Преимущество использования энергии Солнца на Земле

Энергия — это жизненная кровь социально-экономического развития. Использование энергии значительно эволюционировало за последние десятилетия в том числе и от Солнца.
Практическое использование энергии Солнца может оказаться более чем достаточным, чтобы удовлетворить спрос для всех энергетических систем необходимых для жизни человека.

Доля ресурсов солнечных лучей, достигающих поверхности Земли, могла бы полностью обеспечить потребность глобального потребления если бы их можно было бы обуздать.

1 иоттаватт (10²⁴ Вт) энергии достигает поверхности Земли в год от Солнца, что примерно в 10 ¹¹ раз превышает спрос на первичные ресурсы в мире, но самый большой вопрос  — как эти ресурсы обуздать.
Для сравнения в 2019 году 20 400 TВт (20,4 х 10¹² Вт) электричества было произведено во всем мире.

Доступный солнечный ресурс

Общий спектр электромагнитных волн, излучаемых Солнцем, определяется как солнечное излучение или инсоляции света. Только небольшая часть этого излучения попадает на Землю. Солнечный свет, который попадает на поверхность Земли содержит видимый, инфракрасный и ультрафиолетовый свет. Время в пути для солнечного света от Солнца до Земли составляет примерно около 8 минут.

Электромагнитное излучение исходит от Солнца со скоростью света 300 тыс. км в секунду. Ультрафиолетовый свет излучаемый Солнцем имеет длину волны до 0,4 микрометра (мкм). Видимый свет имеет длину волны в диапазоне от 0,4 до 0,8 мкм. Это та часть электромагнитного спектра , которую могут видеть люди. Инфракрасное излучение имеет длину волны более 0,8 мкм. Далее идут радиочастоты с длиной волны от миллиметра до метров. Солнце излучает наиболее интенсивно вблизи 0,5 мкм, что находится в зеленой полосе видимого света. Этот факт может помочь объяснить, почему растения зеленые – они отражают наиболее интенсивную полосу солнечного света.

Доступный солнечный ресурс в различных местах нашей планеты различен. Тропические регионы предлагают лучший ресурс, чем более умеренные широты. Например, средняя мощность облучения в Европе составляет около 1000 Вт/ч на квадратный метр по сравнению с 1800 Вт/ч на Среднем Востоке. Используя сегодняшнюю технологию полупроводниковых солнечных батарей, поле площадью 500 на 500 км смогло бы произвести всю электроэнергию используемую в России. По мере того как технология будет все больше и больше доступна потенциал использования энергии солнца как главный источник низкоуглеродистой энергии будет расти.

Сейчас фотоэлектрические системы могут обеспечить 276 х 10⁶ МВт/ч энергии, что эквивалентно только 1% от глобального спроса. Хотя за свой срок службы типичный фотоэлектрический модуль в солнечном климате будет производить более чем в двадцать раз больше электроэнергии, первоначально используемой для его производства.
Использование энергии солнца считается более экологичным, чем обычные способы использования источников, таких как ископаемое топливо и уголь. Солнечная энергия на сегодняшний день является крупнейшим энергетическим ресурсом на Земле.

Откуда Солнце берет энергию

На Солнце происходит термоядерная реакция. Чистая масса до и после процесса деления или слияния отрицательна; другими словами, в ядерной реакции происходит потеря массы. Эта масса не просто исчезает, а превращается в энергию. Ядерный синтез водорода в гелий — это процесс, благодаря которому солнце дает нам энергию.
Фактически Солнце каждую секунду превращает около 620 миллионов метрических тонн водорода в гелий. 99% от ядерного синтеза генерируется внутри 24% радиуса Солнца, которая течет наружу через несколько различных слоев, прежде чем уйдет как солнечный свет.

Солнце горит уже несколько миллиардов лет. Постоянная потеря массы, вызванная ядерным синтезом, означает, что солнце медленно исчезает.

Но не волнуйтесь: по данным, у нашего светила осталось еще 6,5 миллиардов лет термоядерных процессов, прежде чем оно выключится.

