การใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลก แนวโน้มการใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลก

2024 ผู้เขียน: Henry Conors | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-12 13:43

วันนี้ ปัญหาของการใช้พลังงานค่อนข้างรุนแรง ทรัพยากรของโลกไม่ได้ไม่มีที่สิ้นสุด และในระหว่างที่ดำรงอยู่ มนุษยชาติได้ทำลายล้างสิ่งที่ได้รับจากธรรมชาติค่อนข้างมาก ในขณะนี้ถ่านหินและน้ำมันกำลังถูกขุดอย่างแข็งขันซึ่งมีปริมาณสำรองน้อยลงทุกวัน พลังแห่งความคิดทำให้มนุษยชาติก้าวไปสู่อนาคตอันน่าเหลือเชื่อและใช้พลังงานปรมาณู นำมาซึ่งประโยชน์มหาศาลต่อสิ่งแวดล้อมทั้งหมด

ปัญหาสิ่งแวดล้อมไม่รุนแรงน้อยลง - การดึงทรัพยากรอย่างแข็งขันและการใช้ต่อไปส่งผลเสียต่อสภาพของโลก ไม่เพียงแต่การเปลี่ยนแปลงของธรรมชาติของดินเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสภาพอากาศด้วย

นั่นคือเหตุผลที่ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับแหล่งพลังงานธรรมชาติ เช่น น้ำหรือลม ในที่สุด หลังจากการวิจัยและพัฒนาอย่างแข็งขันเป็นเวลาหลายปี มนุษยชาติได้ "เติบโตขึ้น" กับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลก เราจะพูดถึงเขาต่อไป

มันน่าดึงดูดอะไรขนาดนี้

ก่อนจะพูดถึงตัวอย่างเฉพาะ เรามาดูกันว่าทำไมนักวิจัยทั่วโลกถึงสนใจการผลิตพลังงานประเภทนี้กันมากสินทรัพย์หลักสามารถเรียกได้ว่าไม่สิ้นสุด แม้จะมีสมมติฐานมากมาย แต่โอกาสที่ดาวอย่างดวงอาทิตย์จะดับลงในอนาคตอันใกล้นี้ยังมีน้อยมาก ซึ่งหมายความว่ามนุษยชาติมีโอกาสที่จะได้รับพลังงานสะอาดอย่างเป็นธรรมชาติอย่างสมบูรณ์

ข้อดีที่ไม่ต้องสงสัยประการที่สองของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลกคือความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของตัวเลือกนี้ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวจะเป็นศูนย์ ซึ่งจะทำให้โลกทั้งโลกมีอนาคตที่สดใสกว่าที่เปิดรับจากการสกัดทรัพยากรใต้ดินอย่างจำกัดอย่างต่อเนื่อง

สุดท้ายควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความจริงที่ว่าการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ก่อให้เกิดอันตรายน้อยที่สุดต่อมนุษย์

จริงๆ

เอาล่ะเข้าเรื่องกัน ชื่อบทกวี "พลังงานแสงอาทิตย์" ที่จริงแล้วซ่อนการแปลงรังสีเป็นไฟฟ้าโดยใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ กระบวนการนี้จัดทำโดยเซลล์สุริยะซึ่งมนุษย์ใช้งานอย่างแข็งขันอย่างมากเพื่อจุดประสงค์ของตัวเองและค่อนข้างประสบความสำเร็จ

รังสีแสงอาทิตย์

มันเคยเกิดขึ้นในอดีตจนคำนาม "รังสี" กระตุ้นความสัมพันธ์เชิงลบมากกว่าความสัมพันธ์เชิงบวกที่เกี่ยวข้องกับภัยพิบัติที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งโลกสามารถอยู่รอดได้ในช่วงชีวิตของมัน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการใช้พลังงานของดวงอาทิตย์บนโลกก็ช่วยให้ใช้งานได้

โดยทั่วไปรังสีชนิดนี้เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีช่วงระหว่าง 2.8 ถึง 3.0 ไมครอน

สเปกตรัมของดวงอาทิตย์ที่มนุษย์ใช้สำเร็จจริง ๆ แล้วประกอบด้วยคลื่นสามประเภท: อัลตราไวโอเลต (ประมาณ 2%), ประมาณ 49% เป็นคลื่นแสงและในที่สุดปริมาณรังสีอินฟราเรดในปริมาณเท่ากัน พลังงานแสงอาทิตย์มีองค์ประกอบอื่นๆ จำนวนเล็กน้อย แต่บทบาทของพวกมันไม่มีนัยสำคัญจนไม่มีผลกระทบพิเศษต่อชีวิตของโลก

