Taratasy momba ny Fizika momba ny Angovo Azo Havaozina
Pendahuan
Ny angovo dia zavatra ara-batana fototra eo amin'ny fiainan'ny olombelona. Saika ny asa maoderina rehetra - manomboka amin'ny jiro sy ny fitaterana ka hatramin'ny indostria sy ny fifandraisana - dia miankina amin'ny fisian'ny angovo amin'ny endrika azo ampiasaina. Nandritra ny zato taona mahery, ny filàna angovo manerantany dia voavaly indrindra amin'ny alàlan'ny solika fôsily toy ny solika, arintany ary entona voajanahary. Na izany aza, ny fampiasana solika fôsily dia miteraka olana roa lehibe: tahiry voafetra sy fiantraikany amin'ny tontolo iainana, indrindra ny famoahana entona mandatsa-dranomaso izay manafaingana ny fiakaran'ny mari-pana manerantany. Noho izany, ny fampandrosoana ny angovo azo havaozina dia vahaolana stratejika mba hihazonana ny famatsiana angovo maharitra sy hampihenana ny fahasimban'ny tontolo iainana.
Ao anatin'ny sehatry ny fizika, mahaliana ny miresaka momba ny angovo azo havaozina satria misy fitsipika fototra isan-karazany ao anatiny, toy ny fiovam-po angovo, ny fahombiazana, ny onja elektromagnetika, ny mekanika fluide, ny thermodynamics, ary ny foto-kevitry ny herinaratra. Ity lahatsoratra ity dia miresaka momba ny foto-kevitry ny angovo azo havaozina avy amin'ny fomba fijery fizika, ny karazany, ny fitsipiky ny fiasan'ny teknolojia fototra, ny tombony sy ny fetrany, ary ny fanamby amin'ny fampiharana.
Ny foto-kevitry ny angovo azo havaozina amin'ny fizika
Angovo azo havaozina dia angovo avy amin'ny loharano voajanahary izay azo havaozina amin'ny fomba voajanahary amin'ny fotoana rehetra, toy ny tara-masoandro, rivotra, fikorianan'ny rano, angovo jeotermika, ary biomass. Tsy toy ny solika fôsily, izay miforona mandritra ny an-tapitrisany taona maro, ny angovo azo havaozina dia azo ampiasaina tsy tapaka na azo averina amin'ny laoniny haingana.
Ara-batana, ny angovo dia tsy azo foronina na ravana (ny Lalàn'ny Fitsitsiana ny Angovo), fa afaka miova endrika. Ny angovo azo havaozina dia ny dingana fampiasana ny angovo voajanahary sy ny fanovana azy ho angovo elektrika na hafanana mahasoa. Amin'ity dingana fiovam-po ity, ny foto-kevitry ny hery dia tena ilaina. Ny hery dia faritana ho ny tahan'ny fiovan'ny angovo rehefa mandeha ny fotoana:
P = E / t
Mandritra izany fotoana izany, ny fahombiazana dia mariky ny fahombiazan'ny rafitra iray amin'ny fanovana angovo:
η = (Angovo azo ampiasaina / Angovo miditra) × 100%
Eo amin'ny fampandrosoana ny teknolojian'ny angovo azo havaozina, ny fahombiazan'ny rafitra, ny fahamarinan'ny famatsiana, ary ny fitahirizana angovo no tena ifantohana.
Karazana Angovo Azo Havaozina sy ny Fitsipika Ara-batana Ananan'izy ireo
1. Angovo avy amin'ny masoandro
Mampiasa ny taratra elektromagnetika avy amin'ny Masoandro ny angovo azo avy amin'ny masoandro. Misy fomba roa lehibe: ny fotovoltaika (PV) sy ny hafanana azo avy amin'ny masoandro.
a. Takelaka masoandro (Fotovoltaika)
Miasa mifototra amin'ny fiantraikan'ny fotoelektrika sy ny toetran'ny semiconductors ny sela masoandro. Rehefa mamely fitaovana semiconductor (toy ny silikônina) ny fotona avy amin'ny tara-masoandro, dia afaka mamoaka elektrôna ny angovon'ny fotona ary mamorona tsiroaroa amin'ny lavaka elektrôna. Ny saha elektrika anatiny eo amin'ny fihaonan'ny p-n dia manery ny fiampangana hihetsika, ka mamorona courant elektrika. Miankina amin'ny fatran'ny hazavana ny habetsaky ny angovon'ny fotona:
E = hf
Ny fahombiazan'ny takelaka masoandro dia misy fiantraikany amin'ny mari-pana, ny hamafin'ny hazavana, ny zoro ifantohan'ny hazavana, ary ny kalitaon'ny fitaovana. Ny takelaka masoandro maoderina dia mazàna manana fahombiazan'ny 15–23% eo ho eo amin'ny fampiasana ara-barotra, na dia mety ho ambony kokoa aza ny teknolojia vaovao amin'ny fepetra sasany.
