Энергия солнечного света

В настоящее время ученые работают над поиском альтернативных источников энергии. Однако, некоторые из них человечеству известны достаточно давно и активно используются. Таковыми являются ветер, а также энергия солнечного света или солнечная энергия.

Согласно определению, солнечной энергией называется энергия, источником которой являются радиация и свет Солнца. То есть основным источником солнечной энергии является Солнце. Главная роль солнечной энергии заключается в том, что она оказывает значительное влияние на климат и погоду, а также является основой всего живого на Земле. На сегодняшний день существует специальная технология, которая занимается изучением и контролем солнечной энергии, - солнечная энергетика.

Применение солнечной энергии

История использования солнечной энергии уходит своими корнями в далекое прошлое. Конечно же, ее применение было принципиально иным, существенно отличавшимся от современности. Ученые утверждают, что люди использовали солнечную энергию еще в VII веке до нашей эры для разведения костра с помощью увеличительных стекол. Несколько столетий спустя, греки и римляне также пользовались солнечным светом для поджигания факелов, которые были неотъемлемым атрибутом проведения религиозных обрядов. Делали они это при помощи зеркал, которые так и называли «горящие зеркала». Также одним из вариантов наиболее раннего использования солнечного света являются достаточно привычные и популярные сегодня солярии. Ранее здания соляриев строилось таким образом, чтобы получать как можно больше света, соответственно, это были конструкции с огромными окнами с южной стороны. С помощью специальных стекол добивались максимальной концентрации солнечных лучей в одной точке, таким образом, можно было загорать. Солярии существуют и сегодня, однако в них используется более удобным способ загара – не солнце, а специальные ультрафиолетовые лампы. Во ІІ столетии нашей эры учеными был совершен успех – им удалось применить солнечный свет для в работе мощных печей, предназначенных для очень длительных путешествий.

На сегодняшний день существует два основных способа применения солнечной энергии:

• ее преобразование в тепловую энергию;
• ее преобразование в электрическую энергию.

Для этого существуют специальные системы солнечной энергии, позволяющие ее получать, накапливать, и, соответственно, преобразовывать в нужную энергию. Данные системы отличаются своим разнообразием, а кроме этого, выполняют совершенно разные функции.

Так, на сегодняшний день существуют так называемые солнечные коллекторы (СК), представляющие собой технические устройства, посредством которых и осуществляется прямое преобразование солнечного излучения в тепловую энергию в системах теплоснабжения для нагрева воздуха, воды, а также различных других жидкостей. Такие системы принято разделять на два типа: активные и пассивные. Последние являются самым простым и недорогим решением преобразования солнечного света, так как его сбор и распределение осуществляется посредством специально сконструированных архитектурных и строительных элементов зданий и сооружений, не требующих какого-либо дополнительного оборудования.

Однако, не смотря на простоту и дешевизну, все же пассивные системы значительно проигрывают активным, которые получили свою широкую популярность в применении в настоящее время. Такие системы имеют специально сконструированное оборудование, предназначенное для сбора, хранения и распространения солнечной энергии. Благодаря использованию данных систем, применение солнечной энергии становится более эффективным.

Также существуют плоские солнечные коллекторы, представленные в виде теплоизолированного ящика, внутри которого расположена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель. Для того, чтобы панель лучше поглощала солнечную энергию, ее специально окрашивают в черный цвет. Именно панель представляет собой теплообменник, по каналам которого прокачивается нагреваемая вода. Уровень температуры, до которого происходит нагрев воды, зависит от объема бака и площади солнечного коллектора, а также от условий окружающей среды. В течение дня вода может неоднократно проходить через коллектор, нагреваясь до необходимой температуры.

Еще одной системой солнечной энергии являются так называемые солнечные фотоэлектрические установки. Благодаря таким установкам происходит получение солнечной энергии, после чего солнечное излучение напрямую преобразовывается в электроэнергию. В данном процессу участвуют специальные фотопреобразователи. Конструкция данной установки состоит из солнечных батарей, имеющих вид плоских поверхностей прямоугольной формы, напоминающих ячейки, заключенные в одну общую рамку.

Как работает солнечная энергия

Для изготовления ячеек солнечных панелей используют полупроводниковый материал, примером которого является кремний. Солнечные лучи попадают на полупроводник, в результате чего происходит повышение его температуры, т.е. он нагревается и частично поглощает полученную энергию солнечного света. В то же время происходит высвобождение электронов внутри этого полупроводника. К фотоэлементу прилагается электрическое поле, которое и является основным двигателем свободных электронов. Именно посредством имеющегося электрического поля происходит направленное движение свободных электронов. В результате данного процесса образуется электрический ток. Для того, чтобы полученный ток направить по проводам и применить его для работы электроприборов, необходимо на верхней и нижней части фотоэлемента расположить металлические контакты.

В связи с тем, что природные источники энергии являются абсолютно экологичными, не влияют на здоровье человека, а также не наносят вреда окружающей среде, то с каждым годом их популярность возрастает. Однако, прежде, чем отдать полное предпочтение такой энергии, следует учитывать ее некоторые особенности. Особенности солнечной энергии состоят в том, что источником получения данной энергии является солнечный свет. Чем больше солнца, чем яснее солнечный день, тем больше солнечной энергии получается системами. Однако, в пасмурную погоду количество получаемой солнечной энергии снижается, а в ночное время суток она и вовсе отсутствует. Поэтому, следует помнить, что системы солнечной энергии должны иметь такую емкость, которая позволит накопить необходимое количество энергии для форс-мажорных ситуаций, например, когда портятся на длительный период погодные условия, или же на период зимнего времени, когда продолжительность солнечного дня существенно сокращается. Кроме того, они должны иметь такое расположение, которое позволит им максимально получить солнечный свет на протяжении всего дня, в идеале, существуют динамические панели, которые способны поворачиваться за Солнцем в течение дня.

Однако, существует еще один вариант получения энергии от Солнца – энергия солнечного ветра. Солнечным ветром называется поток ионизированных частиц, которые истекают из солнечной короны в окружающее космическое пространство и имеют скорость от 300 до 1200 км/ч. Учеными уже несколько лет ведутся работы, направленные на создание систем, позволяющих собирать энергию солнечного ветра и использовать ее для жизнедеятельности людей. Так исследователи Вашингтонского университета предложили концепцию использования солнечного ветра. Она заключается в использовании специальных спутников Дайсона – Харропа. Эти спутники являются простыми электростанциями, способными осуществлять сбор электронов из солнечного ветра. Спутники имеют длинный металлический стержень, который расположен в направлении к Солнцу. Именно этот стержень используется для генерации магнитного поля путем подачи на него напряжения. Сбор электронов будет осуществляться посредством данного магнитного поля, которое будет их притягивать. С другого конца данного стержня расположен специальный приемник-ловушка, конструкция которого содержит приемник и парус. Согласно расчетам ученых, что стержень длинной 300 метров и толщиной 1 см, при этом имеющий ловушку размером в 10 метров, на орбите Земли способен собрать порядка 1,7 МВт. Такое количество энергии вполне достаточно для обеспечения электроэнергией 1000 частных домов. Чем длиннее стержень и больше ловушка, тем больше можно собрать энергии солнечного ветра.