De siste årene har forskere vært spesielt interessert i alternative energikilder. Olje og gass vil ta slutt før eller siden, så vi må tenke på hvordan vi skal overleve i denne situasjonen nå. Vindmøller brukes aktivt i Europa, noen prøver å hente ut energi fra havet, og vi vil snakke om solenergi. Tross alt kan en stjerne som vi ser nesten hver dag på himmelen hjelpe oss med å spare ikke-fornybare ressurser og forbedre miljøet. Verdien av solen for Jorden er vanskelig å overvurdere – den gir varme, lys og lar alt liv på planeten fungere. Så hvorfor ikke finne en annen bruk for det?
Litt av historien
På midten av 1800-tallet oppdaget fysikeren Alexander Edmond Becquerel den fotovoltaiske effekten. Og ved slutten av århundret skapte Charles Fritts den første enheten som var i stand til å konvertere solenergi til elektrisitet. Til dette ble det brukt selen belagt med et tynt lag gull. Effekten var svak, men denne oppfinnelsen er ofte forbundet med begynnelsen av solenergiens æra. Noen forskere er ikke enige i denne formuleringen. De kaller grunnleggeren av æraen for solenergi den verdensberømte vitenskapsmannen Albert Einstein. I 1921år fikk han Nobelprisen for å ha forklart lovene for den eksterne fotoelektriske effekten.
Det ser ut til at solenergi er en lovende måte å utvikle seg på. Men det er mange hindringer for at den skal komme inn i alle hjem - hovedsakelig økonomiske og miljømessige. Hva som utgjør kostnadene for solcellepaneler, hvilken skade de kan gjøre på miljøet og hvilke andre måter å generere energi på, finner vi ut nedenfor.
sparemetoder
Den mest presserende oppgaven knyttet til å temme solens energi er ikke bare mottak, men også akkumulering. Og det er det som er vanskeligst. Foreløpig har forskere utviklet bare tre måter å temme solenergi fullt ut.
Den første er basert på bruk av et parabolspeil og er litt som å leke med et forstørrelsesglass, som er kjent for alle siden barndommen. Lys passerer gjennom linsen og samler seg på ett punkt. Hvis du legger et stykke papir på dette stedet, vil det lyse opp, fordi temperaturen på de kryssede solstrålene er utrolig høy. Et parabolspeil er en konkav skive som ligner en grunn bolle. Dette speilet, i motsetning til et forstørrelsesglass, sender ikke, men reflekterer sollys, samler det på ett punkt, som vanligvis er rettet mot et svart rør med vann. Denne fargen brukes fordi den best absorberer lys. Vannet i røret varmes opp av sollys og kan brukes til å generere strøm eller til å varme opp småhus.
Flatvarmer
Denne metoden brukeret helt annet system. Solenergimottakeren ser ut som en flerlagsstruktur. Prinsippet for driften ser slik ut.
Når strålene passerer gjennom glasset, treffer det mørklagte metallet, som som kjent absorberer lys bedre. Solstråling blir til termisk energi og varmer opp vannet, som er under jernplaten. Videre skjer alt som i den første metoden. Det oppvarmede vannet kan brukes enten til romoppvarming eller til å generere elektrisk energi. Riktignok er ikke effektiviteten til denne metoden høy nok til å brukes over alt.
Som regel er solenergien som oppnås på denne måten varme. For å generere strøm brukes den tredje metoden mye oftere.
Solceller
Mest av alt er vi kjent med denne måten å skaffe energi på. Det innebærer bruk av ulike batterier eller solcellepaneler, som finnes på takene til mange moderne hus. Denne metoden er mer komplisert enn tidligere beskrevet, men er mye mer lovende. Det er han som gjør det mulig å konvertere solenergi til elektrisitet i industriell skala.
Spesialpaneler designet for å fange opp stråler er laget av anrikede silisiumkrystaller. Sollys, som faller på dem, slår elektronet ut av bane. En annen prøver umiddelbart å ta dens plass, og dermed oppnås en kontinuerlig bevegelig kjede, som skaper en strøm. Om nødvendig blir den umiddelbart brukt til å gi enheter eller akkumulert i skjemaetstrøm i spesialbatterier.
Populariteten til denne metoden er begrunnet med at den lar deg få mer enn 120 watt fra bare én kvadratmeter solcellepaneler. Samtidig har panelene en relativt liten tykkelse, som gjør at de kan plasseres nesten hvor som helst.