b. Masoandro mafana
Mampiasa ny hafanan'ny masoandro ny rafitra hafanana avy amin'ny masoandro mba hanafanana ranoka (rano na menaka mafana), izay ampiasaina mivantana na hamokarana etona izay mamadika ny turbine. Ny fitsipiky ny termodinamika sy ny famindrana hafanana (fitarihana, convection, ary taratra) no tena manjaka eto.
2. Angovo avy amin'ny rivotra
Ny angovon'ny rivotra dia avy amin'ny angovo kinetikan'ny fivezivezen'ny rivotra vokatry ny fahasamihafan'ny tsindry sy ny fanafanana ny velaran'ny Tany ataon'ny masoandro. Ny milina mpamokatra herinaratra avy amin'ny rivotra dia mamadika ny angovo kinetikan'ny rivotra ho angovo mekanika mihodina, izay avadihin'ny mpamokatra herinaratra ho angovo elektrika amin'ny alàlan'ny induction elektromagnetika (Lalànan'i Faraday).
Azo tombanana amin'ny alalan'ny: ny herin'ny rivotra mandalo amin'ny velaran-tany A araka ny teoria
P = ½ ρ A v³
izay ρ ny hakitroky ny rivotra ary v ny hafainganam-pandehan'ny rivotra. Ity raikipohy ity dia mampiseho fa ny hery dia tena mora tohina amin'ny hafainganam-pandehan'ny rivotra (toy ny fiasan'ny kioban'ny hafainganam-pandehan'ny rivotra), ka mahatonga ny toerana fametrahana ny turbine ho anton-javatra tena ilaina.
Na izany aza, tsy ny angovon'ny rivotra rehetra no azo angonina. Misy fetra ara-batana fantatra amin'ny anarana hoe Betz Limit, izay milaza fa ny fahombiazan'ny turbine rivotra tsara indrindra dia eo amin'ny 59,3%.
3. Angovon'ny Rano (Hydroelectric)
Mampiasa ny angovo azo avy amin'ny hery misintona an'ny rano any amin'ny toerana avo ireo orinasa mpamokatra herinaratra avy amin'ny rano (PLTA). Rehefa mikoriana midina ny rano, dia avadika ho angovo kinetika ny angovo azo avy amin'izany, ka mamadika ny turbine sy ny gropy mpamokatra herinaratra mba hamokarana herinaratra.
Azo kajy amin'ny alalan'ny: ny hery vokarina
P = ρ gh Q η
izay g ny hafainganana vokatry ny hery misintona, h ny lohany, Q ny fivoahan'ny rano, ary η ny fahombiazan'ny rafitra. Ny toby famokarana herinaratra avy amin'ny rano dia manana fahombiazana avo lenta (matetika mihoatra ny 80–90%), ka mahatonga azy ireo ho iray amin'ireo loharanon-kery azo havaozina mahomby indrindra. Na izany aza, ny tetikasa tohodrano lehibe dia mety hisy fiantraikany amin'ny tontolo iainana amoron-drano sy ny fiainam-piarahamonin'ny vondrom-piarahamonina manodidina.
4. Angovo jeotermika
Avy amin'ny hafanana anatiny eto an-tany ny angovo jeothermal, izay ateraky ny fahasimban'ny taratra radioaktifa sy ny hafanana sisa tavela amin'ny fiforonan'ny planeta. Mampiasa etona mafana na rano mafana avy amin'ny tahirin-drano ambanin'ny tany ny orinasa mpamokatra herinaratra jeothermal mba hanodinana ny turbine.
Ara-termodinamika, miasa toy ny orinasa mpamokatra herinaratra mafana hafa ny rafitra jeotermika: manova ny rano ho etona ny hafanana, izay mamadika ny turbine, ary avy eo dia mivaingana indray ny etona. Ny olana lehibe dia ny harafesina, ny habetsahan'ny mineraly, ary ny toerana voafetra mety. Ny tombony dia ny fahafahan'ny herinaratra jeotermika manome famatsiana herinaratra marin-toerana (baseload), tsy miankina amin'ny toetr'andro isan'andro.
