L'energia del sole è stata a lungo utilizzata come campo di miracoli. Opzioni per l'utilizzo dell'energia solare nelle attività economiche

Anche nei tempi antichi, le persone iniziarono a pensare alle possibilità di utilizzare l'energia solare. Secondo la leggenda, il grande scienziato greco Archimede bruciò la flotta nemica che assediava la sua città natale, Siracusa, utilizzando un sistema di specchi incendiari. È noto per certo che circa 3000 anni fa il palazzo del Sultano in Turchia veniva riscaldato con acqua riscaldata dall'energia solare. Gli antichi abitanti dell'Africa, dell'Asia e del Mediterraneo ottenevano il sale da cucina facendo evaporare l'acqua del mare. Tuttavia, soprattutto le persone erano attratte dagli esperimenti con specchi e lenti d'ingrandimento.

Il vero “boom solare” iniziò nel XVIII secolo, quando la scienza, liberata dalle catene delle superstizioni religiose, avanzò a passi da gigante.

I primi riscaldatori solari apparvero in Francia. Il naturalista J. Buffon creò un grande specchio concavo che concentrava in un punto i raggi del sole riflessi. Questo specchio era in grado di accendere rapidamente il legno secco a una distanza di 68 metri in una giornata limpida. Poco dopo lo scienziato svedese N. Saussure costruì il primo scaldabagno. Si trattava semplicemente di una scatola di legno con un coperchio di vetro, ma l'acqua versata nel semplice dispositivo veniva riscaldata dal sole fino a 88°C. Nel 1774, il grande scienziato francese A. Lavoisier utilizzò per primo le lenti per concentrare l'energia termica del sole. Ben presto in Inghilterra lucidarono un grande vetro biconvesso che fondeva la ghisa in tre secondi e il granito in un minuto.

I primi pannelli solari in grado di convertire l’energia solare in energia meccanica furono costruiti, sempre in Francia.

Alla fine del XIX secolo, all'Esposizione Mondiale di Parigi, l'inventore O. Mouchot dimostrò un isolante, un dispositivo che, utilizzando uno specchio, focalizzava i raggi su una caldaia a vapore. La caldaia alimentava una macchina da stampa che produceva 500 copie del giornale all'ora. Alcuni anni dopo, negli Stati Uniti fu costruito un dispositivo simile con una capacità di 15 cavalli.

Con il passare degli anni vennero migliorati gli insolatori che sfruttavano l'energia solare, ma il principio rimase lo stesso: sole - acqua - vapore. Ma poi, nel 1953, gli scienziati della National Aerospace Agency degli Stati Uniti crearono una vera batteria solare, un dispositivo che converte direttamente l'energia solare in elettricità.

Negli anni '70 del XIX secolo fu scoperto il cosiddetto effetto fotoelettrico, un fenomeno associato al rilascio di elettroni da un solido o liquido sotto l'influenza della radiazione elettromagnetica. Negli anni '30, il capo dei fisici nel nostro paese, l'accademico A.F. Ioffe, espresse l'idea di utilizzare fotocellule a semiconduttore nell'energia solare. È vero, il coefficiente record di efficienza (efficienza) dei materiali di quel tempo non superava l'1%, cioè solo un centesimo dell'energia luminosa veniva convertito in elettricità.

Dopo molti anni di esperimenti è stato possibile creare fotocellule con un'efficienza fino al 10-15%. Poi gli americani costruirono moderni pannelli solari. Nel 1959 furono installati su uno dei primi satelliti artificiali della Terra e da allora tutte le stazioni spaziali sono state dotate di pannelli multimetri con pannelli solari. La bassa efficienza dei pannelli solari potrebbe essere compensata da una vasta area, ad esempio, coprendo l'intero deserto del Sahara con fotocellule - e sarebbe pronta una centrale solare molto potente. Tuttavia, i semiconduttori di silicio su cui sono realizzate le celle solari sono molto costosi. E maggiore è l'efficienza, più costosi sono i materiali. Di conseguenza, la quota di energia solare nel settore energetico odierno è piccola. Tuttavia, a causa della limitata disponibilità di combustibili fossili, la quota di energia ottenuta dai pannelli solari aumenterà inevitabilmente. Inoltre, la crescita nell’uso dei pannelli solari è facilitata dagli sviluppi volti ad aumentarne l’efficienza e a ridurne i costi.

