkeit.

Im Jahr 1888 wurde in Amerika das erste „Solarstrahlungs-Rückgewinnungsgerät“ patentiert. Die ersten Errungenschaften russischer Wissenschaftler auf dem Gebiet der Photoleitung gehen auf das Jahr 1938 zurück. Dann wurde im Labor des Akademikers Abram Joffe erstmals ein Solarenergieumwandlungselement geschaffen, das für den Einsatz in der Solarenergie geplant war.

Der Entwicklung der terrestrischen Solarenergie gingen umfangreiche Arbeiten von Wissenschaftlern (darunter die Physiker Boris Kolomiets und Yuri Maslakovts der Leningrad-Petersburg Scientific School) auf dem Gebiet der Solarbatterien für Weltraumzwecke voraus. Sie stellten im Leningrader Institut für Physik und Technologie Fotozellen aus Thalliumschwefel her, deren Wirkungsgrad 1 % betrug – ein echter Rekord für die damalige Zeit.

Abram Joffe wurde auch der Autor der mittlerweile beliebten Installationslösung Fotozellen auf Dächern (obwohl sich die Idee zunächst nicht allgemein durchsetzte, allein schon deshalb, weil zu dieser Zeit niemand einen Mangel an fossilen Brennstoffen erlebte). Heutzutage installieren Länder wie Deutschland, USA, Japan und Israel zunehmend Sonnenkollektoren auf den Dächern von Gebäuden und schaffen so „energieeffiziente Häuser“.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts begann die Solarenergie immer mehr Interesse zu wecken.Dank praktischer Entwicklungen in diesem Bereich entstanden Wärmekraftwerke, bei denen das Kühlmittel durch direkte Sonneneinstrahlung erhitzt wird und ein turboelektrischer Generator den im Kessel erzeugten Dampf antreibt.

Mit der Anhäufung von Wissen und dem Fortschritt von der Theorie zur Praxis stellt sich die Frage nach der Rentabilität der Solarstromerzeugung. Die Aufgaben der Solarenergie gingen zunächst nicht über die Versorgung lokaler, beispielsweise schwer zugänglicher oder vom zentralen Stromnetz entfernter Objekte hinaus. Bereits 1975 betrug die Gesamtleistung aller Solaranlagen auf dem Planeten nur 300 kW, und der Preis für ein Kilowatt Spitzenleistung erreichte 20.000 Dollar.

Das Funktionsprinzip von Solarkraftwerken:

Wie Sonnenenergie in Strom umgewandelt wird

Gängige Arten von Solarmodulen

Aber natürlich erforderte die Inbetriebnahme der Solarenergie – auch ohne Berücksichtigung der wirtschaftlichen Komponente – eine deutlich höhere Effizienz. Und es ist ihnen einigermaßen gelungen. Der Wirkungsgrad moderner Silizium-Halbleitergeneratoren liegt bereits bei 15-24 % (siehe — Effizienz von Solarzellen und Modulen), weshalb (neben dem Preisverfall) heute eine konstante Nachfrage besteht.

Die Produktion von Solarmodulen wird von großen globalen Unternehmen wie Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell und anderen beherrscht. Die Kosten für ein Watt installierter elektrischer Leistung von Halbleitersolarzellen sanken auf 2 US-Dollar.

Schon zu Sowjetzeiten reichten schätzungsweise 4.000 km2 Solarmodule aus, um den jährlichen Strombedarf der gesamten Welt zu decken. Und der Wirkungsgrad der Batterien lag damals nicht über 6 %.

Im letzten Jahrhundert wurden in den USA, Frankreich, Spanien, Italien und anderen „Solar“-Ländern 10-Megawatt-Solarkraftwerke (SPP) errichtet. In der UdSSR wurde die erste experimentelle Solaranlage mit einer Leistung von 5 MW auf der Halbinsel Kertsch gebaut, wo die Anzahl der Sonnentage pro Jahr eine der höchsten in der Region ist.

Einige dieser Anlagen sind noch in Betrieb, viele funktionieren nicht mehr, aber man kann mit Sicherheit sagen, dass sie grundsätzlich nicht mit modernen Photovoltaikanlagen konkurrieren können.

Solarkraftwerke:

Arten von Solarkraftwerken

Schwimmende Solarkraftwerke

Solarkonzentratoren

Profis

Die Stärken der Solarenergie liegen auf der Hand und bedürfen keiner ausführlichen Erklärung.