Typer silisiumpaneler
Det finnes flere typer solceller. De første er laget med enkrystall silisium. Effektiviteten deres er omtrent 15%. Disse solcellepanelene er de dyreste.
Effektiviteten til elementer laget av polykrystallinsk silisium når 11 %. De koster mindre, siden materialet for dem er oppnådd ved hjelp av en forenklet teknologi. Den tredje typen er den mest økonomiske og har en minimal effektivitet. Dette er paneler laget av amorft silisium, det vil si ikke-krystallinsk. I tillegg til lav effektivitet har de en annen betydelig ulempe – skjørhet.
Noen produsenter bruker begge sider av solcellepanelet for å øke effektiviteten - bak og foran. Dette lar deg fange lys i store volumer og øker mengden energi som mottas med 15-20%.
innenlandske produsenter
Solenergi på jorden blir stadig mer utbredt. Selv i vårt land er de interessert i å studere denne industrien. Til tross for at utviklingen av alternativ energi ikke er veldig aktiv i Russland, er det oppnådd en viss suksess. For tiden er flere organisasjoner engasjert i å lage paneler for solenergi - hovedsakeligvitenskapelige institutter innen ulike felt og fabrikker for produksjon av elektrisk utstyr.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov mekaniske anlegg.
- All-Russian Research Institute of Electrification of Agriculture.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazan-anlegget for metall-keramiske enheter".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Dette er bare en liten del av virksomhetene som er aktivt involvert i utviklingen av alternativ energi i Russland.
Miljøpåvirkning
Avvisning av kull- og oljeenergikilder henger ikke bare sammen med at disse ressursene vil ta slutt før eller siden. Faktum er at de i stor grad skader miljøet - de forurenser jord, luft og vann, bidrar til utvikling av sykdommer hos mennesker og reduserer immunitet. Derfor må alternative energikilder være miljøvennlige.
Silisium, som brukes til å lage solcelleceller, er i seg selv trygt da det er et naturlig materiale. Men etter rengjøring gjenstår avfall. Det er de som kan skade mennesker og miljøet hvis de brukes feil.
I tillegg, i et område som er fullstendig fylt med solcellepaneler, kan naturlig belysning bli forstyrret. Dette vil føre til endringer i det eksisterende økosystemet. Men generelt er miljøpåvirkningen av enheter designet for å konvertere solenergi minimal.
Økonomi
De største kostnadene for produksjon av solcellepaneler er knyttet til de høye råvarekostnadene. Som vi allerede har funnet ut, lages spesielle paneler ved hjelp av silisium. Til tross for at dette mineralet er vidt distribuert i naturen, er det store problemer knyttet til utvinningen. Faktum er at silisium, som utgjør mer enn en fjerdedel av massen av jordskorpen, ikke egner seg for produksjon av solceller. For disse formålene er kun det reneste materialet oppnådd ved en industriell metode egnet. Dessverre er det ekstremt problematisk å få det reneste silisiumet fra sand.
Prisen på denne ressursen er sammenlignbar med uran som brukes i kjernekraftverk. Det er grunnen til at kostnadene for solcellepaneler for tiden holder seg på et ganske høyt nivå.
Moderne teknologier
De første forsøkene på å temme solenergi dukket opp for lenge siden. Siden den gang har mange forskere vært aktivt engasjert i jakten på det mest effektive utstyret. Det skal ikke bare være kostnadseffektivt, men også kompakt. Effektiviteten bør strebe til det maksimale.
De første skrittene mot en ideell enhet for å motta og konvertere solenergi ble gjort med oppfinnelsen av silisiumbatterier. Selvfølgelig er prisen ganske høy, men panelene kan plasseres på hustak og vegger, hvor de ikke vil plage noen. Og effektiviteten til slike batterier er ubestridelig.
Men den beste måten å øke populariteten til solenergi er å gjøre den billigere. Tyske forskere har allerede foreslått å erstatte silisium med syntetiske fibre som kan integreres istoff eller andre materialer. Effektiviteten til et slikt solcellebatteri er ikke særlig høy. Men en skjorte ispedd syntetiske fibre kan i det minste gi strøm til en smarttelefon eller spiller. Det arbeides også aktivt innen nanoteknologi. Det er sannsynlig at de vil la solen bli den mest populære energikilden dette århundret. Scates AS-spesialister fra Norge har allerede utt alt at nanoteknologi vil redusere kostnadene for solcellepaneler med 2 ganger.
