Penggunaan energi matahari di Bumi. Prospek penggunaan energi matahari di Bumi

2024 Pengarang: Henry Conors | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-02-12 08:57

Saat ini, masalah konsumsi energi cukup akut - sumber daya planet ini tidak ada habisnya, dan selama keberadaannya, umat manusia telah cukup banyak menghancurkan apa yang diberikan oleh alam. Saat ini, batu bara dan minyak sedang aktif ditambang, yang cadangannya semakin kecil setiap hari. Kekuatan pikiran memungkinkan umat manusia untuk mengambil langkah luar biasa ke masa depan dan menggunakan energi atom, membawa serta anugerah ini bahaya besar bagi seluruh lingkungan.

Masalah lingkungan tidak kalah akut - ekstraksi aktif sumber daya dan penggunaannya lebih lanjut berdampak buruk pada keadaan planet ini, tidak hanya mengubah sifat tanah, tetapi bahkan kondisi iklim.

Itulah sebabnya perhatian khusus selalu diberikan pada sumber energi alami, seperti air atau angin. Akhirnya, setelah bertahun-tahun melakukan penelitian dan pengembangan secara aktif, umat manusia telah “dewasa” menggunakan energi matahari di Bumi. Tentang dia yang akan kita bahas lebih lanjut.

Apa yang menarik dari ini

Sebelum beralih ke contoh spesifik, mari cari tahu mengapa para peneliti di seluruh dunia sangat tertarik dengan jenis produksi energi ini. Aset utamanya bisa disebut tidak habis-habisnya. Meskipun banyak hipotesis, kemungkinan bahwa bintang seperti Matahari akan keluar dalam waktu dekat sangat kecil. Artinya, umat manusia memiliki kesempatan untuk menerima energi bersih dengan cara yang benar-benar alami.

Keuntungan kedua yang tidak diragukan lagi menggunakan energi matahari di Bumi adalah keramahan lingkungan dari opsi ini. Dampak terhadap lingkungan dalam kondisi seperti itu akan menjadi nol, yang pada gilirannya memberikan seluruh dunia masa depan yang jauh lebih cerah daripada yang terbuka dengan ekstraksi terus-menerus sumber daya bawah tanah yang terbatas.

Akhirnya, perhatian khusus harus diberikan pada fakta bahwa penggunaan energi surya menimbulkan bahaya paling kecil bagi manusia.

Sungguh

Sekarang mari kita langsung ke intinya. Nama "energi surya" yang agak puitis sebenarnya menyembunyikan konversi radiasi menjadi listrik menggunakan teknologi yang dikembangkan secara khusus. Proses ini disediakan oleh sel fotovoltaik, yang digunakan manusia secara sangat aktif untuk tujuannya sendiri, dan cukup berhasil.

Radiasi matahari

Secara historis, kata benda "radiasi" membangkitkan lebih banyak asosiasi negatif daripada asosiasi positif sehubungan dengan bencana buatan manusia yang berhasil bertahan di dunia selama masa hidupnya. Namun demikian, teknologi menggunakan energi Matahari di Bumi menyediakan untuk bekerja dengannya.

Pada dasarnya,jenis radiasi ini adalah radiasi elektromagnetik, yang kisarannya antara 2,8 dan 3,0 mikron.

Spektrum matahari yang berhasil digunakan oleh umat manusia sebenarnya terdiri dari tiga jenis gelombang: ultraviolet (sekitar 2%), sekitar 49% adalah gelombang cahaya dan, terakhir, jumlah yang sama dalam radiasi inframerah. Energi matahari memiliki sejumlah kecil komponen lain, tetapi perannya sangat kecil sehingga tidak memiliki dampak khusus pada kehidupan Bumi.

Jumlah energi matahari yang menghantam Bumi

Sekarang komposisi spektrum yang digunakan untuk kepentingan umat manusia telah ditentukan, satu lagi fitur penting dari sumber daya ini harus diperhatikan. Penggunaan energi matahari di Bumi tampaknya juga sangat menjanjikan karena tersedia dalam jumlah yang cukup besar dengan biaya pengolahan yang hampir minimal. Jumlah total energi yang dipancarkan oleh sebuah bintang sangat tinggi, tetapi sekitar 47% mencapai permukaan bumi, yang sama dengan tujuh ratus kuadriliun kilowatt-jam. Sebagai perbandingan, kami mencatat bahwa hanya satu kilowatt-jam yang dapat menyediakan pengoperasian bola lampu selama sepuluh tahun dengan daya seratus watt.