Uno dei principali vantaggi dell’energia solare è il suo rispetto per l’ambiente. È vero, i composti di silicio possono causare pochi danni all’ambiente, ma rispetto alle conseguenze della combustione di combustibili naturali, tali danni sono una goccia nel mare.

Le celle solari a semiconduttore hanno un vantaggio molto importante: la durata. Nonostante il fatto che prendersi cura di loro non richieda una conoscenza particolarmente grande da parte del personale. Di conseguenza, i pannelli solari stanno diventando sempre più popolari nell’industria e nella vita di tutti i giorni.

Pochi metri quadrati di pannelli solari possono risolvere facilmente tutti i problemi energetici di un piccolo borgo. Nei paesi con molte giornate soleggiate - la parte meridionale degli Stati Uniti, Spagna, India, Arabia Saudita e altri - gli impianti solari funzionano da molto tempo. Alcuni di loro raggiungono una potenza davvero impressionante.

Oggi sono già in fase di sviluppo progetti per costruire centrali solari al di fuori dell'atmosfera, dove i raggi del sole non perdono la loro energia. Si propone di convertire la radiazione catturata nell'orbita terrestre in un altro tipo di energia - le microonde - e quindi inviarla sulla Terra. Tutto questo è fantastico da imparare, ma la tecnologia moderna consente di realizzare un progetto del genere in un futuro molto prossimo.

La maggior parte dei sistemi di riscaldamento solare sono collettori solari di vario tipo, in cui i liquidi - acqua o olio - vengono utilizzati per ricevere e trasferire il calore. Tipicamente questi sistemi sono costituiti da un radiatore tubolare riempito di liquido. Il radiatore è realizzato con materiali di colore scuro o è posizionato sotto una piastra scura. L'intero sistema è rivestito in vetro nella parte superiore. La radiazione solare, penetrando attraverso il vetro, riscalda il liquido, che poi confluisce in uno speciale contenitore termoisolante. D'altra parte, l'acqua fredda viene pompata nel radiatore in modo che, una volta riscaldata, ripeta lo stesso percorso. Naturalmente, un sistema del genere non produrrà temperature elevate, ma catturare anche una frazione dell’energia libera rappresenta anche una sorta di risparmio.

Un collettore sottovuoto è molto più efficace: può riscaldare il liquido fino a 300°C. Questa temperatura è raggiunta grazie al fatto che l'intero sistema funziona nel vuoto, cioè in uno spazio senz'aria. Niente aria significa che nessuno ruba calore dal riscaldatore.

Esistono molti tipi di riscaldatori che funzionano secondo il principio di focalizzare i raggi del sole in un piccolo spazio. Raggiungono le temperature più elevate. Sistemi di specchi o lenti d'ingrandimento concentrano la radiazione solare sul già noto radiatore tubolare riempito di liquido. Quest'ultimo si riscalda molto rapidamente ed entra nell'impianto di riscaldamento generale dell'edificio. Le centrali elettriche centrali alimentate dall'energia solare dispongono solitamente di diverse migliaia di specchi riflettenti per catturare l'energia solare da una vasta area. Tutti i riflettori dirigono i raggi del sole verso le sommità della torre centrale, dove l'acqua fredda scorre continuamente attraverso un sistema di tubazioni. Sotto l'influenza delle radiazioni, l'acqua bolle molto rapidamente trasformandosi in vapore, che fa ruotare le pale delle turbine sotto pressione. Centrali elettriche di questo tipo operano con successo negli Stati Uniti, in Giappone e in alcuni paesi europei.

