प्राचीन काल से, लोगों ने सूर्य को शक्तिशाली और महान बताया है, अपने धर्मों में इसे एक चेतन वस्तु की श्रेणी में रखा है। प्रकाशमान की पूजा की जाती थी, उसकी प्रशंसा की जाती थी, उससे समय मापा जाता था और उसे हमेशा सांसारिक आशीर्वाद का प्राथमिक स्रोत माना जाता था।

सौर ऊर्जा की आवश्यकता

सहस्राब्दियाँ बीत गईं। मानवता अपने विकास के एक नए युग में प्रवेश कर चुकी है और तेजी से विकसित हो रही तकनीकी प्रगति का लाभ उठा रही है। हालाँकि, आज तक, यह सूर्य ही है जो गर्मी के मुख्य प्राकृतिक स्रोत का प्रतिनिधित्व करता है, और परिणामस्वरूप, जीवन का।

मानवता अपनी दैनिक गतिविधियों में सूर्य का उपयोग कैसे करती है? आइए इस मुद्दे पर अधिक विस्तार से विचार करें।

सूर्य का "कार्य"।

आकाशीय पिंड पौधों में प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक ऊर्जा के एकमात्र स्रोत के रूप में कार्य करता है। सूर्य जल चक्र को गति प्रदान करता है, और यह केवल उसके लिए धन्यवाद है कि हमारे ग्रह पर मानव जाति के लिए ज्ञात सभी जीवाश्म ईंधन मौजूद हैं। और लोग इस चमकीले तारे की शक्ति का उपयोग अपनी विद्युत और तापीय ऊर्जा की जरूरतों को पूरा करने के लिए भी करते हैं। इसके बिना, ग्रह पर जीवन असंभव होगा।

ऊर्जा का मुख्य स्रोत

प्रकृति बुद्धिमानी से यह सुनिश्चित करती है कि मानवता को स्वर्गीय शरीर से उसके उपहार प्राप्त हों। पृथ्वी पर डिलीवरी सौर ऊर्जामहाद्वीपों और जल की सतह पर विकिरण तरंगों को संचारित करके किया जाता है। इसके अलावा, पूरे भेजे गए स्पेक्ट्रम से, केवल निम्नलिखित ही हम तक पहुँचते हैं:

1. पराबैंगनी तरंगें। वे मानव आंखों के लिए अदृश्य हैं और कुल स्पेक्ट्रम का लगभग 2% बनाते हैं।

2. प्रकाश तरंगें. यह सूर्य से पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाली ऊर्जा का लगभग आधा है। प्रकाश तरंगों के कारण व्यक्ति अपने चारों ओर की दुनिया के सभी रंगों को देखता है।

3. इन्फ्रारेड तरंगें। वे लगभग 49% स्पेक्ट्रम बनाते हैं और पानी और भूमि की सतह को गर्म करते हैं। पृथ्वी पर सौर ऊर्जा के उपयोग में इन्हीं तरंगों की सबसे अधिक मांग है।

अवरक्त तरंग रूपांतरण का सिद्धांत

पृथ्वी पर सौर ऊर्जा के उपयोग की प्रक्रिया कैसे होती है? किसी भी अन्य समान क्रिया की तरह, यह प्रत्यक्ष परिवर्तन के सिद्धांत के अनुसार किया जाता है। ऐसा करने के लिए, आपको केवल एक विशेष सतह की आवश्यकता है। जब सूर्य का प्रकाश इस पर पड़ता है तो यह ऊर्जा में परिवर्तित होने की प्रक्रिया से गुजरता है। गर्मी प्राप्त करने के लिए, इस सर्किट में एक कलेक्टर शामिल होना चाहिए। यह अवरक्त तरंगों को अवशोषित करता है। इसके अलावा, सौर ऊर्जा का उपयोग करने वाले उपकरण में निश्चित रूप से भंडारण उपकरण होते हैं। अंतिम उत्पाद को गर्म करने के लिए विशेष हीट एक्सचेंजर्स स्थापित किए जाते हैं।

सौर ऊर्जा द्वारा अपनाया गया लक्ष्य मानवता के लिए अत्यंत आवश्यक ऊष्मा और प्रकाश प्राप्त करना है। नए उद्योग को कभी-कभी सौर ऊर्जा भी कहा जाता है। आख़िरकार, ग्रीक से अनुवादित हेलिओस का अर्थ सूर्य है।

कॉम्प्लेक्स का संचालन

सैद्धांतिक रूप से, हम में से प्रत्येक सौर स्थापना की गणना कर सकता है। आखिरकार, यह ज्ञात है कि, हमारी आकाशगंगा प्रणाली के एकमात्र तारे से पृथ्वी तक का रास्ता पार करते हुए, प्रकाश किरणों की एक धारा अपने साथ 1367 W प्रति वर्ग मीटर के बराबर ऊर्जा आवेश लेकर आएगी। यह तथाकथित सौर स्थिरांक है, जो वायुमंडलीय परतों के प्रवेश द्वार पर मौजूद होता है। यह विकल्प तभी संभव है जब आदर्श स्थितियाँ, जो प्रकृति में मौजूद ही नहीं है। वायुमंडल से गुजरने के बाद सूर्य की किरणें भूमध्य रेखा पर 1020 वाट प्रति वर्ग मीटर ले आएंगी। लेकिन दिन और रात के बदलाव के कारण हमें तीन गुना कम मूल्य मिल सकता है। जहाँ तक समशीतोष्ण अक्षांशों की बात है, यहाँ न केवल अवधि बदलती है। दिन के उजाले घंटे, लेकिन मौसमी भी। इस प्रकार, गणना करते समय भूमध्य रेखा से दूर के स्थानों में बिजली उत्पादन को दो के अन्य कारक से कम करने की आवश्यकता होगी।

आकाशीय पिंड के विकिरणों का भूगोल

सौर ऊर्जा कहाँ काफी कुशलता से काम कर सकती है? इस विकासशील उद्योग में पौधे लगाने की प्राकृतिक परिस्थितियाँ महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।
पृथ्वी की सतह पर सौर विकिरण का वितरण असमान है। कुछ क्षेत्रों में, सूर्य की किरण एक लंबे समय से प्रतीक्षित और दुर्लभ अतिथि है, दूसरों में यह सभी जीवित चीजों पर निराशाजनक प्रभाव डाल सकती है।

किसी विशेष क्षेत्र को प्राप्त होने वाले सौर विकिरण की मात्रा उसके अक्षांश पर निर्भर करती है। प्राकृतिक प्रकाश ऊर्जा की सबसे बड़ी खुराक भूमध्य रेखा के पास स्थित राज्यों द्वारा प्राप्त की जाती है। लेकिन वह सब नहीं है। सौर प्रवाह की मात्रा स्पष्ट दिनों की संख्या पर निर्भर करती है, जो एक जलवायु क्षेत्र से दूसरे में जाने पर बदल जाती है। वायु प्रवाह और क्षेत्र की अन्य विशेषताएं विकिरण की डिग्री को बढ़ा या घटा सकती हैं। सौर ऊर्जा के लाभ सबसे अधिक परिचित हैं:

पूर्वोत्तर अफ़्रीका के देश और महाद्वीप के कुछ दक्षिण-पश्चिमी और मध्य क्षेत्र;
- अरब प्रायद्वीप के निवासी;
- अफ़्रीका का पूर्वी तट;
- उत्तर-पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया और इंडोनेशिया के कुछ द्वीप;
- दक्षिण अमेरिका का पश्चिमी तट।

जहां तक ​​रूस का सवाल है, जैसा कि उसके क्षेत्र पर किए गए माप से पता चलता है, चीन की सीमा से लगे क्षेत्र, साथ ही उत्तरी क्षेत्र, सौर विकिरण की उच्चतम खुराक का आनंद लेते हैं। और हमारे देश में सूर्य पृथ्वी को सबसे कम कहाँ गर्म करता है? यह उत्तर-पश्चिमी क्षेत्र है, जिसमें सेंट पीटर्सबर्ग और आसपास के क्षेत्र शामिल हैं।