Kekuatan radiasi Matahari dan penggunaan energi di Bumi, tentu saja, bergantung pada sejumlah faktor: kondisi iklim, sudut datangnya sinar di permukaan, musim, dan lokasi geografis.

Kapan dan berapa banyak

Mudah ditebak bahwa jumlah harian energi matahari yang jatuh ke permukaanBumi terus berubah, karena secara langsung tergantung pada posisi planet dalam kaitannya dengan Matahari dan pergerakan termasyhur itu sendiri. Sudah lama diketahui bahwa pada siang hari radiasinya maksimal, sedangkan pada pagi dan sore hari jumlah sinar yang sampai ke permukaan jauh lebih sedikit.

Kita dapat mengatakan dengan keyakinan bahwa penggunaan energi matahari akan paling produktif di daerah yang sedekat mungkin dengan garis khatulistiwa, karena di sanalah perbedaan antara indikator tertinggi dan terendah minimal, yang menunjukkan jumlah maksimum radiasi yang mencapai permukaan planet. Misalnya, di daerah gurun Afrika, jumlah radiasi tahunan mencapai rata-rata 2.200 kilowatt-jam, sedangkan di Kanada atau, misalnya, Eropa Tengah, angkanya tidak melebihi 1000 kilowatt-jam.

Energi surya dalam sejarah

Jika Anda berpikir seluas mungkin, upaya untuk "menjinakkan" tokoh besar yang menghangatkan planet kita dimulai pada zaman kuno selama paganisme, ketika setiap elemen diwujudkan oleh dewa yang terpisah. Namun, tentu saja, penggunaan energi matahari tidak mungkin dilakukan - sihir menguasai dunia.

Topik penggunaan energi Matahari di Bumi mulai aktif diangkat hanya pada akhir abad ke-14 - awal abad ke-20. Terobosan nyata dalam sains dibuat pada tahun 1839 oleh Alexander Edmond Becquerel, yang berhasil menjadi penemu efek fotovoltaik. Studi tentang topik ini telah meningkat secara signifikan, dan setelah 44 tahun, Charles Fritts mampu merancang yang pertamamodul berdasarkan selenium berlapis emas. Penggunaan energi Matahari di Bumi ini memberikan sejumlah kecil listrik yang dilepaskan - jumlah total produksi saat itu tidak lebih dari 1%. Namun bagi seluruh umat manusia, ini adalah terobosan nyata, membuka cakrawala baru ilmu pengetahuan, yang bahkan tidak pernah diimpikan sebelumnya.

Albert Einstein sendiri memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pengembangan energi surya. Di dunia modern, nama ilmuwan lebih sering dikaitkan dengan teori relativitasnya yang terkenal, tetapi pada kenyataannya, ia dianugerahi Hadiah Nobel untuk mempelajari efek fotolistrik eksternal.

Sampai hari ini, teknologi penggunaan energi matahari di Bumi mengalami peningkatan pesat atau penurunan yang tidak kalah cepat, namun cabang pengetahuan ini terus diperbarui dengan fakta-fakta baru, dan kita dapat berharap bahwa di masa mendatang, pintu ke dunia yang sama sekali baru akan terbuka di hadapan kita, damai.

Alam menentang kita

Kami telah berbicara tentang keuntungan menggunakan energi Matahari di Bumi. Sekarang mari kita perhatikan kekurangan dari metode ini, yang sayangnya tidak kurang.

Karena ketergantungan langsung pada lokasi geografis, kondisi iklim dan pergerakan Matahari, produksi energi matahari dalam jumlah yang cukup membutuhkan biaya teritorial yang besar. Intinya adalah semakin besar area konsumsi dan pemrosesan radiasi matahari, semakin besar jumlah energi ramah lingkungan yang akan kita terima pada output. Penempatan seperti itusistem besar membutuhkan banyak ruang kosong, yang menyebabkan kesulitan tertentu.

Masalah lain mengenai penggunaan energi matahari di Bumi berhubungan langsung dengan waktu, karena pembangkitan akan menjadi nol pada malam hari, dan sangat kecil pada pagi dan sore hari.

Faktor risiko tambahan adalah cuaca itu sendiri - perubahan kondisi yang tiba-tiba dapat berdampak sangat negatif pada pengoperasian sistem semacam ini, karena menyebabkan kesulitan dalam men-debug daya yang diperlukan. Dalam arti tertentu, situasi dengan perubahan tajam dalam jumlah konsumsi dan produksi bisa berbahaya.

