Історія використання сонячної енергії

Багато процесів життєдіяльності на земній кулі забезпечуються ресурсами сонячної енергії. Світло і тепло зірки дозволяють здійснюватися круговороту води в природі, рости рослинам, а також сприяють виробленню палива за рахунок накопичення вуглецю. Сонце з давніх часів і до цього дня грає важливу роль в існуванні будь-якого живого організму.

Екскурс в історію використання сонячної енергії

Про користь тепла і світла предки пам’ятали завжди: в жарких країнах вони сушили шкури, готували їжу на розпеченому камінні, в холодні ж часи Сонце зігрівало і дозволяло вижити. Після неминучих процесів еволюціонування в VII столітті до нашої ери з’явився годинник, що визначав час за Сонцем. Вперше такий механізм був розроблений в Вавилоні, потім досвід перейняли предки Риму і Греції. III століття до нової ери відкрили можливість розпалювання вогню. Достеменно відомо, що Архімеду за допомогою даного методу вдалося спалити дотла флот ворога, облягав місто.

У промисловість використання сонячної енергії ввів в Італії Леонардо да Вінчі, спроектувавши параболічне дзеркало, що відбиває світло під кутами, необхідними для обігріву котельні фабрики. Згодом, у Франції Жорж Луї Леклерк де Бюффон удосконалив технологію да Вінчі. Тепер з’явилася можливість використання відбитих променів в якості розпалювача. Бюффону вдалося запалити таким чином сухе дерево на відстані 68 кілометрів від дзеркала. У 18 столітті було здійснене відкриття, що дозволяє використовувати лінзи для концентрації тепла. Потім в 19 столітті Олександр Едмон Беккерель виявив фотоефект, Чарльз Фріттс створив першу батарею, а на початку 20 століття Альберт Ейнштейн був нагороджений Нобелівською премією за доопрацювання ідеї Беккереля. Недоліком був тільки дуже низький Коефіцієнт корисної дії (ККД) – всього 1%. Середина століття стала початком ери використання супутників з сонячними блоками, які використовували сонячну енергію для споживанн. Тепер ККД становив близько 20%. В основному, такі потужні пристрої в промислових масштабах розроблялися в США, Ізраїлі, Саудівській Аравії і деяких інших країнах.

Сучасність

Сьогодні напрямок сонячної енергетики розвивається досить швидко. У багатьох державах відбувається активна підтримка даної галузі, створюються спеціальні програми. Наприклад, власники будинків в Європі мають можливість віддати енергію, накопичену сонячними батареями за день, в муніципальну мережу, натомість отримавши пільги на оплату комунальних послуг. Компанії Німеччини активно викуповують надлишок енергії з метою підтримки інноваційних технологій, що дозволяють більш раціонально використовувати ресурси. У Німеччині існує спеціальна державна програма, що компенсує високий відсоток від витрат при переході на сонячні батареї. Пізніше такий досвід перейняли США, Японія і Монголія. В Іспанії відповідно до законодавства будівництво ведеться тільки з застосуванням технологій впровадження батарей на дахах. Європейська Асоціація Фотовольтаїки(EPІA) прогнозує задоволення світових потреб в електроенергії до 2030 року, в середньому до 12%, завдяки використовуванню сонячних батарей в якості більш дорогих аналогів ДБЖ для котлів.

Перетворення сонячної енергії

У науці використовується термін сонячної сталої, рівної 1367 ват і що припадає на 1 квадратний метр земної кулі. Частка світла розсіюється в атмосфері, а частина мінімізується в залежності від кута падіння променя і часу доби. Таким чином, максимальне значення сонячної енергії на екваторі становитиме близько 300-350 ват. Вчені зійшлися на думці, що перетворення відбувається шляхом перетворення атомів водню в ядро гелію, супроводжуючи цей процес виділенням істотної кількості теплової енергії. Сьогодні поки не існує пристрою, який би працював виключно на сонячному світлі, тому для перетворення були створені батареї і колектори. Перші пристрої перетворять ресурс, що випромінюється зіркою, а другі виробляють тепло.

Серед сучасних способів отримання енергії виділяють наступні:

Фотоелектричний. Найпоширеніший метод, що дозволяє використовувати кремній. Комплекс панелей утворює батарею і розташовується під сонячними променями. При застосуванні даного способу необхідно стежити, щоб на модулі не потрапляли тіні від дерев або прилеглих споруд.

Геліотермальний. Метод заснований на нагріванні поверхні енергоносія в колекторі. Подібним чином можна безперебійно подавати водопостачання або тепло в будинок.

Термоповітряний. Спосіб заснований на захопленні і устремлінні потоку в аеростатний відсік, в якому конденсується водяна пара. Подібна електростанція має перевагу перед іншим обладнанням за рахунок працездатності в будь-який час доби.

Переваги сонячної енергії:

• відсутність плати за ресурс;
• не має побічних ефектів: перетворення світла і тепла в електрику відбувається безшумно, безвідходно, не впливаючи на благоустрій екології;
• довговічність – сонячні батареї здатні працювати близько 30 років;
• можливість вторинного застосування – завдяки сучасним технологіям блоки можуть бути перероблені;
• легкість використання – обладнання забезпечено автономним режимом і не вимагає постійного контролю;
• функціональність – сонячні блоки адаптовані для домашнього застосування.

Недоліки сонячної енерегії:

• різний рівень ефективності в світлий і темний час доби;
• залежність від сезону;
• необхідність акумулювання перетвореної енергії;
• висока вартість, що не дозволяє використання цієї технології в кожному будинку.

Сфера застосування

Варіантів використання сонячного світла досить багато. Найсерйознішим вважається енергопостачання будинків. З початку цього століття наука зробила крок вперед досить далеко, і сьогодні є можливість встановлення сонячних батарей не тільки в якості основних джерел отримання електроенергії, але і у вигляді додаткових, що включаються в роботу по необхідності.

При використанні панелей все частіше відбувається обігрів приміщень або води. Найпростіший колектор напевно є на ділянці у кожного дачника – літній душ із залізним баком на даху. В даному випадку при використанні сонячної енергії принцип обігрівання аналогічний. Теплоносій потрапляє в бойлер, де відбувається збільшення температури рідини без витрати електрики. Подібне обладнання дозволяє досягати тих же результатів, що і ІБП для газових котлів, але коштує значно дорожче. У холодну пору року такий колектор здатний забезпечити тепле повітря і гарячу воду для сім’ї з 3-5 чоловік. Варто відзначити, що при встановленні панелей для обігріву будинку проводяться роботи, що сприяють поліпшенню теплоізоляції.

Сонячна енергія стає все більш популярним джерелом живлення для заряду портативних батарей або акумуляторів. Подібне альтернативне джерело забезпечує роботу багатьох гаджетів – ноутбуків, смартфонів, планшетних комп’ютерів. Деякі виробники вдосконалюють пристрої, додаючи протиударні і водонепроникні функції. Принцип роботи таких апаратів простий: сонячне світло потрапляє на панель і перетворюється в електричний заряд, забезпечуючи живлення. Серед особливостей використання наголошують на необхідності визначення оптимального кута падіння сонячних променів.