5. Biomass
Ny biomass dia ahitana akora organika toy ny hazo, fako avy amin'ny fambolena, ary fako organika izay azo dorana na ovaina ho solika biolojika. Ny angovon'ny biomass dia angovo simika voatahiry amin'ny alàlan'ny fotosintezy. Rehefa dorana na afangaro, dia avoaka ho hafanana na avadika ho solika ny angovo simika.
Raha jerena amin'ny lafiny tontolo iainana, matetika heverina ho azo havaozina ny biomass, saingy tsy maintsy tantanana amim-pitandremana mba hisorohana ny fandripahana ala na ny famoahana entona be loatra. Ny fahombiazan'ny fiovam-po sy ny kalitaon'ny fandoroana dia mamaritra ihany koa ny halehiben'ny fandotoana.
Tombony sy fetran'ny angovo azo havaozina
Manana tombony lehibe ny angovo azo havaozina, anisan'izany ny famoahana karbônina ambany kokoa, ny loharanon-karena betsaka, ary ny fahafahana mampiroborobo ny fahaleovan-tena amin'ny angovo. Raha ny fizika sy ny injeniera no resahina, dia mitohy mivoatra ny teknolojian'ny angovo azo havaozina, ka miteraka fahombiazana bebe kokoa rehefa mandeha ny fotoana.
Na izany aza, misy fetrany mila vahana. Voalohany, misy loharano sasany tsy maharitra, toy ny masoandro sy ny rivotra, izay mitaky rafitra fitahirizana angovo (bateria, paompy rano, hidrôzenina) na tambajotra marani-tsaina. Faharoa, ny angovo azo havaozina amin'ny ankapobeny dia manana hakitroky ny herinaratra ambany kokoa noho ny solika fôsily, izay mitaky toerana fametrahana lehibe kokoa. Fahatelo, ny teknolojia sasany, toy ny herin'ny rano sy ny hafanana jeôtermika, dia miankina amin'ny toerana.
Ireo fanamby sy làlana ho amin'ny fampandrosoana
Tsy olana ara-teknolojia fotsiny ny fampandrosoana ny angovo azo havaozina, fa raharaha ara-toekarena, politika ary fotodrafitrasa ihany koa. Raha jerena amin'ny lafiny fizika ampiharina, ny fanamby lehibe dia ahitana ny fanatsarana ny fahombiazan'ny fitaovana (ohatra, sela masoandro taranaka vaovao), ny fanatsarana ny herin'ny rivotra, ny fampihenana ny fatiantoka amin'ny fifindran'ny herinaratra, ary ny fanavaozana ny fitahirizana angovo azo antoka sy takatry ny vidiny. Ampiasaina betsaka amin'izao fotoana izao ny rafitra bateria lithium-ion, saingy mitohy miitatra amin'ny bateria sodium-ion, bateria solid-state, ary fitahirizana mifototra amin'ny hidrôzenina ny fikarohana.
Ankoatra izany, ny fampidirana angovo azo havaozina dia mitaky modely sy fanaraha-maso ny rafitra matanjaka. Ny fiovaovan'ny herin'ny masoandro sy ny rivotra dia tsy maintsy ampifandanjaina amin'ny fangatahana amin'ny alàlan'ny faminaniana ny toetr'andro, ny fitantanana ny enta-mavesatra, ary ny teknolojia tambajotra maoderina.
Famaranana
Vahaolana tena ilaina amin'ny fanatanterahana ny filàna angovo maharitra amin'ny ho avy ny angovo azo havaozina. Amin'ny alalan'ny fitsipiky ny fizika—manomboka amin'ny vokatry ny fotoelektrika sy ny mekanika fluida ka hatramin'ny termodinamika—dia azo ovaina ho herinaratra sy hafanana ilaina ny endrika angovo voajanahary isan-karazany. Ny karazana angovo azo havaozina tsirairay dia samy manana ny tombony sy ny fetrany, saingy amin'ny ankapobeny dia kely kokoa ny fiantraikany amin'ny tontolo iainana noho ny solika fôsily. Miaraka amin'ny fitomboan'ny fahombiazana, ny fanavaozana ny fitahirizana angovo, ary ny fanohanana ny politika sy ny fotodrafitrasa, ny angovo azo havaozina dia manana ny fahafahana ho lasa andrin'ny rafitra angovo manerantany madio kokoa sy marin-toerana kokoa.
Raha tianao, afaka manampy bibliôgrafia, famolavolana olana, tanjona ary fomba fanoratana ny lahatsoratra aho mba hifanaraka kokoa amin'ny fenitry ny taratasin'ny sekoly/oniversite.
