Перспективні напрямки використання сонячного випромінювання

Бакумова Катерина Сергіївна

студентка 4 курсу, спеціальність 101 «Екологія»

Відокремлений структурний підрозділ

«Боярський фаховий коледж Національного університету біоресурсів і природокористування України»

ЕКОЛОГІЯ (Альтернативні (відновлювані) джерела енергії)

Перспективні напрямки використання сонячного випромінювання

Використання екологічно чистих відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) для задоволення енергетичних потреб населення та промисловості є надзвичайно важливим для України, що в першу чергу пов’язано із енергодефіцитністю у галузі існуючої енергетичної системи та незадовільним станом оточуючого середовища [1].

Україна має значний потенціал відновлюваної енергетики, який може бути використаний, щоб покращити торговий баланс, створити робочі місця та стимулювати економічну діяльність за часів, коли країна має подолати важливі економічні виклики. Альтернативна енергетика покликана сприяти вирішенню, передусім, двох важливих проблем – енергоефективності та екологічної безпеки.

Відновлювані джерела енергії - це потоки енергії, що постійно або  періодично діють у навколишньому середовищі. В цілому всі енергетичні потоки відновлюваних джерел енергії розділяються на дві основні групи:

- пряма енергія сонячного випромінювання;

- вторинні прояви енергії сонячного випромінювання у вигляді енергії вітру, гідроенергії, теплової енергії навколишнього середовища, енергії біомаси та ін.

Загалом ВДЕ класифікують наступним чином:

- промениста енергія Сонця;

- енергія вітру;

- гідроенергія течій води, хвиль, припливів;

- теплова енергія оточуючого середовища (Землі, повітря, морів та океанів);

- енергія біомаси;

- геотермальна енергія [1].

Сонячна енергія - енергія, отримана від Сонця у вигляді тепла та світла. Ця енергія значною мірою керує кліматом та погодою, та є основою життя. Технологія, що контролює сонячну енергію називається сонячною енергетикою[4].

Атмосфера не тільки зменшує кількість сонячної енергії, що досягає поверхні Землі, але і дифузіє близько 20 % з того що надходить, та фільтрує частину його спектру. Після проходження атмосфери близько половини інсоляції перебуває у видимій частині спектру. Друга половина перебуває переважно в інфрачервоній частині спектру. Тільки незначна частина цієї інсоляції припадає на ультрафіолетове випромінювання [5].

Сонячна енергетика — використання сонячної енергії для отримання електричної або теплової енергії в будь-якому зручному для їх застосування вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і у майбутньому, може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.

На сьогодні (2020 -х роках), сонячна енергетика широко застосовується у випадках, коли малодоступність інших джерел енергії, в сукупності з достатньою кількістю сонячного випромінювання, виправдовує її економічно[3].

Проблема освоєння нетрадиційних і поновлюваних джерел енергії стає усе більш актуальною. Нетрадиційні поновлювані джерела енергії включають сонячну, вітрову, геотермальну енергію, біомасу і енергію Світового океану.

Двісті років тому людство окрім енергії самої людини і тварин мало в своєму розпорядженні лише три види енергії. Джерелом їх було Сонце. Енергія вітру обертала крила вітряних млинів, на яких мололи зерно. Для використання енергії води достатньо було невеликого похилу річки [3].

З кінця ХХ ст. інтерес до цих джерел енергії постійно зростав, оскільки вони необмежні та екологічно чисті. У міру того як запаси мінерального палива зменшуються, ці джерела стають більш привабливими і економнішими. Підвищення цін на нафту і газ послужило головною причиною того, що людина знов звернула свою увагу на воду, вітер і Сонце [6].

Підраховано, що невеликий відсоток сонячної енергії цілком достатній для забезпечення потреб транспорту, промисловості і нашого побуту не лише зараз, але і в майбутньому. Більш того, незалежно від того, будемо ми її використовувати чи ні, на енергетичному балансі Землі і стані біосфери це ніяк не відіб'ється [4].