Solenergi til hjemmet
Selvbærende boliger er en drøm for mange: ingen avhengighet av sentralvarme, ingen problemer med å betale regninger og ingen skade på miljøet. Mange land bygger allerede aktivt boliger som kun bruker energi hentet fra alternative kilder. Et slående eksempel er det såk alte solcellehuset.
Under byggeprosessen vil det kreve flere investeringer enn den tradisjonelle. Men etter flere års drift vil alle kostnader betale seg – du slipper å betale for oppvarming, varmtvann og strøm. I et solcellehus er all denne kommunikasjonen knyttet til spesielle solcellepaneler plassert på taket. Dessuten brukes energiressursene som oppnås på denne måten ikke bare på dagens behov, men akkumuleres også for bruk om natten og i overskyet vær.
For tiden utføres bygging av slike hus ikke bare i land nær ekvator, hvor det er lettest å få tak i solenergi. De er også reist iCanada, Finland og Sverige.
Fordeler og ulemper
Utviklingen av teknologier som tillater bruk av solenergi over alt, kunne vært mer aktiv. Men det er visse grunner til at dette fortsatt ikke er en prioritet. Som vi sa ovenfor, under produksjon av paneler, produseres stoffer som er skadelige for miljøet. I tillegg inneholder det ferdige utstyret gallium, arsen, kadmium og bly.
Behovet for å resirkulere solcellepaneler reiser også mange spørsmål. Etter 50 års drift vil de bli ubrukelige og på en eller annen måte måtte destrueres. Vil det forårsake enorm skade på naturen? Det er også verdt å tenke på at solenergi er en ustadig ressurs, hvis effektivitet avhenger av tidspunktet på dagen og været. Og dette er en betydelig ulempe.
Men det er selvfølgelig plusser. Solenergi kan utvinnes nesten hvor som helst på jorden, og utstyret for å produsere og konvertere det kan være lite nok til å passe på baksiden av en smarttelefon. Enda viktigere er det at det er en fornybar ressurs, det vil si at mengden solenergi vil forbli uendret i minst tusen år til.
Prospekter
Utviklingen av teknologier innen solenergi bør føre til en reduksjon i kostnadene ved å lage elementer. Det dukker allerede opp glasspaneler som kan monteres på vinduer. Utviklingen av nanoteknologi har gjort det mulig å finne opp en maling som skal sprayes på solcellepaneler og kan erstatte silisiumlaget. Hvis kostnadene for solenergi virkelig synker flere ganger, vil populariteten også vokse mange ganger.
Å lage små paneler for individuell bruk vil tillate folk å bruke solenergi i alle miljøer – hjemme, i bilen eller til og med utenfor byen. Takket være deres distribusjon vil belastningen på det sentraliserte strømnettet reduseres, siden folk vil kunne lade småelektronikk selv.
Shell-eksperter tror at innen 2040 vil omtrent halvparten av verdens energi bli generert fra fornybare ressurser. Allerede nå i Tyskland vokser forbruket av solenergi aktivt, og batterikraften er på mer enn 35 Gigawatt. Japan utvikler også denne industrien aktivt. Disse to landene er ledende innen forbruk av solenergi i verden. USA slutter seg sannsynligvis til dem snart.
Andre alternative energikilder
Forskere slutter ikke å lure på hva annet som kan brukes til å generere strøm eller varme. Her er eksempler på de mest lovende alternative energikildene.
Vindmøller kan nå finnes i nesten alle land. Selv på gatene i mange russiske byer er det installert lanterner som forsyner seg med strøm fra vindenergi. Kostnadene deres er sikkert høyere enn gjennomsnittet, men over tid vil de veie opp for denne forskjellen.
For lenge siden ble det oppfunnet en teknologi som lar deg få energi ved å brukeforskjell i vanntemperatur ved overflaten av havet og på dypet. Kina kommer aktivt til å utvikle denne retningen. I de kommende årene, utenfor kysten av Midtriket, skal de bygge det største kraftverket som opererer på denne teknologien. Det finnes andre måter å bruke havet på. I Australia planlegger de for eksempel å lage et kraftverk som genererer energi fra strømmene.
Det finnes mange andre måter å generere strøm eller varme på. Men på bakgrunn av mange andre alternativer, er solenergi virkelig en lovende retning i utviklingen av vitenskap.