बिजली संयंत्रों

पृथ्वी पर सूर्य की ऊर्जा का उपयोग किए बिना हमारे जीवन की कल्पना करना कठिन है। इसे कैसे लागू करें? प्रकाश किरणों का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। इसकी आवश्यकता हर साल बढ़ रही है, और गैस, तेल और कोयले के भंडार तेजी से घट रहे हैं। इसीलिए हाल के दशकों में लोगों ने सौर ऊर्जा संयंत्र बनाना शुरू कर दिया है। आख़िरकार, ये प्रतिष्ठान वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों के उपयोग की अनुमति देते हैं, जिससे प्राकृतिक संसाधनों की काफी बचत होती है।

सौर ऊर्जा संयंत्र उनकी सतह में निर्मित फोटोकल्स की बदौलत संचालित होते हैं। इसके अलावा, में पिछले साल काऐसी प्रणालियों की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि करना संभव था। से सौर प्रतिष्ठानों का उत्पादन शुरू हुआ नवीनतम सामग्रीऔर रचनात्मक इंजीनियरिंग समाधानों का उपयोग करना। इससे उनकी शक्ति में काफी वृद्धि हुई।

कुछ शोधकर्ताओं के अनुसार, निकट भविष्य में मानवता बिजली पैदा करने के मौजूदा पारंपरिक तरीकों को छोड़ सकती है। लोगों की ज़रूरतें स्वर्गीय शरीर द्वारा पूरी तरह से संतुष्ट होंगी।

सौर ऊर्जा संयंत्र लगा सकते हैं कई आकार. उनमें से सबसे छोटे निजी हैं। इन प्रणालियों में केवल कुछ ही सौर पैनल हैं। सबसे बड़ी और सबसे जटिल स्थापनाएँ दस वर्ग किलोमीटर से अधिक के क्षेत्र पर कब्जा करती हैं।

सभी सौर ऊर्जा संयंत्रों को छह प्रकारों में विभाजित किया गया है। उनमें से:

मीनार;
- फोटोकल्स के साथ स्थापना;
- डिस्क के आकार का;
- परवलयिक;
- सौर-वैक्यूम;
- मिश्रित।

सबसे सामान्य प्रकार का बिजली संयंत्र टावर है। यह एक ऊंची संरचना है. बाह्य रूप से, यह एक मीनार जैसा दिखता है जिसके ऊपर एक जलाशय स्थित है। कंटेनर को पानी से भर दिया जाता है और काले रंग से रंग दिया जाता है। टावर के चारों ओर दर्पण हैं, जिनका क्षेत्रफल 8 वर्ग मीटर से अधिक है। यह पूरा सिस्टम एक ही नियंत्रण कक्ष से जुड़ा है, जिसकी बदौलत आप दर्पणों के कोण को निर्देशित कर सकते हैं ताकि वे लगातार सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करें। टैंक पर निर्देशित किरणें पानी को गर्म करती हैं। यह प्रणाली भाप उत्पन्न करती है, जिसका उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

फोटोकेल-प्रकार के बिजली संयंत्रों का संचालन करते समय, उनका उपयोग किया जाता है सौर पेनल्स. आज, ऐसी स्थापनाएँ विशेष रूप से लोकप्रिय हो गई हैं। आखिरकार, सौर पैनलों को छोटे ब्लॉकों में स्थापित किया जा सकता है, जो उन्हें न केवल औद्योगिक उद्यमों के लिए, बल्कि निजी घरों के लिए भी उपयोग करने की अनुमति देता है।

अगर आप देखें पूरी लाइनविशाल सैटेलाइट डिश, चालू अंदरकौन सी मिरर प्लेटें लगी हैं तो जान लें कि ये सौर विकिरण पर चलने वाले परवलयिक विद्युत संयंत्र हैं। उनके संचालन का सिद्धांत समान टावर-प्रकार प्रणालियों के समान है। वे प्रकाश की किरण को पकड़ते हैं और रिसीवर को तरल से गर्म करते हैं। इसके बाद, भाप उत्पन्न होती है, जिसका उपयोग बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है।

डिश स्टेशन उसी तरह से संचालित होते हैं जैसे टावर और पैराबॉलिक प्रकार के रूप में वर्गीकृत होते हैं। अंतर केवल स्थापना की डिज़ाइन सुविधाओं में हैं। पहली नज़र में, यह एक विशाल धातु के पेड़ जैसा दिखता है जिसकी पत्तियाँ सपाट दर्पण हैं गोलाकार. इनमें सौर ऊर्जा केंद्रित है।

सौर-वैक्यूम ऊर्जा संयंत्र में ऊष्मा उत्पन्न करने की एक असामान्य विधि का उपयोग किया जाता है। इसका डिज़ाइन गोल छत से ढका ज़मीन का एक टुकड़ा है। इस संरचना के केंद्र में एक खोखला टावर उगता है, जिसके आधार पर टर्बाइन स्थापित होते हैं। ऐसे बिजली संयंत्र के ब्लेडों का घूमना हवा के प्रवाह के कारण होता है जो तापमान के अंतर के कारण होता है। कांच की छत सूर्य की किरणों को गुजरने देती है। वे पृथ्वी को गर्म करते हैं। घर के अंदर हवा का तापमान बढ़ जाता है। अंदर और बाहर थर्मामीटर रीडिंग में अंतर वायु ड्राफ्ट बनाता है।

सौर ऊर्जा में बिजली संयंत्रों का भी उपयोग किया जाता है मिश्रित प्रकार. हम ऐसी प्रणालियों के बारे में उन मामलों में बात कर सकते हैं, जहां, उदाहरण के लिए, टावरों पर अतिरिक्त फोटोकल्स का उपयोग किया जाता है।

सौर ऊर्जा के फायदे और नुकसान

राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के प्रत्येक क्षेत्र की अपनी सकारात्मकता है नकारात्मक पक्ष. वे प्रकाश प्रवाह का उपयोग करते समय भी उपलब्ध होते हैं। पेशेवरों सौर ऊर्जानिम्नानुसार निष्कर्ष निकाला गया है:

पर्यावरण के अनुकूल, क्योंकि यह पर्यावरण को प्रदूषित नहीं करता है;
- मुख्य घटकों की उपलब्धता - फोटोकल्स, जो न केवल बेचे जाते हैं औद्योगिक अनुप्रयोग, बल्कि व्यक्तिगत छोटे बिजली संयंत्र बनाने के लिए भी;
- स्रोत की अटूटता और आत्म-नवीकरण;
-लगातार घटती लागत.

सौर ऊर्जा के नुकसानों में से हैं:

दिन के समय का प्रभाव और मौसम की स्थितिबिजली संयंत्रों की उत्पादकता पर;
- ऊर्जा भंडारण की आवश्यकता;
- जिस अक्षांश पर क्षेत्र स्थित है और वर्ष के समय के आधार पर उत्पादकता में कमी;
- हवा का बड़ा ताप, जो बिजली संयंत्र में ही होता है;
- संदूषण की आवधिक सफाई की आवश्यकता, जिसकी सौर पैनल प्रणाली को आवश्यकता होती है, जो कि उन विशाल क्षेत्रों के कारण समस्याग्रस्त है जिन पर फोटोकल्स स्थापित हैं;
- उपकरणों की अपेक्षाकृत उच्च लागत, जो हालांकि हर साल कम हो रही है, फिर भी बड़े पैमाने पर उपभोक्ता के लिए दुर्गम है।

विकास की संभावनाएं

पृथ्वी पर सौर ऊर्जा के उपयोग की और क्या संभावनाएँ हैं? आज, इस वैकल्पिक परिसर के लिए एक महान भविष्य की भविष्यवाणी की गई है।

सौर ऊर्जा की संभावनाएं उज्ज्वल हैं। आख़िरकार, इस दिशा में पहले से ही बड़े पैमाने पर काम चल रहा है। हर साल, दुनिया भर के विभिन्न देशों में अधिक से अधिक सौर ऊर्जा संयंत्र दिखाई देते हैं, जिनका आकार इसके तकनीकी समाधान और पैमाने में अद्भुत है। इसके अलावा, इस उद्योग के विशेषज्ञ वैज्ञानिक अनुसंधान करना बंद नहीं करते हैं, जिसका लक्ष्य गुणांक को कई गुना बढ़ाना है। उपयोगी क्रियाऐसी स्थापनाओं में उपयोग किए जाने वाले फोटोकल्स।