จำนวนพลังงานแสงอาทิตย์ที่กระทบพื้นโลก

เมื่อพิจารณาถึงองค์ประกอบของสเปกตรัมที่ใช้เพื่อประโยชน์ของมนุษยชาติแล้ว ควรสังเกตคุณลักษณะที่สำคัญอีกประการหนึ่งของทรัพยากรนี้ การใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลกดูเหมือนจะมีแนวโน้มที่ดีเช่นกัน เนื่องจากมีปริมาณมากพอสมควรโดยมีค่าใช้จ่ายในการประมวลผลเพียงเล็กน้อย ปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์นั้นสูงมาก แต่ประมาณ 47% ไปถึงพื้นผิวโลก ซึ่งเท่ากับเจ็ดร้อยสี่พันล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมง สำหรับการเปรียบเทียบ เราสังเกตว่าเพียงหนึ่งกิโลวัตต์-ชั่วโมงเท่านั้นที่สามารถให้การทำงานของหลอดไฟที่มีกำลังไฟหนึ่งร้อยวัตต์เป็นเวลาสิบปี

พลังของการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์และการใช้พลังงานบนโลกนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ: สภาพภูมิอากาศ มุมตกกระทบของรังสีบนพื้นผิว ฤดู และที่ตั้งทางภูมิศาสตร์

เมื่อไหร่และเท่าไหร่

เดาง่าย ๆ ว่าปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงบนพื้นผิวในแต่ละวันโลกมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เพราะมันขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวเคราะห์ที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์และการเคลื่อนที่ของวัตถุโดยตรง เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าตอนเที่ยงการแผ่รังสีจะสูงสุด ในขณะที่ในตอนเช้าและตอนเย็นจำนวนรังสีที่ไปถึงพื้นผิวนั้นน้อยกว่ามาก

เราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าการใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะทำให้เกิดประสิทธิผลมากที่สุดในภูมิภาคที่ใกล้กับแถบเส้นศูนย์สูตรมากที่สุด เนื่องจากมีความแตกต่างระหว่างตัวชี้วัดสูงสุดและต่ำสุดที่น้อยที่สุด ซึ่งบ่งชี้ว่า ปริมาณรังสีสูงสุดที่ไปถึงพื้นผิวโลก ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่แอฟริกาในทะเลทราย ปริมาณรังสีต่อปีโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 2200 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ในขณะที่ในแคนาดาหรือตัวอย่างเช่น ยุโรปกลาง ตัวเลขไม่เกิน 1,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง

พลังงานแสงอาทิตย์ในประวัติศาสตร์

ถ้าคุณคิดให้กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ พยายาม "ควบคุม" แสงสว่างที่ยิ่งใหญ่ที่ทำให้โลกของเราอบอุ่นขึ้นในสมัยโบราณระหว่างลัทธินอกรีต เมื่อองค์ประกอบแต่ละอย่างถูกรวบรวมโดยเทพที่แยกจากกัน อย่างไรก็ตาม แน่นอนว่าการใช้พลังงานแสงอาทิตย์นั้นเป็นไปไม่ได้ - เวทมนตร์ครองโลก

เรื่องการใช้พลังงานของดวงอาทิตย์บนโลกเริ่มมีขึ้นอย่างแข็งขันเมื่อสิ้นสุด 14 - ต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้น ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่แท้จริงเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2382 โดย Alexander Edmond Becquerel ผู้ซึ่งเป็นผู้ค้นพบผลกระทบของเซลล์แสงอาทิตย์ การศึกษาหัวข้อนี้เพิ่มขึ้นอย่างมาก และหลังจาก 44 ปี Charles Fritts ก็สามารถออกแบบได้เป็นครั้งแรกโมดูลที่ใช้ซีลีเนียมเคลือบทอง การใช้พลังงานของดวงอาทิตย์บนโลกนี้ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งปริมาณการผลิตทั้งหมดนั้นไม่เกิน 1% อย่างไรก็ตาม สำหรับมวลมนุษยชาติ นี่เป็นการค้นพบครั้งสำคัญ โดยเป็นการเปิดโลกทัศน์ใหม่ของวิทยาศาสตร์ ซึ่งไม่เคยมีใครคาดคิดมาก่อน