Un gran numero di esperimenti scientifici e tecnologie sofisticate talvolta richiedono la creazione di temperature enormi. L’opzione ideale è l’energia solare, che può creare temperature gigantesche in una piccola area. Il “forno solare” più famoso opera nella cittadina francese di Odilo. I suoi specchi mobili concentrano l'energia solare da una vasta area su un'area inferiore a un metro quadrato. Questa piattaforma si trova su una piccola torre di fronte al sistema di specchi. Nelle giornate limpide, la temperatura nel punto focale degli specchi può raggiungere i 3300°C. Con il suo aiuto, Odilo crea materiali con proprietà speciali che non possono essere ottenute nella metallurgia tradizionale.

fatti interessanti della storia.» 2011-09-19 » L'energia solare e gli specchi di Archimede

Archimede
Idea d'uso energia solare come arma, venne per la prima volta in mente all'uomo, probabilmente nell'età della pietra, tuttavia fu incarnata per la prima volta dal famoso Archimede. Per questo gli abitanti di Siracusa gli furono molto più grati che per aver calcolato il volume del fluido spostato e il valore di pi greco messi insieme. Ecco com’è andata…

Il re Gerone II di Siracusa morì nel 215 a.C. all'età di 90 anni e trasferì il potere a suo nipote Geronimo. Nel corso degli intrighi di palazzo, il nuovo re stabilì la rotta per la separazione da Roma e concluse un accordo con Cartagine. Il risultato logico di questa politica fu la seconda guerra punica tra romani e cartaginesi.

Marco Claudio Marcello, generale romano, assediò pochi anni dopo (nel 212 a.C.) Siracusa da terra e da mare. 60 navi pesanti (quinqueremi) si avvicinarono alle mura della città nel raggio di tiro delle frecce, frombolieri (lanciatori) e arcieri iniziarono a inondare i difensori con proiettili mortali. Ma la città fu aiutata a difendersi da Archimede, che la utilizzò

tutto quello a cui riuscivo a pensare erano gigantesche zampe di ferro aggrappate alle navi e le catapulte su di esse, che lanciavano enormi massi, ma la cosa più insolita era che lo scienziato stava usando un enorme specchio per dare fuoco a quinqueremi romane lunghe 45 metri!
Aver perso alcune navi in ​​un modo così insolito. Il generale Marcello portò via la flotta, ma ciò non aiutò, poiché Archimede, 75 anni, costruì un altro specchio e continuò la sua idea con raggi di sole mortali. È vero, questo non ha reso le cose più facili ai cittadini: lo scienziato ha sventato l'assalto, ma non è riuscito a liberarsi dell'assedio. Alla fine la città cadde. Lui stesso
Archimede fu ucciso da un legionario nel caos di una battaglia di strada.
Leggenda su Gli specchi di Archimede Nel corso dei secoli divenne gradualmente una leggenda. Ma che visse nel VI secolo d.C. e. Il matematico, architetto e scultore Anthymius (che costruì il famoso Tempio di Sophia a Costantinopoli) creò un sistema di ventiquattro specchi. Lo scienziato ha utilizzato fonti sconosciute, che potrebbero contenere descrizioni dello specchio di Archimede. La conferma delle qualità di combattimento di un simile specchio ebbe luogo immediatamente: con il suo aiuto, Anthymius bruciò la casa di un vicino che lo infastidiva da tempo.

Nel Medioevo, l’uso di uno specchio in battaglia fu contestato dal filosofo e matematico francese René Descartes, che nella sua “Diottrica” sosteneva che era impossibile incendiare una nave utilizzando i raggi solari: “Poiché il Sole non è un punto, ma un disco con diametro angolare visibile di 32, allora ogni punto dello specchio riflette un cono di raggi provenienti da diversi punti di questo disco, avente un angolo al vertice di 32°. Uno specchio avente un diametro inferiore a un centesimo della distanza dal luogo da incendiare non può riscaldare quel luogo più del sole stesso”.