वैज्ञानिकों ने एक दिलचस्प गणना की है. यदि पृथ्वी ग्रह की भूमि पर फोटोकल्स स्थापित किए गए, जो इसके क्षेत्र के सात सौवें हिस्से पर स्थित होगा, तो वे, यहां तक ​​​​कि 10% की दक्षता के साथ, पूरी मानवता को वह गर्मी और प्रकाश प्रदान करेंगे जिनकी उन्हें आवश्यकता है। और यह इतनी दूर की संभावना नहीं है. आख़िरकार, आज उपयोग किए जाने वाले फोटोकल्स की दक्षता 30% है। वहीं, वैज्ञानिकों को इस मूल्य को 85% तक बढ़ाने की उम्मीद है।

सौर ऊर्जा का विकास काफी तेज़ गति से चल रहा है। लोग प्राकृतिक संसाधनों की कमी की समस्या को लेकर गंभीर रूप से चिंतित हैं और इसकी पहचान करने पर काम कर रहे हैं वैकल्पिक स्रोतगर्मी और रोशनी. ऐसा समाधान मानवता के लिए अपरिहार्य ऊर्जा संकट, साथ ही आसन्न पर्यावरणीय तबाही को रोकेगा।

सौर ऊर्जा विशेष प्रतिष्ठानों का उपयोग करके सौर ऊर्जा का संचय करके उत्पादन करना है। आज रूस में सौर ऊर्जा सक्रिय रूप से विकसित हो रही है। देश के वैज्ञानिक कई वर्षों से ऊर्जा संसाधन प्राप्त करने की संभावनाओं का अध्ययन कर रहे हैं। लेकिन विशेष रूप से सावधानी से यह मुद्दा 2000 से काम के लिए समर्पित।

फिलहाल, विभिन्न प्रणालियों और प्रतिष्ठानों का आविष्कार किया गया है और सौर ऊर्जा को संचय करने और इसे ऊर्जा वाहक में परिवर्तित करने के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। फोटोवोल्टिक प्रणालियाँ विसरित सूर्य के प्रकाश से संचालित होती हैं। इसके अलावा, इंस्टॉलेशन की शक्ति को उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं के आधार पर समायोजित किया जा सकता है। बस एक फोटो कनवर्टर अनुभाग जोड़ने से प्रभावी दक्षता में काफी वृद्धि हो सकती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है आवश्यक मात्राऊर्जा।

सौर ऊर्जा के लिए आज की संभावनाएँ

प्राकृतिक ऊर्जा के उपयोग के तंत्र में सुधार पर बहुत ध्यान दिया जाता है आधुनिक आदमी. यही कारण है कि भविष्य में सौर ऊर्जा की संभावनाएँ बहुत अधिक हैं। विशेषज्ञों के अनुसार, आने वाले वर्षों में दुनिया प्राकृतिक संसाधनों का भरपूर उपयोग करेगी, जिससे ऊर्जा संसाधनों की अटूट आपूर्ति सुनिश्चित होगी।

विश्व समुदाय के लिए इस औद्योगिक क्षेत्र का विकास प्राथमिकता है। इसके अनेक कारण हैं। अर्थात्:

• ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए प्रकृति का उपयोग करने की संभावना;
• परिणामी उत्पाद की पर्यावरणीय शुद्धता;
• सापेक्ष सस्तापन;
• पर्यावरण के लिए पूर्ण सुरक्षा;
• उपकरण के लिए न्यूनतम लागत (प्राप्त परिणाम की तुलना में)।

दूसरे शब्दों में कहें तो सूर्य की किरणों से ही ऊर्जा प्राप्त होती है सकारात्मक पक्ष. तकनीकी क्षमताओं का आधुनिक विकास उत्कृष्ट संभावनाएं प्रदान करता है - विकसित किए जा रहे उपकरण सौर ऊर्जा को परिवर्तित करने में सक्षम हैं न्यूनतम लागतकाम करने के लिए।

यह भी महत्वपूर्ण है कि सौर प्रतिष्ठानों को संचालित करना बहुत आसान है। उन्हें स्थापित करना आसान है, मरम्मत करना और संशोधित करना आसान है, उन्हें अपनी आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित करना आसान है। फोटो कन्वर्टर कम जगह लेते हैं और इमारतों की छतों पर लगाए जाते हैं। इसके अलावा, वे खराब मौसम में भी ऊर्जा जमा करने में सक्षम हैं।

वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि केवल एक सप्ताह में पृथ्वी की सतह पर पड़ने वाली सूर्य की रोशनी की मात्रा सभी ज्ञात सांसारिक ऊर्जा वाहकों (गैस, कोयला, लकड़ी) से प्राप्त की जा सकने वाली ऊर्जा से सैकड़ों गुना अधिक है। इसका मतलब यह है कि केवल 7 दिनों में एक व्यक्ति उतनी ऊर्जा प्राप्त कर सकता है जितनी, उदाहरण के लिए, कई टन कोयला प्रदान कर सकता है।

भविष्य सौर ऊर्जा का है

यह बयान अंतरराष्ट्रीय विशेषज्ञों ने दिया है. विसरित सूर्य के प्रकाश द्वारा प्रदान किए गए अवसरों को ध्यान में रखते हुए, इस राय की सत्यता के बारे में कोई संदेह नहीं है। इसे एक सरल उदाहरण से सत्यापित करना आसान है।

एक टन कोयला प्राप्त करने के लिए भारी लागत की आवश्यकता होती है, जिसमें समय, मानव श्रम और विशेष उपकरणों का उपयोग शामिल है। यह गणना करना आसान है कि देश में प्रत्येक टन ठोस ईंधन की लागत कितनी है।

सौर ऊर्जा के मामले में क्या होता है? स्टोरेज डिवाइस (बैटरी, कॉम्प्लेक्स, सिस्टम) को केवल एक बार स्थापित करना आवश्यक है, और ऊर्जा सीधे मानव भागीदारी के बिना, लगातार प्राप्त होती है। अर्थात्, किसी रहने की जगह को गर्म करने या निर्बाध बिजली आपूर्ति प्राप्त करने के लिए, उपयोगकर्ता को लगातार समय, प्रयास और वित्तीय संसाधनों को बर्बाद नहीं करना पड़ता है।

दुनिया भर में सौर ऊर्जा का भविष्य काफी उज्ज्वल देखा जा रहा है। और इसके कारण हैं. हाल के वर्षों में, विशेषज्ञ सौर ऊर्जा "रिसीवर" की गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार करने और उनके रूपांतरण को बढ़ाने में कामयाब रहे हैं। परिणामस्वरूप, लोगों के पास हेवी-ड्यूटी सौर बैटरियों तक पहुंच है जो अत्यधिक विश्वसनीय और आकार में छोटी हैं।

ऊर्जा का एक वैकल्पिक स्रोत मानवता को पर्यावरण संरक्षण के साथ समस्याओं को हल करने की अनुमति देगा। हमें अन्य सामग्रियों के घटते भंडार के बारे में नहीं भूलना चाहिए: कोयला, गैस, लकड़ी। सूरज की किरणें - एक सच्चा दोस्तव्यक्ति।

बेलारूस गणराज्य का शिक्षा मंत्रालय

शैक्षिक संस्था

"बेलारूसी राज्य शैक्षणिक विश्वविद्यालय का नाम मैक्सिम टैंक के नाम पर रखा गया"

सामान्य और सैद्धांतिक भौतिकी विभाग

सामान्य भौतिकी में कोर्सवर्क

सौर ऊर्जा और इसके उपयोग की संभावनाएँ

समूह 321 के छात्र

भौतिकी संकाय

लेशकेविच स्वेतलाना वेलेरिवेना

वैज्ञानिक सलाहकार:

फेडोरकोव चेस्लाव मिखाइलोविच

मिन्स्क, 2009

परिचय

1. सामान्य जानकारीहे सूरज!