Bersih tapi mahal

Penggunaan energi matahari di Bumi saat ini sulit karena biayanya yang tinggi. Fotosel yang diperlukan untuk pelaksanaan proses utama memiliki biaya yang cukup tinggi. Tentu saja, aspek positif dari penggunaan sumber daya semacam ini akan membuahkan hasil, tetapi dari sudut pandang ekonomi, saat ini tidak perlu membicarakan pengembalian biaya tunai secara penuh.

Namun, seperti yang ditunjukkan tren, harga sel surya secara bertahap turun, sehingga pada saatnya masalah ini dapat diselesaikan sepenuhnya.

Ketidaknyamanan proses

Penggunaan Matahari sebagai sumber energi juga sulit karena metode pemrosesan sumber daya ini agak melelahkan dan tidak nyaman. Konsumsi dan pemrosesan radiasi secara langsung bergantung pada kebersihan pelat, yang cukup bermasalah untuk dipastikan. Selain itu, sangatPemanasan elemen juga berdampak negatif pada proses, yang hanya dapat dicegah dengan menggunakan sistem pendingin paling kuat, yang membutuhkan biaya material tambahan, dan biaya yang cukup besar.

Selain itu, pelat yang digunakan dalam kolektor surya, setelah 30 tahun bekerja aktif, secara bertahap menjadi tidak dapat digunakan, dan biaya sel surya disebutkan sebelumnya.

Masalah lingkungan

Sebelumnya dikatakan bahwa penggunaan sumber daya semacam ini dapat menyelamatkan umat manusia dari masalah lingkungan yang cukup serius di masa depan. Sumber sumber daya dan produk akhir benar-benar ramah lingkungan.

Namun demikian, penggunaan energi matahari, prinsip pengoperasian kolektor surya adalah menggunakan pelat khusus dengan fotosel, yang pembuatannya membutuhkan banyak zat beracun: timbal, arsenik, atau kalium. Penggunaannya tidak membahayakan lingkungan, namun mengingat umurnya yang terbatas, seiring waktu, pembuangan pelat dapat menjadi masalah serius.

Untuk membatasi dampak negatif terhadap lingkungan, produsen secara bertahap beralih ke wafer film tipis, yang memiliki biaya lebih rendah dan efek yang tidak terlalu merusak lingkungan.

Cara mengubah radiasi menjadi energi

Film dan buku tentang masa depan umat manusia hampir selalu memberi kita gambaran yang kurang lebih sama tentang proses ini, yang sebenarnya,mungkin berbeda secara signifikan dari kenyataan. Ada beberapa cara untuk mengonversi.

Yang paling umum adalah penggunaan fotosel yang dijelaskan sebelumnya.

Sebagai alternatif, umat manusia secara aktif menggunakan energi panas matahari, berdasarkan pemanasan permukaan khusus, yang memungkinkan pemanasan air dengan arah yang tepat dari suhu yang diperoleh. Jika Anda menyederhanakan proses ini sebanyak mungkin, ini dapat dibandingkan dengan tangki yang digunakan untuk mandi musim panas di rumah pribadi.

Cara lain menggunakan radiasi untuk menghasilkan energi adalah "layar surya", yang hanya dapat beroperasi dalam ruang hampa. Sistem semacam ini mengubah radiasi menjadi energi kinetik.

Masalah kurangnya pembangkitan di malam hari sebagian diselesaikan oleh pembangkit listrik tenaga surya balon, yang operasinya terus berlanjut karena akumulasi energi yang dilepaskan dan lamanya proses pendinginan.

Kami dan tenaga surya

Sumber energi matahari dan angin di Bumi digunakan cukup aktif, meskipun kita sering tidak menyadarinya. Sebelumnya, pemanas air sederhana di pancuran luar ruangan telah disebutkan. Faktanya, paling sering energi matahari digunakan untuk tujuan ini. Namun, ada banyak contoh lain: di hampir setiap toko lampu Anda dapat menemukan bohlam penyimpanan yang dapat bekerja tanpa listrik bahkan di malam hari berkat energi yang terkumpul di siang hari.

Instalasi berdasarkan fotosel secara aktif digunakan di semua jenis stasiun pompa dan sistem ventilasi.

Kemarin, hari ini, besok

Salah satu sumber daya terpenting bagi umat manusia adalah energi matahari, dan prospek penggunaannya sangat tinggi. Industri ini secara aktif didanai, diperluas dan ditingkatkan. Sekarang energi surya paling berkembang di Amerika Serikat, di mana beberapa daerah menggunakannya sebagai sumber daya alternatif yang lengkap. Juga, pembangkit listrik jenis ini beroperasi di Gurun Mojave. Negara-negara lain telah lama menuju pembangkit listrik jenis ini, yang mungkin akan segera menyelesaikan masalah pencemaran lingkungan.