В этой статье я постараюсь рассказать в понятной манере про один из разделов возобновляемой энергетики. Который, я надеюсь, в будущем станет максимально распространенным.
В связи с тем, что темы: загрязнения планеты Да, Красноярск?, уменьшение и/или нерациональное использование полезных ископаемых остро стоит в современном мире, я и решил поразмышлять над этой темой. Приступим же, господа.
Солнечная энергия, как и ветровая, присутствует в любой точке поверхности Земли. Солнце посылает на Землю огромное количество энергии, например, мощность потока солнечной радиации, поступающей на площадь 10 кв.км равна 7-9 млн. кВт. Эта величина больше мощности Красноярской ГЭС, если угодно :-)
Лучи нашей звезды лучистая энергия, проходя через нашу с вами атмосферу, рассеиваются и поглощаются. Достигая нашей матери - сырой земли, солнечные лучи разделяются на "группы по общим интересам".
Первая группа - это элитная малочисленная группа под названием "прямая радиация". В нее входят те лучи, которые исходят только от диска солнца и небольшого радиуса вокруг и которыми удалось добраться до земли без происшествий, но и тогда только часть из них поглощается поверхностью, а остальная энергия отражается.
Вторая группа огромна. В неё входят лучи, которые отразились от облаков либо от земли и те, кто поглотился водяными парами, газами и пылью при подлете. Эта группа, также известная как "рассеянная радиация", не нагревает землю, а поднимается вверх где частично уходит в космос, а частично нагревает слои атмосферы. И вот эти самые нагретые слои атмосферы в свою очередь отдают тепло опять вниз, но поглощаются не землей, а всем воздухом и пространством вокруг. К слову, если группа этих самых "рассеянных" лучей становится больше, то они нагревают очень сильно атмосферу и в результате этого возникает "парниковый эффект".
На эффективность гелиоэнергетики (она же солнечная энергетика) влияют географические и климатические характеристики. Сюда входят: как долго на улице светит солнце продолжительность светового дня, какова прозрачность атмосферы в тот или иной месяц года, средняя месячная и годовая продолжительность солнечного сияния, нет ли на видимости горизонта препятствий солнечным лучам открытость горизонта, а также время года, ландшафт, широта, облачность, высота на уровнем моря и, о Боги, время суток!, etc.
Непосредственной оценкой потенциала солнечной энергетики занимается такая наука, как актинометрия - подраздел геофизики. Те, кто вхожи в данную науку, на протяжении многих лет собирают данные из наблюдений на имеющихся актинометрических станциях. Какие выводы можно сделать из их работы:
Во-первых, потенциальные возможности прихода солнечной энергии определяются географической широтой места.
Во-вторых, климатические характеристики района, косвенно характеризуемые продолжительностью солнечного сияния, вносят существенные коррективы в возможность эффективного использования энергии солнца.
В-третьих, грязекопатели наделали 1001 климатическую характеристику для оценки ресурсов солнечной энергии, но чтобы не мучить ни вас, ни нас, скажу, что все они сводятся к тому, как много удастся поглотить энергии солнца в час/день/месяц и тд. ровной горизонтальной поверхности.
Основное, что должно быть ясно и понятно всем, что количество энергии, получаемое земной поверхностью за сутки, зависит, прежде всего, от широты и времени года. На каждой широте время года определяет продолжительность дневной части суток и, следовательно, продолжительность притока радиации. Школьные знания нам дают понять, что с увеличением широты продолжительность светового дня зимой уменьшается, а летом увеличивается. Comprende?
Сам приток солнечной радиации на горизонтальную поверхность зависит от высоты солнца, а высота в свою очередь зависит от широты места, времени года и, да-да, времени суток. Всё взаимосвязано :-)
Вскользь всё таки захвачу факторы, которые могут быть не очевидны. 1) Если говорить о "рассеянных" лучах, то на неё влияет что именно покрывает землю. Так, например, наш любимый снег сильно увеличивает отражательную способность поверхности земли, а следовательно увеличивает "рассеянную" радиацию. 2) Чем выше мы над морем, тем меньше толщина атмосферы, как итог - поток "прямой" солнечной радиации возрастает.
Таким образом, солнечную энергию можно назвать максимально простой для использования и максимально понятной даже простому смертному.
Теперь, более конкретно к цифрам. Количество энергии солнца попадающей на Землю, в энергетическом эквиваленте составляет 10 в 18-ой степени лично замерял, мамой клянусь кВт-ч в год. Вы понимаете, сколько это энергии? Это количество энергии превышает всю ту энергию, которую можно получить из доказанных на сегодня запасов ископаемого органического топлива, и в 35000 раз превышает нынешнее ежегодное потребление в мире. В 35 тысяч раз! В теории, хватило бы обеспечить энергией 35 тысяч планет идентичных нашей каждый год, понимаешь?
Кто-то может сказать, что эта тема не про Россию явно, ведь у нас в большей части страны снег и морозы. То этот кто-то не прав, рассчитанное мною среднее количество поступающей на 1 кв.м горизонтальной поверхности энергии составляет 965 кВт*ч. Конечно, где-нибудь на северных островах эта цифра составляет 550 кВт*ч, но эти места и не являются густонаселенными.
А более вкусно в этой теме то, что экологическая чистота солнечных энергетических установок позволяет создавать архитектурные и инженерные композиции, в которых органически сочетаются природные ландшафты и среда обитания с энергетическими установками. Солнечные энергетические установки могут образовывать пространственно архитектурные композиции, которые являются являются элементами фасадов и крыш зданий общественных центров, пляжей, автостоянок, кафе, магазинов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий.
Но зачастую, владельцы этих самых субъектов предпочитаю разместить рекламу, ибо бабок это принесет больше. Мы не в 1950 году, когда 1 Вт по удельной стоимости был равен 1000$, и даже не в 2008, где его стоимость была 4-5$ за Вт. Уже в 2018 году 1 кВт-ч в ОАЭ был равен 0,0299$, сейчас же даже в России есть области, где можно достичь равенства по солнечной энергии 1 рубль = 1 кВт-ч. Сам пользовался, сам знаю.
Скажем да, солнечной энергии :-)
Я не знаю на сколько данная тема будет интересна, но в дальнейшем планирую рассказать про техническую составляющую данной сферы: где и что купить, как и куда установить, цены и прочее. Спасибо за внимание!