2. सूर्य ऊर्जा का स्रोत है

2.1 सौर ऊर्जा अनुसंधान

2.2 सौर ऊर्जा क्षमता

3. सौर ऊर्जा का उपयोग

3.1 सौर ऊर्जा का निष्क्रिय उपयोग

3.2 सौर ऊर्जा का सक्रिय उपयोग

3.2.1 सौर संग्राहक और उनके प्रकार

3.2.2 सौर प्रणाली

3.2.3 सौर तापीय विद्युत संयंत्र

3.3 फोटोवोल्टिक प्रणालियाँ

4. सौर वास्तुकला

निष्कर्ष

प्रयुक्त स्रोतों की सूची

परिचय

सूर्य पृथ्वी के जीवन में एक असाधारण भूमिका निभाता है। हमारे ग्रह का संपूर्ण जैविक संसार सूर्य के कारण अस्तित्व में है। सूर्य न केवल प्रकाश और ऊष्मा का स्रोत है, बल्कि कई अन्य प्रकार की ऊर्जा (तेल, कोयला, पानी, हवा) का भी मूल स्रोत है।

जिस क्षण से मनुष्य पृथ्वी पर प्रकट हुआ, उसने सूर्य की ऊर्जा का उपयोग करना शुरू कर दिया। पुरातात्विक आंकड़ों के अनुसार, यह ज्ञात है कि आवास के लिए शांत स्थानों, ठंडी हवाओं से सुरक्षित और सूर्य के प्रकाश के लिए खुले स्थानों को प्राथमिकता दी जाती थी।

शायद पहला ज्ञात हेलियोसिस्टम अमेनहोटेप III की मूर्ति माना जा सकता है, जो 15वीं शताब्दी ईसा पूर्व की है। प्रतिमा के अंदर वायु और जल कक्षों की एक प्रणाली थी, जो सूर्य की किरणों के तहत एक छिपे हुए संगीत वाद्ययंत्र को गति प्रदान करती थी। में प्राचीन ग्रीसहेलिओस की पूजा की. इस देवता का नाम आज सौर ऊर्जा से जुड़े कई शब्दों का आधार बनता है।

विश्व अर्थव्यवस्था के कई क्षेत्रों और पृथ्वी की आबादी की लगातार बढ़ती जरूरतों को विद्युत ऊर्जा प्रदान करने की समस्या अब और अधिक जरूरी होती जा रही है।

1. सूर्य के बारे में सामान्य जानकारी

सूर्य सौर मंडल का केंद्रीय पिंड, एक गर्म प्लाज्मा बॉल, वर्णक्रमीय वर्ग G2 का एक विशिष्ट बौना तारा है।

सूर्य के लक्षण

1. वजन एम एस ~2*10 23 किलो

2. आर एस ~629 हजार किमी

3. वी= 1.41*10 27 मीटर 3, जो पृथ्वी के आयतन का लगभग 1300 हजार गुना है,

4. औसत घनत्व 1.41 * 10 3 किग्रा/मीटर 3,

5. चमक एल एस =3.86*10 23 किलोवाट,

6. प्रभावी सतह तापमान (प्रकाशमंडल) 5780 K,

7. घूर्णन अवधि (सिनोडिक) भूमध्य रेखा पर 27 दिन से लेकर 32 दिन तक होती है। ध्रुवों पर,

8. मुक्त गिरावट त्वरण 274 मी/से 2 (गुरुत्वाकर्षण के इतने बड़े त्वरण के साथ, 60 किलोग्राम वजन वाले व्यक्ति का वजन 1.5 टन से अधिक होगा)।

सूर्य की संरचना

सूर्य के मध्य भाग में उसकी ऊर्जा का एक स्रोत है, या, आलंकारिक भाषा में, वह "स्टोव" है जो इसे गर्म करता है और ठंडा नहीं होने देता है। इस क्षेत्र को कोर कहा जाता है (चित्र 1 देखें)। कोर में, जहां तापमान 15 एमके तक पहुंचता है, ऊर्जा जारी होती है। कोर की त्रिज्या सूर्य की कुल त्रिज्या के एक चौथाई से अधिक नहीं है। हालाँकि, सौर द्रव्यमान का आधा हिस्सा इसके आयतन में केंद्रित होता है और सूर्य की चमक का समर्थन करने वाली लगभग सारी ऊर्जा निकल जाती है।

नाभिक के चारों ओर तुरंत, विकिरण ऊर्जा हस्तांतरण का एक क्षेत्र शुरू होता है, जहां यह पदार्थ द्वारा प्रकाश के कुछ हिस्सों - क्वांटा - के अवशोषण और उत्सर्जन के माध्यम से फैलता है। किसी क्वांटम को घने सौर पदार्थ के माध्यम से बाहर तक प्रवेश करने में बहुत लंबा समय लगता है। इसलिए यदि सूर्य के अंदर का "स्टोव" अचानक बुझ गया, तो हमें इसके बारे में लाखों साल बाद ही पता चलेगा।

चावल। 1 सूर्य की संरचना

आंतरिक सौर परतों के माध्यम से अपने रास्ते पर, ऊर्जा प्रवाह एक ऐसे क्षेत्र का सामना करता है जहां गैस की अपारदर्शिता बहुत बढ़ जाती है। यह सूर्य का संवहन क्षेत्र है। यहां ऊर्जा का स्थानांतरण विकिरण द्वारा नहीं, बल्कि संवहन द्वारा होता है। संवहन क्षेत्र केंद्र से लगभग 0.7 त्रिज्या पर शुरू होता है और लगभग सूर्य की सबसे दृश्यमान सतह (फोटोस्फीयर) तक फैला होता है, जहां मुख्य ऊर्जा प्रवाह का स्थानांतरण फिर से उज्ज्वल हो जाता है।

प्रकाशमंडल सूर्य की विकिरणित सतह है, जिसमें एक दानेदार संरचना होती है जिसे ग्रैनुलेशन कहा जाता है। ऐसा प्रत्येक "अनाज" लगभग जर्मनी के आकार का है और गर्म पदार्थ की एक धारा का प्रतिनिधित्व करता है जो सतह पर उठी है। प्रकाशमंडल में अक्सर अपेक्षाकृत छोटे अंधेरे क्षेत्र देखे जा सकते हैं - सनस्पॉट. वे आसपास के प्रकाशमंडल की तुलना में 1500˚C अधिक ठंडे हैं, जिसका तापमान 5800˚C तक पहुँच जाता है। प्रकाशमंडल के साथ तापमान के अंतर के कारण दूरबीन से देखने पर ये धब्बे पूर्णतः काले दिखाई देते हैं। प्रकाशमंडल के ऊपर अगली, अधिक विरल परत है, जिसे क्रोमोस्फीयर कहा जाता है, अर्थात "रंगीन क्षेत्र"। क्रोमोस्फीयर को यह नाम उसके लाल रंग के कारण मिला। और अंत में, इसके ऊपर सौर वातावरण का एक बहुत गर्म, लेकिन बेहद दुर्लभ हिस्सा है - कोरोना।

2. सूर्य ऊर्जा का स्रोत है

हमारा सूर्य गैस का एक विशाल चमकदार गोला है, जिसके भीतर जटिल प्रक्रियाएँ होती रहती हैं और परिणामस्वरूप, ऊर्जा लगातार निकलती रहती है। सूर्य की ऊर्जा हमारे ग्रह पर जीवन का स्रोत है। सूर्य पृथ्वी के वायुमंडल और सतह को गर्म करता है। सौर ऊर्जा की बदौलत हवाएँ चलती हैं, प्रकृति में जल चक्र होता है, समुद्र और महासागर गर्म होते हैं, पौधों का विकास होता है और जानवरों को भोजन मिलता है। सौर विकिरण के कारण ही पृथ्वी पर जीवाश्म ईंधन मौजूद है। सौर ऊर्जा को गर्मी या ठंड, प्रेरक शक्ति और बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है।

सूर्य महासागरों, समुद्रों और पृथ्वी की सतह से पानी को वाष्पित कर देता है। यह इस नमी को पानी की बूंदों में बदल देता है, जिससे बादल और कोहरा बनता है, और फिर यह बारिश, बर्फ, ओस या ठंढ के रूप में पृथ्वी पर वापस गिरता है, जिससे वातावरण में एक विशाल नमी चक्र बनता है।