Tuttavia, quarant'anni dopo, la situazione fu corretta da Athanasius Kircher, un matematico tedesco, che nel 1674 descrisse nel suo libro "La grande arte della luce e dell'ombra" esperimenti sulla riflessione dei raggi del sole con cinque specchi. Secondo lui, ha ricevuto un riscaldamento significativo, anche se insufficiente, nella zona della "lepre" per incendio doloso.

La reputazione di Archimede come operatore "laser" da combattimento fu finalmente ripristinata dall'inventore e naturalista francese Georges Louis Buffon. Nel 1747 costruì un sistema composto da 128 specchi piani. Georges non solo accese in questo modo una tavola catramata a una distanza di cinquanta metri, ma riuscì anche a fondere argento e piombo.

Ioannis Sakas, un ingegnere meccanico greco, reclutò 70 assistenti nel novembre 1973. Li ha posizionati sulla riva della baia con specchi di 91 x 50 centimetri. Al comando dell'ingegnere, gli assistenti sollevarono gli specchi, concentrando i raggi del sole sulla barca con la resina. Alla fine, quando i raggi del sole confluirono in un punto, la barca cominciò a fumare e dopo pochi minuti prese fuoco!

Professori e studenti del Massachusetts Institute of Technology hanno condotto un esperimento simile il 30 settembre 2005. Le cose non sono andate così bene. Gli studenti non sono stati in grado di puntare 129 specchi quadrati in un punto. Poi il cielo si è rannuvolato e l'esperimento ha dovuto essere rinviato.
Il secondo tentativo è stato un successo: i professori hanno fatto a meno degli studenti pasticcioni. Con l'aiuto di uno specchio, che dava un bersaglio a forma di "coniglietto" a forma di croce, tutti i 129 specchi, precedentemente ricoperti di stoffa, sono stati puntati di volta in volta sul modello della nave romana in un punto (la luce di uno specchio interferiva con il puntamento di un altro). Quando si sono concentrati, gli scienziati hanno tolto le coperte. Passarono alcuni minuti e il modello di quercia rossa iniziò a fumare, quindi una fiamma scoppiò nel punto focale. Dopo aver ammirato il tutto e spento l’incendio, si scoprì che la loro enorme “lepre” solare aveva bruciato una tavola spessa 2,54 centimetri.

Si scopre che Archimede potrebbe effettivamente utilizzare un sistema di specchi per dare fuoco alle navi romane.

Oggi, un'invenzione simile dei greci viene utilizzata per scopi pacifici: uno specchio di segnalazione (eliografo) è incluso nei kit di salvataggio di emergenza di viaggiatori, militari e atleti.Un tale lampo, emesso da un eliografo in una giornata soleggiata e senza nuvole, viene rilevato da un aereo che vola ad un'altitudine di diversi chilometri, e in alcuni casi è visibile anche fino a quaranta chilometri! Con uno specchio di segnalazione di questo tipo è possibile inviare segnali di notte, durante la luna piena e anche in caso di nebbia.

Questa energia solare viene utilizzata anche in centrali solari quando un sistema di specchi riflette la luce su un serbatoio d'acqua. L'acqua bolle e il vapore pressurizzato trasferisce energia alle turbine.

Ma la colossale energia del Sole non dà pace militare. I calcoli mostrano che la temperatura al centro del flusso luminoso può raggiungere più di mille gradi! Non è difficile immaginare cosa creerà uno di questi specchi posizionato nell'orbita terrestre. I raggi del sole scioglieranno non solo le pareti di un bunker o dell'armatura di un carro armato, ma anche i coperchi dei silos missilistici intercontinentali. Un gruppo di tali specchi può facilmente bruciare un'intera città.
Naturalmente, tali armi non sono assolute: la nebbia o il fumo denso ne indeboliranno l'effetto, e i vincitori non hanno bisogno della terra cotta e bruciata dal caldo. Tuttavia, tali progetti potrebbero avere un vero futuro come riscaldatori o proiettori giganti.

2 anni fa

La vita di una persona moderna è semplicemente impensabile senza energia. Un'interruzione di corrente sembra una catastrofe; una persona non può più immaginare la vita senza mezzi di trasporto e cucinare, ad esempio, sul fuoco invece che su un comodo fornello a gas o elettrico è già un hobby.

