Почему мы не используем только солнечную энергию? — Александрос Джордж Хараламбидис

Полную версию смотрите на: http://ed.ted.com/lessons/why-aren-t-we-only-using-solar-power-alexandros-george-charalambides

Солнечная энергия дешевле и экологически более оправдана, чем работающие на угле электростанции. Почему же мы до сих пор не перешли на этот источник энергии? Настоящими виновниками этого являются облака, которые затрудняют контроль над солнечной энергией. Александрос Джордж Хараламбидис объясняет, как на башенных солнечных электростанциях и в солнечных батареях создаётся электричество и как учёные пытаются изобрести установки, способные действовать даже в облачную погоду.

Урок ведёт Александрос Джордж Хараламбидис, мультипликация Ace & Son Moving Picture Co., LLC.

У нас есть несколько причин для того,

чтобы полностью перейти
на солнечную энергию.

Во многих случаях она дешевле

и, несомненно,
экологически более оправдана,

нежели наша зависимость
от обычных электростанций,

использующих такие ресурсы, как уголь,

который в конечном счёте иссякнет.

Так почему мы не заменяем

привычные электростанции
солнечной энергией?

Да потому, что один фактор

делает солнечную энергию
очень непредсказуемой:

это облачность.

Когда солнечные лучи достигают Земли,

некоторые из них поглощаются
земной атмосферой,

другие отражаются обратно в космос,

но все остальные лучи всё-таки достигают
поверхности Земли.

Не отклонившиеся от прямого пути

называются прямым солнечным излучением.

А меняющие своё направление
из-за облаков,

называются рассеянным излучением.

И наконец, лучи,
отражённые от поверхности,

например, близстоящего здания

перед попаданием
на светоприёмник энергоустановки,

называются отражённым излучением.

Но прежде чем приступить
к рассмотрению того,

как облака влияют на солнечные лучи
и выработку электроэнергии,

давайте посмотрим, как работают
эти солнечные энергосистемы.

Для начала, существуют солнечные башни.

Они состоят из центральной башни,

окружённой огромным полем зеркал,

которые отслеживают путь Солнца

и собирают только прямые лучи
на определённый участок башни,

напоминающий заядлого поклонника
походов на пляж.

Тепловая энергия,
получаемая от этих лучей,

настолько велика, что может кипятить воду.

Выделяемый при этом пар
приводит в движение обычную турбину,

которая вырабатывает электричество.

Но говоря о солнечных энергоустановках,

мы обычно подразумеваем фотоэлементы,

то есть солнечные батареи,

которые используются чаще всего

для выработки солнечной энергии.

В солнечных батареях

фотоны солнечных лучей
ударяются о поверхность панели,

приводя к испусканию электронов,

что поддерживает электрический ток.

Солнечные батареи могут работать
на всех типах излучения,

в то время как солнечные башни могут
улавливать только прямое излучение.

И вот здесь важно вспомнить об облаках,

потому что в зависимости от их типа

и расположения относительно Солнца

они могут как увеличивать, так и уменьшать

объём вырабатываемого электричества.

К примеру, даже несколько кучевых облаков,

заслонивших Солнце,

могут сократить выработку электричества
солнечной башней

практически до нуля
из-за их зависимости от прямого излучения.

На солнечных батареях
эти облака тоже сократят

объём производимой энергии,

но не настолько сильно,

так как солнечные батареи способны
воспринимать все типы излучения.

Однако всё зависит
от точного расположения облаков.

В виду отражения
или такого частного явления,

как рассеяние Ми,

облака могут сфокусировать солнечные лучи

таким образом, что произойдёт
более чем 50-процентное повышение

солнечного излучения,
достигающего солнечной батареи.

Если возможность такого увеличения
не учтена заранее,

то это может повредить солнечную батарею.

Почему это важно?

Ну, вы же не хотели бы,
чтобы этот урок прервался

только потому, что над солнечной батареей
у вас на крыше проплыло облако.

В солнечных башнях огромные резервуары
с расплавленной солью или маслом

могут применяться
для хранения и извлечения

избыточного тепла по мере необходимости.

Вот так решается задача

стабилизации выработки энергии

при колебаниях интенсивности
солнечного излучения.

Но в случае солнечных батарей

на сегодняшний день
не существует малозатратного способа

хранить избыток энергии.

Тут-то и пригождаются
привычные электростанции,

поскольку для парирования колебаний

выработки солнечными электростанциями

нужно, чтобы всегда были наготове

дополнительные мощности
от традиционных источников.

Почему же тогда эти обычные электростанции

не служат просто резервом,

вместо того чтобы люди зависели от них

как от своего первичного
источника энергии?

Да потому что сотрудник атомной

или угольной электростанции

не может поворотом ручки

повышать или понижать
объём выработки

в зависимости от количества
облаков на небе.

Время реакции было бы
просто слишком большим.

Вместо этого, с учётом таких колебаний

энергия на обычных электростанциях
всегда вырабатывается

с некоторым избытком.

В ясные дни

эта избыточная энергия
может пропасть попусту.

Когда же преобладает облачность,

как раз она и компенсирует нехватку.

Вот от чего мы сейчас зависим,

если хотим бесперебойного энергоснабжения.

Поэтому многие исследователи

так заинтересованы в предсказании

образования и движения облаков
с помощью спутниковых снимков

или направленных в небо камер

с целью повышения энергетической отдачи
от солнечных электростанций

и снижения потерь энергии.

Если бы это удалось осуществить,

то вы могли бы смотреть это видео

только за счёт энергии солнечных лучей,

независимо от погоды.

Однако же, если светит солнце,

то вам, возможно,
захочется выйти на улицу,

для того чтобы взглянуть
на облака по-новому.