सौर ऊर्जा वायुमंडल के सामान्य परिसंचरण और महासागरों में पानी के परिसंचरण का स्रोत है। ऐसा लगता है कि यह हमारे ग्रह पर पानी और हवा को गर्म करने की एक विशाल प्रणाली का निर्माण कर रहा है, जिससे पृथ्वी की सतह पर गर्मी का पुनर्वितरण हो रहा है।

पौधों पर पड़ने वाली सूर्य की रोशनी, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया का कारण बनती है, पौधों की वृद्धि और विकास को निर्धारित करती है; मिट्टी पर पहुंचकर, यह गर्मी में बदल जाता है, इसे गर्म करता है, मिट्टी की जलवायु बनाता है, जिससे पौधों के बीजों, सूक्ष्मजीवों और इसमें रहने वाले जीवित प्राणियों को जीवन शक्ति मिलती है, जो इस गर्मी के बिना एनाबियोसिस (हाइबरनेशन) की स्थिति में होते।

सूर्य भारी मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करता है - लगभग 1.1 x 10 20 kWh प्रति सेकंड। एक किलोवाट घंटा 100-वाट तापदीप्त प्रकाश बल्ब को 10 घंटे तक संचालित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है। पृथ्वी का बाहरी वायुमंडल सूर्य द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा का लगभग दस लाखवाँ भाग, या लगभग 1,500 क्वाड्रिलियन (1.5 x 10 18) kWh प्रतिवर्ष ग्रहण करता है। हालाँकि, समस्त ऊर्जा का केवल 47%, या लगभग 700 क्वाड्रिलियन (7 x 10 17) kWh, पृथ्वी की सतह तक पहुँचता है। शेष 30% सौर ऊर्जा वापस अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाती है, लगभग 23% पानी वाष्पित हो जाता है, 1% ऊर्जा तरंगों और धाराओं से आती है और 0.01% प्रकृति में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया से आती है।

2.1 सौर ऊर्जा अनुसंधान

सूर्य अरबों वर्षों तक चमकता क्यों है और ठंडा क्यों नहीं होता? कौन सा "ईंधन" इसे ऊर्जा देता है? वैज्ञानिक सदियों से इस सवाल का जवाब ढूंढ रहे हैं और 20वीं सदी की शुरुआत में ही इसका सही समाधान मिल सका। अब यह ज्ञात है कि, अन्य तारों की तरह, यह अपनी गहराई में होने वाली थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के कारण चमकता है।

यदि हल्के तत्वों के परमाणुओं के नाभिक किसी भारी तत्व के परमाणु के नाभिक में विलीन हो जाते हैं, तो नए तत्व का द्रव्यमान उन तत्वों के कुल द्रव्यमान से कम होगा जिनसे यह बना है। द्रव्यमान का शेष भाग ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, जिसे प्रतिक्रिया के दौरान निकलने वाले कणों द्वारा ले जाया जाता है। यह ऊर्जा लगभग पूरी तरह से ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। परमाणु नाभिक के संलयन की ऐसी प्रतिक्रिया केवल बहुत उच्च दबाव और 10 मिलियन डिग्री से ऊपर के तापमान पर ही हो सकती है। इसीलिए इसे थर्मोन्यूक्लियर कहा जाता है।

सूर्य को बनाने वाला मुख्य पदार्थ हाइड्रोजन है, जो तारे के कुल द्रव्यमान का लगभग 71% है। लगभग 27% हीलियम से संबंधित है, और शेष 2% कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और धातुओं जैसे भारी तत्वों से आता है। सूर्य का मुख्य "ईंधन" हाइड्रोजन है। परिवर्तनों की श्रृंखला के परिणामस्वरूप, चार हाइड्रोजन परमाणुओं से, एक हीलियम परमाणु बनता है। और प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले प्रत्येक ग्राम हाइड्रोजन से 6x10 11 J ऊर्जा निकलती है! पृथ्वी पर, ऊर्जा की यह मात्रा 0ºC के तापमान से क्वथनांक तक 1000 m3 पानी को गर्म करने के लिए पर्याप्त होगी।

2.2 सौर ऊर्जा क्षमता

सूर्य हमें वास्तव में दुनिया भर में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा से 10,000 गुना अधिक मुफ्त ऊर्जा प्रदान करता है। अकेले वैश्विक वाणिज्यिक बाजार में प्रति वर्ष लगभग 85 ट्रिलियन (8.5 x 10 13) किलोवाट ऊर्जा खरीदी और बेची जाती है। क्योंकि पूरी प्रक्रिया की निगरानी करना असंभव है, इसलिए यह निश्चित रूप से कहना असंभव है कि लोग कितनी गैर-व्यावसायिक ऊर्जा का उपभोग करते हैं (उदाहरण के लिए, कितनी लकड़ी और उर्वरक एकत्र और जलाए जाते हैं, कितना पानी यांत्रिक या के लिए उपयोग किया जाता है) विद्युतीय ऊर्जा). कुछ विशेषज्ञों का अनुमान है कि ऐसी गैर-व्यावसायिक ऊर्जा उपयोग की जाने वाली कुल ऊर्जा का पांचवां हिस्सा है। लेकिन अगर ऐसा है भी, तो वर्ष के दौरान मानवता द्वारा उपभोग की गई कुल ऊर्जा उसी अवधि के दौरान पृथ्वी की सतह से टकराने वाली सौर ऊर्जा का लगभग सात-हजारवां हिस्सा है।

संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे विकसित देशों में, ऊर्जा की खपत लगभग 25 ट्रिलियन (2.5 x 10 13) kWh प्रति वर्ष है, जो प्रति व्यक्ति प्रति दिन 260 kWh से अधिक है। यह सूचकयह प्रत्येक दिन पूरे दिन एक सौ से अधिक 100 वॉट तापदीप्त प्रकाश बल्बों को चलाने के बराबर है। औसत अमेरिकी नागरिक एक भारतीय से 33 गुना अधिक, एक चीनी से 13 गुना अधिक, एक जापानी से ढाई गुना अधिक और एक स्वीडिश से दोगुना अधिक ऊर्जा की खपत करता है।

वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों की खोज कई वर्षों से प्रगतिशील वैज्ञानिक समुदाय को चिंतित कर रही है। सौर ऊर्जा को बिजली पैदा करने का सबसे लोकप्रिय और सबसे हानिरहित तरीका माना जाता है। पारिस्थितिक, नियमित ऊर्जा प्राप्त करने का मुख्य स्रोत सूर्य है। इस लेख में हम यूवी किरणों को बिजली में बदलने के बारे में जानेंगे कि हमारे देश के किन क्षेत्रों में इसका सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है यह तकनीकऔर भविष्य में इसके विकास की विशेषताएं क्या हैं।

वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत

हमारे प्रकाशमान की परिवर्तित ऊष्मा से, मुख्य प्रकार की ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है जिसका उपयोग दुनिया भर के लोगों द्वारा दैनिक रूप से किया जाता है। आइए बिजली उत्पादन की मुख्य श्रेणियों पर विचार करें:

1. फोटोइलेक्ट्रिक तत्व. इनके निर्माण में उपयोग किया जाता है जो सिस्टम में प्राकृतिक किरणों के रिसीवर होते हैं। पैनल संरचना, शक्ति और आयाम में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। वे मोनोक्रिस्टलाइन, सिलिकॉन-लेपित, या पॉलीक्रिस्टलाइन हो सकते हैं।
2. थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर. इस तकनीकी उपकरण के माध्यम से किरणों की ऊर्जा से बिजली का उत्पादन किया जाता है। क्रिया एल्गोरिदम में बिखरे हुए विभिन्न तापमानों को परिवर्तित करना शामिल है अलग - अलग जगहेंइकाई।

तापीय ऊर्जा प्राप्त करना

कई विन्यासों के उपयोग के माध्यम से सौर ऊर्जा को ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है:

• वैक्यूम संग्राहक. वे इस तरह काम करते हैं: किरणों द्वारा गर्म किया गया एक विशेष तरल, विशिष्ट मापदंडों तक पहुंचने पर वाष्पित हो जाता है। परिणामी भाप की ऊर्जा ऊष्मा वाहक में स्थानांतरित हो जाती है। ऊर्जा जारी होने के बाद, भाप संघनित हो जाती है, प्रक्रिया एक चक्र में फिर से शुरू हो जाती है।
• संग्राहक समतल होते हैं, जो एक स्टैक कोटिंग के साथ एक अवशोषक के आधार पर बनाए जाते हैं, एक गर्मी-इन्सुलेटिंग फ्रेम होता है, जो शीतलक के इनलेट और आउटलेट प्रदान करता है। कार्य एक विशेष सतह द्वारा किरणों के अवशोषण द्वारा सुनिश्चित किया जाता है। वे लेंस के प्रभाव में केंद्रित, केंद्रित होते हैं, और एक उपकरण पर पुनर्निर्देशित होते हैं जो शीतलक के माध्यम से सूर्य की ऊर्जा को उपभोक्ता तक स्थानांतरित करता है।

दैनिक जीवन में सौर ऊर्जा का अनुप्रयोग

फोटोवोल्टिक्स प्राकृतिक गर्मी को मानवता के लिए आवश्यक बिजली में संसाधित करने के मुख्य तरीकों में से एक है। यह प्रभावइस तरह से किया जाता है: प्रकाश कणों की ऊर्जा को अवशोषित करने वाले इलेक्ट्रॉन गति में सेट होते हैं, जिससे विद्युत वोल्टेज बनता है।

सौर पैनल (बैटरी) ऊपर वर्णित प्रक्रिया के आधार पर संचालित होते हैं। ये संरचनाएं उन तत्वों पर आधारित हैं जो विकिरण को बिजली में परिवर्तित करते हैं। वे व्यावहारिक हैं और उनमें उच्च प्रदर्शन विशेषताएँ हैं। पैनल तापमान में उतार-चढ़ाव और वर्षा के प्रति संवेदनशील नहीं हैं।

सौर ऊर्जा के विकास ने घरों, चिकित्सा क्षेत्र में और शहर को बेहतर बनाने के लिए ऊर्जा स्रोतों के रूप में पैनलों का उपयोग करना संभव बना दिया है। आधुनिक बैटरियों में बनावट और रंगों का विस्तृत चयन होता है। वे कमोबेश मानक नीली बैटरियों से मिलते-जुलते हैं, उनका उपयोग भवन की समग्र शैली को परेशान किए बिना घर की छत को सजाने के लिए किया जा सकता है।

प्रसिद्ध टेस्ला ब्रांड के नए उत्पाद के बिना यह खबर पूरी नहीं होती। निर्माता ने खुद को पैनलों तक सीमित नहीं रखा, बल्कि एक छत सामग्री विकसित की जो सौर विकिरण को पूरी तरह से संसाधित कर सकती है। उदाहरण के लिए, बिल्ट-इन सोलर मॉड्यूल के साथ सोलर रूफ टाइलें। इसे कई प्रकार की विविधताओं में बनाया गया है और इसकी विशेषता आजीवन वारंटी और सुरक्षा मार्जिन है।

रूस में विकास की संभावनाएँ

दुनिया भर के कई देशों में इको स्रोत व्यापक हो गए हैं। हमारा देश इस प्रवृत्ति से पीछे नहीं है, बल्कि यह तीव्र गति से फैल रहा है। ऐसा 4 कारणों से है:

• प्रौद्योगिकियों का विकास जो उपकरणों की लागत को काफी कम कर सकता है।
• जनसंख्या के बीच स्वतंत्र ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करने की इच्छा।
• स्वच्छ एवं सुरक्षित उत्पादन।
• ऊर्जा स्रोत का निरंतर नवीनीकरण।

हरित ऊर्जा के लिए प्राथमिकता वाले क्षेत्र हैं: दक्षिणी क्षेत्ररूसी संघ - स्टावरोपोल क्षेत्र, क्रास्नोडार, सुदूर पूर्वी क्षेत्र, काकेशस, दक्षिणी साइबेरिया।

प्रत्येक क्षेत्र सूर्यातप में दूसरे से भिन्न होता है, जो वर्ष के समय और दिन की लंबाई पर निर्भर करता है। पिछले वर्ष के दौरान सौर ऊर्जा विकास की खबरों का अध्ययन करने पर, हम रूसी इको-पावर संयंत्रों की क्षमता देख सकते हैं, जो 75 मेगावाट से अधिक थी।

ईसीओ बिजली संयंत्रों का उपयोग किन क्षेत्रों में किया जाता है?

छह क्षेत्रों में सक्रिय रूप से संचालित स्टेशनों की सूची:

• ऑरेनबर्ग क्षेत्र: 25 मेगावाट और 5 मेगावाट की क्षमता वाले 2 स्टेशन;
• बश्कोर्तोस्तान: बुगुलचान्स्काया स्टेशन (15 मेगावाट और 20 मेगावाट);
• अल्ताई: उस्त-कांस्काया और कोश-अगाचस्काया (5 और 10 वीएमटी);
• क्रीमिया: 289 मेगावाट से अधिक क्षमता वाले तेरह स्टेशन;
• खाकासिया: अबकंसकाया;
• बेलगोरोड क्षेत्र: अलटेनर्गो स्टेशन।

2018 तक, स्टेशन निम्नलिखित क्षेत्रों में परियोजना चरण और निर्माण चरणों में हैं: अस्त्रखान, लिपेत्स्क, ओम्स्क, समारा, चेल्याबिंस्क, सेराटोव, इरकुत्स्क, वोल्गोग्राड। इसके अतिरिक्त: दागेस्तान, काल्मिकिया, बश्कोर्तोस्तान और ट्रांसबाइकलिया।

इसका उपयोग कहां किया जाता है?

सामान्य तौर पर, स्टेशनों के निर्माण के दौरान आने वाली क्षमता एक हजार मेगावाट से अधिक होगी। रोजमर्रा की जिंदगी में, सौर कलेक्टर, सौर तापीय और थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर, जो कारखानों और उद्यमों में स्थापित होते हैं, नियमित रूप से उपयोग किए जाते हैं।

सौर ऊर्जा समाचार अनुकूल से कहीं अधिक है। डिज़ाइन किए गए प्रतिष्ठानों की संयुक्त शक्ति और दक्षिण से साइबेरिया तक उनके व्यापक वितरण को वैकल्पिक ऊर्जा के मोबाइल विकास का मुख्य संकेतक माना जाता है।

दैनिक जीवन में पर्यावरण-ऊर्जा का उपयोग

सौर ऊर्जा एक सामान्य और उन्नत प्रकार है, जो आवासीय भवनों के लिए विद्युत ताप स्रोत के रूप में घरेलू उपयोग के लिए उपयुक्त है, जहाँ वे उपयोग करते हैं:

1. विदेशी और घरेलू औद्योगिक उद्यमों द्वारा उत्पादित सौर ऊर्जा से चलने वाले बिजली संयंत्र। इकाइयाँ विभिन्न प्रकार के कॉन्फ़िगरेशन में, विभिन्न बिजली भंडार के साथ बिक्री पर जाती हैं।
2. गर्मी पंप। स्विमिंग पूल को गर्म करने, गर्म पानी उपलब्ध कराने और कमरों को गर्म करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
3. सौर संग्राहकों का उपयोग विशेष रूप से गर्म पानी और घरेलू प्रणालियों को गर्म करने के लिए किया जाता है, इस क्षेत्र में वैक्यूम ट्यूबलर इकाइयाँ सबसे प्रभावी हैं;

फायदे और नुकसान

फायदे में शामिल हैं: उत्पादन उपलब्धता, कम उत्पादन लागत, अटूट ऊर्जा स्रोत, संरचना की सुरक्षित स्थापना। इसके अलावा, उद्योग में अच्छी संभावनाएं हैं, क्योंकि इसके समानांतर बेहतर विशेषताओं वाली प्रौद्योगिकियों और सामग्रियों का विकास किया जा रहा है।

नकारात्मक पहलुओं में शामिल हैं: अपर्याप्त दक्षता, महंगे उपकरण, मौसमी, भौगोलिक स्थान, दिन, मौसम पर निर्भरता।