Utilizziamo ancora combustibili fossili (petrolio, gas, carbone) per produrre energia. Ma le loro riserve sul nostro pianeta sono limitate e non verrà il giorno, né oggi né domani, in cui finiranno. Cosa fare? La risposta esiste già: cercare altre fonti di energia, non tradizionali, alternative, la cui fornitura è semplicemente inesauribile.

Tali fonti energetiche alternative includono il sole e il vento.

Utilizzo dell'energia solare

Sole- il fornitore di energia più potente. Usiamo qualcosa a causa delle nostre caratteristiche fisiologiche. Ma milioni, miliardi di kilowatt vengono sprecati e scompaiono quando cala l’oscurità. Ogni secondo il Sole dona alla Terra 80mila miliardi di kilowatt. Si tratta di molte volte di più di quanto producono tutte le centrali elettriche del mondo.

Immagina solo quali benefici porterà l'uso dell'energia solare all'umanità:

. Infinito nel tempo. Gli scienziati prevedono che il Sole non si spegnerà per diversi miliardi di anni. E questo significa che ce ne sarà abbastanza per la nostra vita e per i nostri lontani discendenti.

. Geografia. Non ci sono posti sul nostro pianeta dove il sole non splende. Da qualche parte è più luminoso, da qualche parte è più fioco, ma il Sole è ovunque. Ciò significa che non ci sarà bisogno di avvolgere la Terra in una rete infinita di cavi, cercando di fornire elettricità agli angoli più remoti del pianeta.

. Quantità. C'è abbastanza energia solare per tutti. Anche se qualcuno iniziasse a immagazzinare tale energia in misura incommensurabile per un uso futuro, ciò non cambierebbe nulla. Abbastanza per caricare le batterie e prendere il sole in spiaggia.

. Beneficio economico. Non avrai più bisogno di spendere soldi per acquistare legna da ardere, carbone o benzina. La luce solare gratuita sarà responsabile del funzionamento dell'approvvigionamento idrico e dell'auto, dell'aria condizionata e della TV, del frigorifero e del computer.

. Benefico per l'ambiente. La deforestazione totale diventerà un ricordo del passato, non sarà più necessario riscaldare fornaci, costruire nuove centrali “Chernobyl” e “Fukushima”, bruciare olio combustibile e petrolio. Perché impegnarsi così tanto per distruggere la natura quando c'è una fonte di energia meravigliosa e inesauribile nel cielo: il sole.

Fortunatamente questi non sono sogni. Gli scienziati stimano che entro il 2020 il 15% dell’elettricità in Europa sarà fornita dalla luce solare. E questo è solo l'inizio.

Dove viene utilizzata l’energia solare?

. Pannelli solari. Le batterie installate sul tetto di una casa non sorprendono più nessuno. Assorbendo l'energia del sole, la convertono in elettricità. In California, ad esempio, qualsiasi progetto di nuova casa richiede l’uso di un pannello solare. E in Olanda, la città di Herhugoward è chiamata la “città del sole” perché tutte le case qui sono dotate di pannelli solari.

. Trasporto.

Già adesso, durante il volo autonomo, tutti i veicoli spaziali si riforniscono di elettricità proveniente dall'energia solare.

Auto a energia solare. Il primo modello di un'auto del genere fu presentato nel 1955. E già nel 2006, la società francese Venturi ha lanciato la produzione in serie di auto “solari”. Le sue caratteristiche sono ancora modeste: solo 110 chilometri di percorrenza autonoma e una velocità non superiore a 120 km/h. Ma quasi tutti i leader mondiali dell'industria automobilistica stanno sviluppando le proprie versioni di auto rispettose dell'ambiente.

. Centrali solari.

. Gadget. Esistono già caricabatterie per molti dispositivi che funzionano con il sole.