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เองมีส่วนสำคัญในการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ ในโลกสมัยใหม่ ชื่อของนักวิทยาศาสตร์มักเกี่ยวข้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพอันโด่งดังของเขา แต่อันที่จริง เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาการศึกษาเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกจากภายนอกอย่างแม่นยำ

จนถึงทุกวันนี้ เทคโนโลยีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลกกำลังประสบกับการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหรือลดลงอย่างรวดเร็วไม่น้อย อย่างไรก็ตาม สาขาวิชาความรู้นี้ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องด้วยข้อเท็จจริงใหม่ และเราหวังว่าในอนาคตอันใกล้นี้, ประตูสู่โลกใหม่อย่างสมบูรณ์จะเปิดขึ้นต่อหน้าเรา สันติภาพ

ธรรมชาติต่อต้านเรา

เราได้พูดถึงข้อดีของการใช้พลังงานของดวงอาทิตย์บนโลกแล้ว ทีนี้มาดูข้อเสียของวิธีนี้กันซึ่งน่าเสียดายไม่น้อย

เนื่องจากการพึ่งพาสถานที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ สภาพอากาศ และการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์โดยตรง การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในปริมาณที่เพียงพอจึงต้องใช้ต้นทุนมหาศาลในอาณาเขต สิ่งสำคัญที่สุดคือยิ่งพื้นที่การบริโภคและการประมวลผลรังสีดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใดเราจะได้รับพลังงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นที่การส่งออก ตำแหน่งของเช่นระบบขนาดใหญ่ต้องการพื้นที่ว่างจำนวนมาก ซึ่งทำให้เกิดปัญหาบางอย่าง

ปัญหาอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลกคือความสัมพันธ์โดยตรงกับช่วงเวลาของวัน เนื่องจากการสร้างจะเหลือศูนย์ในตอนกลางคืน และไม่มีนัยสำคัญอย่างยิ่งในช่วงเช้าและเย็น

ปัจจัยเสี่ยงเพิ่มเติมคือสภาพอากาศ - การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในเงื่อนไขอาจส่งผลกระทบเชิงลบอย่างมากต่อการทำงานของระบบประเภทนี้ เนื่องจากจะทำให้เกิดปัญหาในการดีบักพลังงานที่ต้องการ ในแง่หนึ่ง สถานการณ์ที่ปริมาณการบริโภคและการผลิตเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วอาจเป็นอันตรายได้

สะอาดแต่แพง

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์บนโลกเป็นเรื่องยากในขณะนี้เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูง โฟโตเซลล์ที่จำเป็นสำหรับการนำกระบวนการหลักไปใช้นั้นมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง แน่นอน แง่บวกของการใช้ทรัพยากรประเภทนี้ทำให้ได้รับผลตอบแทน แต่จากมุมมองทางเศรษฐกิจ ในขณะนี้ไม่จำเป็นต้องพูดถึงการคืนทุนเงินสดทั้งหมด

อย่างไรก็ตาม ตามกระแส ราคาโซลาร์เซลล์ค่อยๆ ลดลง ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยสมบูรณ์ในเวลาที่กำหนด

ความไม่สะดวกของกระบวนการ

การใช้ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานก็ยากเช่นกันเพราะวิธีการประมวลผลทรัพยากรนี้ค่อนข้างลำบากและไม่สะดวก ปริมาณการใช้และการประมวลผลของรังสีโดยตรงขึ้นอยู่กับความสะอาดของเพลต ซึ่งค่อนข้างเป็นปัญหาเพื่อให้แน่ใจว่า นอกจากนี้อย่างมากความร้อนขององค์ประกอบยังส่งผลเสียต่อกระบวนการ ซึ่งสามารถป้องกันได้โดยใช้ระบบทำความเย็นที่ทรงพลังที่สุดเท่านั้น ซึ่งต้องใช้ต้นทุนวัสดุเพิ่มเติมและต้องเสียค่าใช้จ่ายจำนวนมาก

นอกจากนี้ เพลทที่ใช้ในการสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ หลังจากใช้งานมา 30 ปี ค่อยๆ ใช้ไม่ได้ และมีการกล่าวถึงต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์ก่อนหน้านี้

ปัญหาสิ่งแวดล้อม

ก่อนหน้านี้มีการกล่าวกันว่าการใช้ทรัพยากรประเภทนี้สามารถช่วยมนุษยชาติให้รอดพ้นจากปัญหาร้ายแรงต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคต แหล่งที่มาของทรัพยากรและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอย่างแท้จริงที่สุด

อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ หลักการทำงานของแผงเก็บพลังงานแสงอาทิตย์คือการใช้แผ่นพิเศษที่มีโฟโตเซลล์ ซึ่งการผลิตต้องใช้สารพิษจำนวนมาก เช่น ตะกั่ว สารหนู หรือโพแทสเซียม การใช้งานไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ด้วยอายุการใช้งานที่จำกัด เมื่อเวลาผ่านไป การกำจัดเพลตอาจกลายเป็นปัญหาร้ายแรงได้

เพื่อจำกัดผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อม ผู้ผลิตค่อยๆ เปลี่ยนไปใช้แผ่นเวเฟอร์แบบฟิล์มบางซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่าและส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลง

วิธีการแปลงรังสีเป็นพลังงาน

ภาพยนตร์และหนังสือเกี่ยวกับอนาคตของมนุษยชาติมักจะทำให้เราเห็นภาพกระบวนการนี้ใกล้เคียงกัน ซึ่งอันที่จริงอาจแตกต่างไปจากความเป็นจริงอย่างมาก มีหลายวิธีในการแปลง

ที่พบบ่อยที่สุดคือการใช้โฟโต้เซลล์ที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

อีกทางเลือกหนึ่งคือ มนุษย์กำลังใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ โดยอาศัยความร้อนจากพื้นผิวพิเศษ ซึ่งช่วยให้น้ำร้อนมีทิศทางที่เหมาะสมของอุณหภูมิที่ได้รับ หากคุณลดความซับซ้อนของกระบวนการนี้ให้มากที่สุด ก็สามารถเทียบกับถังที่ใช้สำหรับอาบน้ำฤดูร้อนในบ้านส่วนตัว

อีกวิธีหนึ่งในการใช้รังสีเพื่อสร้างพลังงานคือ "ใบเรือสุริยะ" ซึ่งทำงานได้เฉพาะในสุญญากาศเท่านั้น ระบบประเภทนี้แปลงรังสีเป็นพลังงานจลน์

ปัญหาการขาดรุ่นในเวลากลางคืนได้รับการแก้ไขบางส่วนโดยโรงไฟฟ้าบอลลูนสุริยะซึ่งยังคงดำเนินต่อไปเนื่องจากการสะสมของพลังงานที่ปล่อยออกมาและระยะเวลาของกระบวนการทำความเย็น

เราและพลังงานแสงอาทิตย์

ทรัพยากรของพลังงานแสงอาทิตย์และลมบนโลกมีการใช้งานค่อนข้างมาก แม้ว่าเรามักจะไม่สังเกตเห็นสิ่งนี้ ก่อนหน้านี้มีการกล่าวถึงการให้ความร้อนแก่น้ำในห้องอาบน้ำกลางแจ้งแล้ว ในความเป็นจริง ส่วนใหญ่มักจะใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ อย่างไรก็ตาม ยังมีตัวอย่างอื่นๆ อีกมากมาย: ในร้านไฟเกือบทุกร้าน คุณจะพบหลอดไฟสำหรับจัดเก็บที่สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้าแม้ในเวลากลางคืน เนื่องจากพลังงานที่สะสมในระหว่างวัน

การติดตั้งโดยใช้โฟโตเซลล์ถูกใช้งานอย่างแข็งขันในสถานีสูบน้ำและระบบระบายอากาศทุกประเภท

เมื่อวาน วันนี้ พรุ่งนี้

ทรัพยากรที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งสำหรับมนุษยชาติคือพลังงานแสงอาทิตย์ และโอกาสในการใช้งานมีสูงมาก อุตสาหกรรมนี้ได้รับการสนับสนุนอย่างแข็งขัน ขยายและปรับปรุง ปัจจุบัน พลังงานแสงอาทิตย์ได้รับการพัฒนามากที่สุดในสหรัฐอเมริกา ซึ่งบางภูมิภาคใช้เป็นแหล่งพลังงานทางเลือกที่ครบถ้วน นอกจากนี้ โรงไฟฟ้าประเภทนี้ยังทำงานในทะเลทรายโมฮาวี ประเทศอื่นๆ เดินหน้าผลิตไฟฟ้าประเภทนี้มาอย่างยาวนาน ซึ่งอาจแก้ปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้ในเร็วๆ นี้