रूस में आबादी के लिए आरामदायक जीवन और औद्योगिक क्षेत्रों के विकास को सुनिश्चित करने के लिए एक प्रभावशाली ऊर्जा भंडार की आवश्यकता है। इसलिए, ऊर्जा आपूर्ति के स्वतंत्र स्रोत तेजी से देश के क्षेत्र पर विजय प्राप्त कर रहे हैं, दूरदराज के क्षेत्रों में गर्मी और बिजली प्रदान कर रहे हैं।

सौर ऊर्जा रूपांतरण का सिद्धांत, इसका अनुप्रयोग और संभावनाएँ

दुनिया में पारंपरिक ऊर्जा स्रोत कम होते जा रहे हैं। तेल, गैस और कोयले के भंडार ख़त्म हो रहे हैं और सब कुछ इस तथ्य की ओर बढ़ रहा है कि देर-सबेर वे ख़त्म हो जायेंगे। यदि इस समय तक वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत नहीं ढूंढे गए तो मानवता को विनाश का सामना करना पड़ेगा। इसलिए, सभी विकसित देशों में नए ऊर्जा स्रोतों की खोज और विकास के लिए अनुसंधान किया जा रहा है। सबसे पहले, यह सौर ऊर्जा है। प्राचीन काल से, इस ऊर्जा का उपयोग लोग अपने घरों को रोशन करने, सूखा भोजन, कपड़े आदि के लिए करते रहे हैं। सौर ऊर्जा आज सबसे आशाजनक स्रोतों में से एक है वैकल्पिक ऊर्जा. वर्तमान में, पहले से ही बहुत सारे डिज़ाइन मौजूद हैं जो सौर ऊर्जा को विद्युत या तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करने की अनुमति देते हैं। उद्योग धीरे-धीरे बढ़ रहा है और विकसित हो रहा है, लेकिन, हर जगह की तरह, इसकी भी अपनी समस्याएं हैं। इस सब पर इस सामग्री में चर्चा की जाएगी।

सौर ऊर्जा पृथ्वी पर सबसे सुलभ नवीकरणीय स्रोतों में से एक है। राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में सौर ऊर्जा के उपयोग का पर्यावरण पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, क्योंकि इसे प्राप्त करने के लिए ड्रिलिंग कुओं या विकासशील खानों की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, इस प्रकार की ऊर्जा मुफ़्त है और इसकी कोई कीमत नहीं है। स्वाभाविक रूप से, उपकरणों की खरीद और स्थापना से जुड़ी लागतें होती हैं।

समस्या यह है कि सूर्य ऊर्जा का एक अस्थायी स्रोत है। इसलिए, इसके लिए ऊर्जा के संचय और दूसरों के साथ मिलकर इसके उपयोग की आवश्यकता होती है ऊर्जा स्रोतों. आज मुख्य समस्या यह है कि आधुनिक उपकरणों में सौर ऊर्जा को विद्युत और तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करने की दक्षता कम है। इसलिए, सभी विकासों का उद्देश्य ऐसी प्रणालियों की दक्षता बढ़ाना और उनकी लागत कम करना है।

वैसे, ग्रह पर कई संसाधन सौर ऊर्जा से प्राप्त होते हैं।उदाहरण के लिए, हवा, जो एक अन्य नवीकरणीय स्रोत है, सूर्य के बिना नहीं चलेगी। पानी का वाष्पीकरण और नदियों में इसका संचय भी सूर्य के प्रभाव में होता है। और पानी, जैसा कि आप जानते हैं, जलविद्युत द्वारा उपयोग किया जाता है। जैव ईंधन भी सूर्य के बिना अस्तित्व में नहीं होगा। इसलिए, ऊर्जा के प्रत्यक्ष स्रोत के अलावा, सूर्य ऊर्जा के अन्य क्षेत्रों को भी प्रभावित करता है।

सूर्य हमारे ग्रह की सतह पर विकिरण भेजता है। विकिरण के व्यापक स्पेक्ट्रम से, 3 प्रकार की तरंगें पृथ्वी की सतह तक पहुँचती हैं:

• रोशनी। उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में उनमें से लगभग 49 प्रतिशत हैं;
• इन्फ्रारेड. इनकी हिस्सेदारी भी 49 फीसदी है. इन तरंगों के कारण हमारा ग्रह गर्म होता है;
• पराबैंगनी. सौर विकिरण स्पेक्ट्रम में इनकी संख्या लगभग 2 प्रतिशत है। वे हमारी आंखों के लिए अदृश्य हैं।

इतिहास में भ्रमण

आज तक सौर ऊर्जा का विकास कैसे हुआ है? मनुष्य प्राचीन काल से ही अपनी गतिविधियों में सूर्य का उपयोग करने के बारे में सोचता रहा है। हर कोई उस किंवदंती को जानता है जिसके अनुसार आर्किमिडीज़ ने अपने शहर सिरैक्यूज़ के पास दुश्मन के बेड़े को जला दिया था। इसके लिए उन्होंने जलते हुए दर्पणों का उपयोग किया। कई हजार साल पहले, मध्य पूर्व में, शासकों के महलों को पानी से गर्म किया जाता था, जिसे सूरज की रोशनी से गर्म किया जाता था। कुछ देशों में हम वाष्पित हो जाते हैं समुद्र का पानीउन्हें सूर्य से नमक मिला। वैज्ञानिकों ने अक्सर सौर ऊर्जा द्वारा संचालित हीटिंग उपकरणों के साथ प्रयोग किए।

ऐसे हीटरों के पहले मॉडल 17वीं-17वीं शताब्दी में तैयार किए गए थे। विशेष रूप से, शोधकर्ता एन. सॉसर ने वॉटर हीटर का अपना संस्करण प्रस्तुत किया। यह एक लकड़ी का बक्सा है जो कांच के ढक्कन से ढका हुआ है। इस उपकरण में पानी को 88 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया गया था। 1774 में, ए. लेवोज़ियर ने सूर्य से गर्मी को केंद्रित करने के लिए लेंस का उपयोग किया। और ऐसे लेंस भी सामने आए जिससे स्थानीय स्तर पर कच्चे लोहे को कुछ ही सेकंड में पिघलाना संभव हो गया।

सौर ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने वाली बैटरियाँ फ्रांसीसी वैज्ञानिकों द्वारा बनाई गई थीं। 19वीं सदी के अंत में, शोधकर्ता ओ. मुशो ने एक इन्सोलेटर विकसित किया जो स्टीम बॉयलर पर एक लेंस का उपयोग करके किरणों को केंद्रित करता था। इस बॉयलर का उपयोग प्रिंटिंग प्रेस को चलाने के लिए किया जाता था। संयुक्त राज्य अमेरिका में उस समय 15 "घोड़ों" की क्षमता वाली सौर ऊर्जा से संचालित इकाई बनाना संभव था।

लंबे समय तक, इनसोलेटर्स का उत्पादन एक ऐसी योजना के अनुसार किया जाता था जिसमें पानी को भाप में बदलने के लिए सूर्य की ऊर्जा का उपयोग किया जाता था। और परिवर्तित ऊर्जा का उपयोग कुछ कार्य करने के लिए किया जाता था। सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने वाला पहला उपकरण 1953 में संयुक्त राज्य अमेरिका में बनाया गया था। यह आधुनिक सौर पैनलों का प्रोटोटाइप बन गया। जिस फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर उनका काम आधारित है, उसकी खोज 19वीं सदी के 70 के दशक में की गई थी।

पिछली सदी के तीस के दशक में, यूएसएसआर के शिक्षाविद् ए.एफ. इओफ़े ने सौर ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए अर्धचालक फोटोकल्स का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। उस समय बैटरी की दक्षता 1% से भी कम थी। 10-15 प्रतिशत की दक्षता वाले सौर सेल विकसित होने से पहले कई साल बीत गए। फिर अमेरिकियों ने आधुनिक सौर पैनल बनाए।

