I de seneste år har videnskabsmænd været særligt interesserede i alternative energikilder. Olie og gas vil løbe tør før eller siden, så vi må tænke på, hvordan vi overlever i denne situation nu. Vindmøller bruges aktivt i Europa, nogen forsøger at udvinde energi fra havet, og vi vil tale om solenergi. Når alt kommer til alt, kan en stjerne, som vi ser næsten hver dag på himlen, hjælpe os med at spare ikke-fornybare ressourcer og forbedre miljøet. Solens værdi for Jorden er svær at overvurdere – den giver varme, lys og lader alt liv på planeten fungere. Så hvorfor ikke finde en anden brug for det?
Lidt historie
I midten af det 19. århundrede opdagede fysikeren Alexander Edmond Becquerel den fotovoltaiske effekt. Og i slutningen af århundredet skabte Charles Fritts den første enhed, der var i stand til at omdanne solenergi til elektricitet. Til dette blev der brugt selen belagt med et tyndt lag guld. Effekten var svag, men denne opfindelse er ofte forbundet med begyndelsen af solenergiens æra. Nogle forskere er ikke enige i denne formulering. De kalder grundlæggeren af solenergiens æra for den verdensberømte videnskabsmand Albert Einstein. I 1921år modtog han Nobelprisen for at forklare lovene om den eksterne fotoelektriske effekt.
Det ser ud til, at solenergi er en lovende måde at udvikle sig på. Men der er mange forhindringer for, at den kan komme ind i ethvert hjem - primært økonomiske og miljømæssige. Hvad udgør prisen på solpaneler, hvilken skade de kan gøre på miljøet og hvilke andre måder at generere energi på, finder vi ud af nedenfor.
Opsparingsmetoder
Den mest presserende opgave forbundet med at tæmme solens energi er ikke kun dens modtagelse, men også dens ophobning. Og det er det, der er sværest. I øjeblikket har forskere kun udviklet 3 måder til fuldt ud at tæmme solenergi.
Den første er baseret på brugen af et parabolsk spejl og er lidt som at lege med et forstørrelsesglas, som er kendt af alle siden barndommen. Lys passerer gennem linsen og samler sig på et punkt. Hvis du lægger et stykke papir på dette sted, vil det lyse op, fordi temperaturen på de krydsede solstråler er utrolig høj. Et parabolsk spejl er en konkav skive, der ligner en lavvandet skål. Dette spejl, i modsætning til et forstørrelsesglas, transmitterer ikke, men reflekterer sollys og samler det på et punkt, som norm alt er rettet mod et sort rør med vand. Denne farve bruges, fordi den bedst absorberer lys. Vandet i røret opvarmes af sollys og kan bruges til at generere elektricitet eller til at opvarme små huse.
Fladvarmer
Denne metode brugeret helt andet system. Solenergimodtageren ligner en flerlagsstruktur. Princippet for dens funktion ser således ud.
Når strålerne passerer gennem glasset, rammer det mørklagte metal, der som bekendt absorberer lys bedre. Solstråling bliver til termisk energi og opvarmer vandet, som er under jernpladen. Yderligere sker alt som i den første metode. Det opvarmede vand kan bruges enten til rumopvarmning eller til at generere elektrisk energi. Sandt nok er effektiviteten af denne metode ikke høj nok til at blive brugt over alt.
Som regel er solenergien opnået på denne måde varme. Til at generere elektricitet bruges den tredje metode meget oftere.
Solceller
Vi er mest af alt bekendt med denne måde at få energi på. Det involverer brug af forskellige batterier eller solpaneler, som kan findes på tagene af mange moderne huse. Denne metode er mere kompliceret end tidligere beskrevet, men er meget mere lovende. Det er ham, der gør det muligt at omdanne solenergi til elektricitet i industriel skala.
Specialpaneler designet til at fange stråler er lavet af berigede siliciumkrystaller. Sollys, der falder på dem, slår elektronen ud af kredsløb. En anden stræber straks efter at tage dens plads, således opnås en kontinuerlig bevægelig kæde, som skaber en strøm. Hvis det er nødvendigt, bruges det straks til at levere enheder eller akkumuleres i formularenelektricitet i specielle batterier.