Проте сонячна енергія падає на всю поверхню Землі, ніде не досягаючи особливої інтенсивності. Тому її потрібно уловити на порівняно великій площі, сконцентрувати і перетворити на таку форму, яку можна використовувати для промислових, побутових і транспортних потреб. Крім того, треба уміти запасати сонячну енергію, аби підтримувати енергопостачання і вночі, і в похмурі дні. Перераховані труднощі і витрати, необхідні для їх подолання, привели до думки про непрактичність цього енергоресурсу, принаймні сьогодні. Головне - використовувати сонячну енергію так, щоб мінімізувати вартість. Подалі вдосконалення цих технологій при подорожчанні традиційних енергоресурсів ця енергія стане економічно ефективною [5].

Світлове випромінювання можливо уловлювати безпосередньо, коли воно досягає Землі. Це називається прямим використанням сонячної енергії. Крім того, вона забезпечує кругообіг води, циркуляцію повітря і накопичення органічної речовини в біосфері. Значить, звертаючись до цих енергоресурсів, ми, по суті, займаємося непрямим використанням сонячної енергії.

Сонце - джерело енергії дуже великої потужності. Всього 22 дні сонячного сіяння по сумарній потужності, що приходить на Землю, дорівнюють всім запасам органічного палива на планеті.

Енергія Сонця, як вважають експерти, - квінтесенція енергетики, оскільки фотоелектричні установки не впливають на природне середовище, безшумні, не мають рухомих частин, вимагають мінімального обслуговування, не потребують води. Їх можна вмонтовувати у віддалених або посушливих районах, потужність таких установок складає від декількох ватів (портативні модулі для засобу зв'язку і вимірювальних приладів) до багатьох мегават (площа декілька мільйонів квадратних метрів) [4].

"Перевізник" сонячної енергії - випромінювання. Воно складається з видимих світлових променів і невидимого ультрафіолетового і інфрачервоного випромінювання.

Сонце, газова куля, що яскраво світиться, складається в основному з водню (70%) і гелію (27%). Енергія - це результат термоядерних реакцій. При цьому Сонце втрачає мільйони тонн своєї маси кожну секунду. Інтенсивність випромінювання на поверхні Сонця 70-80 тис. кВт/м ² при температурі 6000° С. Наша Земля отримує невелику, але значну частину цієї енергії - приблизно 180 000 млрд. кВт. Це приблизно в 18 тис. разів більше, ніж та кількість енергії, яку людство виробило до сьогоднішнього дня на всій Землі [5].

Проходячи через атмосферу, величезна кількість цього випромінювання (30-40%) розсіюється, і поверхня Землі на рівні моря в ясний день отримує 0,855 кВт/м ²-1кВт/м ² прямої радіації. Природно, що частина (близько 50%) розсіяного в атмосфері світу досягає поверхні Землі також у вигляді енергії.

Тривалість сонячного випромінювання і його інтенсивність залежать від пори року, погодних умов і, звичайно, від географічного положення місцевості. Близько 25% поверхні Землі отримує сонячне світло, тобто пряме сонячне випромінювання, протягом всього дня [4].

Таким чином, застосування в Україні альтернативних джерел енергії, в першу чергу, сонячної енергетики, без сумніву принесе тільки користь. Потенційні можливості енергетики, заснованої на використовуванні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі. Використовування всього лише 0,0125 % кількості енергії Сонця могло б забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використовування 0,5% повністю покрити потреби на перспективу.

Література:

1. Відновлювані джерела енергії/ За заг. ред. С.О. Кудрі. – Київ: Інститут відновлюваної енергетики НАНУ, 2020. – 392 с.


2. Сонячна енергетика: теорія та практика: монографія/ Й.С. Мисак, О.Т. Возняк, О.С. Дацько, С. П. Шаповал; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т «Львів. політехніка». — Львів: Вид-во Львів. політехніки, 2014. — 340 с. : іл. — Бібліогр.: с. 323—337 (176 назв). — ISBN 978-617-607-597-4


3. Алфёров Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики// Физика и техника полупроводников, 2004, Т.38, вып.8, с.937-948.


4. Сонячна енергія// Словник – довідник з екології: навч.-метод. посіб./ уклад. О.Г. Лановенко, О.О. Остапішина. — Херсон: ПП Вишемирський В.С., 2013. — С. 162.


5. Проблемы и перспективы развития сотрудничества между странами Юго-Восточной Европы в рамках Черноморского экономического сотрудничества и ГУАМ. - Сборник научных трудов. — Ливадия-Донецк: ДонНУ, 2007. — 766 с. ISSN 1990-9187

Керівник: Манішевська Н.М. викладач екологічних дисциплін