अधिक शक्ति के लिए सौर मंडलकम दक्षता की भरपाई फोटोकल्स के बढ़े हुए क्षेत्र से होती है। लेकिन यह कोई समाधान नहीं है, क्योंकि सौर कोशिकाओं में सिलिकॉन अर्धचालक काफी महंगे हैं। जैसे-जैसे दक्षता बढ़ती है, सामग्रियों की लागत बढ़ती है। यह सौर पैनलों के व्यापक उपयोग में मुख्य बाधा है। लेकिन जैसे-जैसे संसाधन ख़त्म होते जाएंगे, उनका उपयोग अधिक लाभदायक होता जाएगा। इसके अलावा, फोटोकल्स की दक्षता बढ़ाने के लिए शोध बंद नहीं होता है।

यह कहने लायक है कि सेमीकंडक्टर-आधारित बैटरियां काफी टिकाऊ होती हैं और उनकी देखभाल के लिए योग्यता की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, इनका उपयोग रोजमर्रा की जिंदगी में सबसे अधिक किया जाता है। संपूर्ण सौर ऊर्जा संयंत्र भी हैं। एक नियम के रूप में, वे बड़ी संख्या में देशों में बनाए जाते हैं खिली धूप वाले दिनप्रति वर्ष। यह इजराइल है सऊदी अरब, दक्षिणी अमेरिका, भारत, स्पेन। अब कुछ बिल्कुल शानदार परियोजनाएँ हैं। उदाहरण के लिए, वायुमंडल के बाहर सौर ऊर्जा संयंत्र। वहां, सूरज की रोशनी ने अभी तक ऊर्जा नहीं खोई है। यानी कि विकिरण को कक्षा में कैद करना और फिर उसे माइक्रोवेव में परिवर्तित करना प्रस्तावित है। फिर, इस रूप में, ऊर्जा पृथ्वी पर भेजी जाएगी।

सौर ऊर्जा रूपांतरण

सबसे पहले, यह बात करने लायक है कि सौर ऊर्जा को कैसे व्यक्त और मूल्यांकन किया जा सकता है।

आप सौर ऊर्जा की मात्रा का अनुमान कैसे लगा सकते हैं?

विशेषज्ञ इसका अनुमान लगाने के लिए सौर स्थिरांक जैसे मान का उपयोग करते हैं। यह 1367 वॉट के बराबर है। यह वास्तव में सूर्य से कितनी ऊर्जा ग्रह के एक वर्ग मीटर पर गिरती है। लगभग एक चौथाई वातावरण में नष्ट हो जाता है। भूमध्य रेखा पर अधिकतम मान 1020 वाट प्रति वर्ग मीटर है। दिन और रात को ध्यान में रखते हुए, किरणों के आपतन कोण में परिवर्तन को ध्यान में रखते हुए, इस मान को और तीन गुना कम किया जाना चाहिए।

सौर ऊर्जा स्रोतों के बारे में विभिन्न संस्करण व्यक्त किए गए हैं। फिलहाल, विशेषज्ञों का दावा है कि चार H2 परमाणुओं के एक He नाभिक में परिवर्तन के परिणामस्वरूप ऊर्जा निकलती है। यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ती है। तुलना के लिए, कल्पना करें कि 1 ग्राम H2 की रूपांतरण ऊर्जा 15 टन हाइड्रोकार्बन जलाने से निकलने वाली ऊर्जा के बराबर है।

रूपांतरण के तरीके

चूँकि आज विज्ञान के पास सौर ऊर्जा से चलने वाले उपकरण नहीं हैं शुद्ध फ़ॉर्म, इसे दूसरे प्रकार में परिवर्तित करने की आवश्यकता है। इस उद्देश्य के लिए, सौर पैनल और एक कलेक्टर जैसे उपकरण बनाए गए थे। बैटरियाँ सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं। और संग्राहक तापीय ऊर्जा उत्पन्न करता है। ऐसे मॉडल भी हैं जो इन दोनों प्रकारों को जोड़ते हैं। इन्हें हाइब्रिड कहा जाता है.

सौर ऊर्जा को परिवर्तित करने के मुख्य तरीके नीचे प्रस्तुत किए गए हैं:

• फोटोइलेक्ट्रिक;
• सौर तापीय;
• गरम हवा;
• सौर गुब्बारा बिजली संयंत्र।

पहली विधि सबसे आम है. यहां फोटोवोल्टिक पैनलों का उपयोग किया जाता है, जो सूर्य के संपर्क में आने पर विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। ज्यादातर मामलों में वे सिलिकॉन से बने होते हैं। ऐसे पैनलों की मोटाई एक मिलीमीटर का दसवां हिस्सा होती है। ऐसे पैनलों को फोटोवोल्टिक मॉड्यूल (बैटरी) में संयोजित किया जाता है और धूप में स्थापित किया जाता है। अधिकतर इन्हें घरों की छतों पर रखा जाता है। सिद्धांत रूप में, कुछ भी आपको उन्हें जमीन पर रखने से नहीं रोकता है। यह केवल इतना आवश्यक है कि उनके आस-पास कोई बड़ी वस्तु, अन्य इमारतें या पेड़ न हों जिन पर छाया पड़ सके।

विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए फोटोकल्स के अलावा, पतली-फिल्म या कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है। उनका लाभ उनकी छोटी मोटाई है, लेकिन उनका नुकसान कम दक्षता है। ऐसे मॉडल अक्सर विभिन्न गैजेट के लिए पोर्टेबल चार्जर में उपयोग किए जाते हैं।

तापीय वायु रूपांतरण विधि में वायु प्रवाह से ऊर्जा प्राप्त करना शामिल है। यह प्रवाह टर्बोजेनेरेटर को भेजा जाता है। एयरोस्टेट बिजली संयंत्रों में, सौर ऊर्जा के प्रभाव में, एयरोस्टेट सिलेंडर में जल वाष्प उत्पन्न होता है। गुब्बारे की सतह ढकी हुई है विशेष कोटिंग, अवशोषित करना सूरज की किरणें. ऐसे बिजली संयंत्र बादल के मौसम में और रात में गुब्बारे में भाप आरक्षित होने के कारण काम करने में सक्षम होते हैं।

सौर ऊर्जा एक विशेष संग्राहक में ऊर्जा वाहक की सतह को गर्म करने पर आधारित है। उदाहरण के लिए, यह घरेलू हीटिंग सिस्टम के लिए पानी गर्म करना हो सकता है। शीतलक के रूप में न केवल पानी, बल्कि हवा का भी उपयोग किया जा सकता है। इसे कलेक्टर में गर्म किया जा सकता है और घरेलू वेंटिलेशन सिस्टम में आपूर्ति की जा सकती है।

ये सभी प्रणालियाँ काफी महंगी हैं, लेकिन इनका विकास और सुधार धीरे-धीरे जारी है।

सौर ऊर्जा के फायदे और नुकसान

लाभ

• मुक्त करने के लिए। सौर ऊर्जा का एक मुख्य लाभ यह है कि इसमें कोई लागत नहीं आती। सौर पैनल सिलिकॉन का उपयोग करके बनाए जाते हैं, जो प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है;
• नहीं खराब असर. ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया शोर, हानिकारक उत्सर्जन और अपशिष्ट के बिना होती है, और पर्यावरण पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। थर्मल, हाइड्रो और परमाणु ऊर्जा के बारे में ऐसा नहीं कहा जा सकता। सभी पारंपरिक स्रोत किसी न किसी हद तक ओएस को नुकसान पहुंचाते हैं;
• सुरक्षा और विश्वसनीयता. उपकरण टिकाऊ है (30 साल तक चलता है)। 20-25 वर्षों के उपयोग के बाद, फोटोकल्स अपने नाममात्र मूल्य का 80 प्रतिशत तक उत्पादन करते हैं;
• रीसायकल. सौर पैनल पूरी तरह से पुनर्नवीनीकरण योग्य हैं और उत्पादन में फिर से उपयोग किए जा सकते हैं;
• बनाए रखना आसान है। उपकरण को तैनात करना काफी आसान है और स्वायत्त रूप से संचालित होता है;
• निजी घरों में उपयोग के लिए अच्छी तरह से अनुकूलित;
• सौंदर्यशास्त्र. किसी भवन की उपस्थिति से समझौता किए बिना उसकी छत या मुखौटे पर स्थापित किया जा सकता है;
• सहायक बिजली आपूर्ति प्रणालियों के रूप में अच्छी तरह से एकीकृत।