174 петаватта (PВт) в виде солнечной радиации (или инсоляции – облучение поверхности) попадает в нашу атмосферу.
Почти треть из них отражается обратно в космос. Остальные, 3 850 000 эксаджоулей (1 эксаджоуль равен 277,78 ПВт∙ч (петаватт-час)) поглощаются атмосферой, облаками, океанами и сушей. Это количество энергии за час больше в 8640 раз, чем необходимо общее потребление во всем мире. По другому один час облучения поверхности нашей планеты эквивалентен мировому потреблению в течение всего года.

К сожалению, обуздать всю эту энергию от нашей звезды невозможно.

Вот некоторые другие интересные сравнения, которые помогут понять огромный потенциал энергии Солнца:

• один год от солнечных лучей, достигающих поверхность Земли, в два раза больше всех невозобновляемых ресурсов, включая ископаемое топливо и ядерный уран.
• солнечная энергия, которая каждую секунду попадает на Землю, эквивалентна 4 триллионам 100-ваттных лампочек.
• энергия, которая падает на одном квадратном километре в год, эквивалентна 3 миллионам баррелей нефти.

Производство солнечной энергии

Использование энергии солнца возможно с помощью фотоэлектрических систем. Принцип работы солнечного элемента в преобразовании солнечного света непосредственно в электричество.

Когда полупроводниковые панели подвергаются действию света, они производят направленный ток. Инвертор после этого преобразовывает постоянный ток в электричество переменного тока который распределяется через электрические сети. Возможно использование постоянного тока от полупроводниковых панелей или в комбинации с различными устройствами преобразования тока.

Солнечный фотоэлемент является самым маленьким полупроводниковым устройством, которое преобразует солнечный свет в электрическую энергию. Модуль представляет собой сборку ячеек последовательно или параллельно соединенных для увеличения напряжения и/или тока. Панель-это сборка модулей на конструкции. Массив — это сборка панелей на площадке.

Преимущества солнечного источника

1. Согласно астрофизике, Солнце родилось около 4,57 миллиарда лет назад и имеет еще 6-7 миллиардов лет до того, как оно станет белым карликом (планетарная стадия, когда ядерное топливо в Звезде исчерпывается).
2. Богатый потенциал ядерного топлива в звезде находится за пределами воображения. Поверхность Земли получает 120 000 тераватт солнечной радиации (солнечного света) – в 8640 раз больше энергии, чем необходимо для снабжения всего мира.
3. Устойчивый богатый и возобновляемый источник энергии также является постоянным. Устойчивые источники энергии удовлетворяют потребности настоящего времени без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои потребности. Другими словами, солнечная энергия является устойчивой, потому что мы не можем её чрезмерно потреблять.
4. Экологически чистое использование солнечной энергии, как правило, не вызывает загрязнения окружающей среды. Однако есть выбросы, связанные с производством, транспортировкой и установкой солнечных энергетических систем – почти ничего по сравнению с большинством обычных источников. Очевидно, что этот тип ресурсов снижает нашу зависимость от невозобновляемых источников энергии. Это важный шаг в борьбе с климатическим кризисом.
   Известно, что сжигание ископаемого топлива высвобождает химические вещества и частицы, которые вызывают рак, повреждение мозга и нервов, врожденные дефекты, травмы легких и проблемы с дыханием. Токсичные вещества, выделяемые при сжигании углеводородов, загрязняют воздух и воду и вызывают кислотные дожди и смог. Эти негативные последствия сжигания ископаемого топлива для окружающей среды и жизни человека заставляют человека диверсифицировать энергетические ресурсы путем перехода к использованию энергии Солнца.
5. Хорошая доступность во всем мире. Не только страны, которые находятся ближе всего к экватору, могут использовать солнечную энергию – Германия, например, имеет на сегодняшний день самую высокую мощность этого типа устройств.
6. Снижение затрат на электроэнергию с введением чистых схем учета и ввода тарифов. Домовладельцы теперь могут “продавать” избыточную электроэнергию или получать кредиты на оплату счетов, когда они производят больше электроэнергии, чем они фактически потребляют.
7. Финансовая поддержка со стороны правительства/государства.
8. Низкие затраты на обслуживание.
9. Совершенствование технологий по использованию энергии Солнца.