Erstens werden die Ressourcen der Sonne lange reichen – die Lebensdauer eines Sterns wird von Wissenschaftlern auf etwa 5 Milliarden Jahre geschätzt.

Zweitens birgt die Nutzung der Solarenergie keine Gefahr für Treibhausgasemissionen, globale Erwärmung und allgemeine Umweltverschmutzung, d. h. hat keinen Einfluss auf das ökologische Gleichgewicht des Planeten.

Eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 1 MW erzeugt jährlich etwa 2 Millionen kW. Dadurch werden Kohlendioxidemissionen im Vergleich zu einem Verbrennungskraftwerk in folgenden Mengen vermieden: bei Gas etwa 11.000 Tonnen, bei Ölprodukten 1,1-1,5.000 Tonnen, bei Kohle 1,7-2,3 Tausend Tonnen...

Nachteile

Zu den Engpässen der Solarenergie gehören erstens der immer noch nicht hohe Wirkungsgrad und zweitens die nicht niedrigen Kosten pro Kilowattstunde – etwas, das Fragen über die weit verbreitete Nutzung erneuerbarer Energiequellen aufwirft.

Hinzu kommt, dass ein beträchtlicher Teil der Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche unkontrolliert gestreut wird.

Auch die Sicherheit der Umwelt ist strikt fraglich – schließlich ist immer noch nicht klar, was mit der Entsorgung der verbrauchten Elemente geschehen soll.

Schließlich ist der Grad der Erforschung der Solarenergie – was auch immer man sagen mag – noch lange nicht perfekt.

Das schwächste Glied der Solarenergie ist die geringe Effizienz der Batterien; Die Lösung dieses Problems ist nur eine Frage der Zeit.

Verwendung

Ja, Energie aus der Sonne zu gewinnen ist nicht das billigste Projekt. Aber erstens ist in den letzten dreißig Jahren ein mit Fotozellen erzeugtes Watt zehnmal billiger geworden. Und zweitens spielt die Solarenergie eine Rolle beim Wunsch der europäischen Länder, die Abhängigkeit von traditionellen Energiequellen zu verringern. Vergessen Sie auch nicht das Kyoto-Protokoll. Wir können jetzt sagen, dass sich die Solarenergie sowohl aus wissenschaftlicher als auch aus wirtschaftlicher Sicht stetig weiterentwickelt.

Heutzutage wird Solarenergie am aktivsten für drei Zwecke genutzt:

• Heizung und Warmwasser und Klimaanlage;

• Umwandlung in elektrische Energie mittels Solar-Photovoltaik-Wandlern;

• groß angelegte Stromerzeugung auf Basis des Wärmekreislaufs.

Sonnenenergie muss nicht in Strom umgewandelt werden, es ist aber durchaus möglich, sie als Wärme zu nutzen. Zum Beispiel für Heizung und Warmwasser von Wohn- und Industrieanlagen.

Die Grundlage des Funktionsprinzips der Konstruktion von Solarheizsystemen ist die Erwärmung von Frostschutzmitteln.Die Wärme wird dann in Speichertanks, die sich meist im Keller befinden, übertragen und von dort verbraucht.

Einer der größten potenziellen Verbraucher von Photovoltaikenergie ist der Agrarsektor, der unabhängig Hunderte Megawatt Spitzensolarenergie pro Jahr verbrauchen kann. Hinzu kommen Navigationsunterstützung, Strom für Telekommunikationssysteme, Systeme für das Resort und das Gesundheits- und Tourismusgeschäft sowie Villen, Solarstraßenlaternen und mehr.

Heutzutage wird ernsthaft über die Möglichkeit nachgedacht, die Sonnenenergie aus der Sicht des Laien absolut fantastisch zu nutzen. Zum Beispiel Projekte für die Umlaufbahn von Solarstationen oder, noch fantastischer, Solarkraftwerke auf dem Mond.

Und tatsächlich gibt es solche Projekte. Im Weltraum ist die Konzentration der Sonnenenergie viel höher als auf unserem blauen Planeten. Die Energieübertragung zur Erde ist mittels gerichteter Lichtstrahlung (Laser) oder ultrahochfrequenter Strahlung (Mikrowelle) möglich.

Fortsetzung des Themas: Bauen Sie weltweit Solarenergie aus