Tipi di energia solare (centrali solari)

Attualmente sono stati sviluppati diversi tipi di impianti di energia solare (SPP):

. Torre. Il principio di funzionamento è semplice. Un enorme specchio (eliostato) ruota dietro al sole e dirige i raggi del sole verso un dissipatore di calore pieno d'acqua. Quindi tutto avviene come in una centrale termoelettrica convenzionale: l'acqua bolle e si trasforma in vapore. Il vapore fa girare una turbina, che alimenta un generatore. Quest'ultimo genera elettricità.

. A forma di disco. Il principio di funzionamento è simile a quelli a torre. La differenza sta nel design stesso. In primo luogo, non viene utilizzato uno specchio, ma diversi rotondi che sembrano enormi piatti. Gli specchi sono installati radialmente attorno al ricevitore.

Ogni piastra SES può avere più moduli simili contemporaneamente.

. Fotovoltaico(utilizzando batterie fotografiche).

. SES con concentratore cilindrico parabolico. Un enorme specchio a forma di cilindro, dove al fuoco della parabola è installato un tubo con liquido di raffreddamento (molto spesso viene utilizzato olio). L'olio si riscalda alla temperatura desiderata e trasferisce il calore all'acqua.

. Vuoto solare. Il terreno è coperto da tettoia in vetro. L'aria e il terreno sottostante si riscaldano di più. Una speciale turbina convoglia l'aria calda verso una torre ricevente, vicino alla quale è installato un generatore elettrico. L'elettricità viene generata a causa delle differenze di temperatura.

Utilizzo dell'energia eolica

Un altro tipo di fonte di energia alternativa e rinnovabile è il vento. Più forte è il vento, maggiore è l’energia cinetica che produce. E l'energia cinetica può sempre essere convertita in energia meccanica o elettrica.

L'energia meccanica generata dal vento è stata utilizzata per molto tempo. Ad esempio, quando si macina il grano (famosi mulini a vento) o si pompa acqua.

Viene utilizzata anche l’energia eolica:

Nelle turbine eoliche che generano elettricità. Le lame caricano la batteria, da cui viene fornita corrente ai convertitori. Qui la corrente continua viene convertita in corrente alternata.

Trasporto. Esiste già un’auto che funziona con l’energia eolica. Una speciale installazione eolica (aquilone) consente alle navi d'acqua di muoversi.

Tipologie di energia eolica (impianti eolici)

. Terra- il tipo più comune. Tali parchi eolici sono installati su colline o colline.

. Al largo. Sono costruiti in acque poco profonde, a notevole distanza dalla costa. L'elettricità viene fornita alla terra tramite cavi sottomarini.

. Costiero- installato a una certa distanza dal mare o dall'oceano. I parchi eolici costieri sfruttano la forza delle brezze.

. Galleggiante. La prima turbina eolica galleggiante è stata installata nel 2008 al largo delle coste italiane. I generatori sono installati su piattaforme speciali.

. Parchi eolici in ascesa posti in quota su appositi cuscini realizzati con materiali non infiammabili e riempiti di elio. L'elettricità viene fornita a terra tramite corde.

Prospettive e sviluppo

I piani più seri a lungo termine per l'utilizzo dell'energia solare sono quelli stabiliti dalla Cina, che entro il 2020 prevede di diventare leader mondiale in questo campo. I paesi della CEE stanno sviluppando un concetto che consentirà di ottenere fino al 20% dell'elettricità da fonti alternative. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti fissa una cifra più bassa, fino al 14% entro il 2035. Ci sono SES anche in Russia. Uno dei più potenti è installato a Kislovodsk.

Per quanto riguarda l'utilizzo dell'energia eolica, ecco alcuni dati. La European Wind Energy Association ha pubblicato dati che mostrano che gli impianti eolici forniscono elettricità a molti paesi in tutto il mondo. Così, in Danimarca, il 20% dell'elettricità consumata viene ottenuta attraverso tali impianti, in Portogallo e Spagna - 11%, in Irlanda - 9%, in Germania - 7%.

Attualmente i parchi eolici sono installati in più di 50 paesi in tutto il mondo e la loro capacità cresce di anno in anno.