Populariteten af denne metode er begrundet i, at den giver dig mulighed for at få mere end 120 watt fra kun en kvadratmeter solpaneler. Samtidig har panelerne en relativt lille tykkelse, hvilket gør, at de kan placeres næsten hvor som helst.
Typer af siliciumpaneler
Der er flere typer solceller. De første er lavet ved hjælp af enkeltkrystal silicium. Deres effektivitet er omkring 15%. Disse solpaneler er de dyreste.
Effektiviteten af elementer fremstillet af polykrystallinsk silicium når 11 %. De koster mindre, da materialet til dem opnås ved hjælp af en forenklet teknologi. Den tredje type er den mest økonomiske og har en minimal effektivitet. Disse er paneler lavet af amorft silicium, det vil sige ikke-krystallinsk. Ud over lav effektivitet har de en anden væsentlig ulempe - skrøbelighed.
Nogle producenter bruger begge sider af solpanelet for at øge effektiviteten - bagpå og foran. Dette giver dig mulighed for at fange lys i store mængder og øger mængden af modtaget energi med 15-20%.
Indenlandske producenter
Solenergi på Jorden er ved at blive mere udbredt. Selv i vores land er de interesserede i at studere denne industri. På trods af at udviklingen af alternativ energi ikke er særlig aktiv i Rusland, er der opnået en vis succes. I øjeblikket er flere organisationer engageret i at skabe paneler til solenergi - hovedsageligtvidenskabelige institutter inden for forskellige områder og fabrikker til produktion af elektrisk udstyr.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov mekaniske anlæg.
- All-Russian Research Institute of Electrification of Agriculture.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazan-fabrik af metalkeramiske enheder".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Dette er kun en lille del af de virksomheder, der er aktivt involveret i udviklingen af alternativ energi i Rusland.
Miljøpåvirkning
Afvisning af kul- og olieenergikilder hænger ikke kun sammen med, at disse ressourcer løber tør før eller siden. Faktum er, at de i høj grad skader miljøet - de forurener jorden, luften og vandet, bidrager til udviklingen af sygdomme hos mennesker og reducerer immuniteten. Derfor skal alternative energikilder være miljøvenlige.
Silicon, som bruges til at lave solcelleceller, er i sig selv sikkert, da det er et naturligt materiale. Men efter rengøring forbliver der affald. Det er dem, der kan skade mennesker og miljøet, hvis de bruges forkert.
Derudover kan den naturlige belysning blive forstyrret i et område, der er fuldstændig fyldt med solpaneler. Dette vil føre til ændringer i det eksisterende økosystem. Men generelt er miljøpåvirkningen af enheder designet til at konvertere solenergi minimal.
Økonomi
De største omkostninger til produktion af solpaneler er forbundet med de høje omkostninger til råmaterialer. Som vi allerede har fundet ud af, skabes specielle paneler ved hjælp af silicium. På trods af at dette mineral er vidt udbredt i naturen, er der store problemer forbundet med dets udvinding. Faktum er, at silicium, som udgør mere end en fjerdedel af massen af jordskorpen, ikke er egnet til produktion af solceller. Til disse formål er kun det reneste materiale opnået ved en industriel metode egnet. Desværre er det ekstremt problematisk at få det reneste silicium fra sand.
Prisen på denne ressource kan sammenlignes med uran, der bruges i atomkraftværker. Det er grunden til, at omkostningerne til solpaneler i øjeblikket er på et ret højt niveau.
Moderne teknologier
De første forsøg på at tæmme solenergi dukkede op for længe siden. Siden da har mange forskere været aktivt engageret i søgen efter det mest effektive udstyr. Det skal ikke kun være omkostningseffektivt, men også kompakt. Dens effektivitet bør stræbe efter det maksimale.
De første skridt mod en ideel enhed til at modtage og konvertere solenergi blev taget med opfindelsen af silikonebatterier. Selvfølgelig er prisen ret høj, men panelerne kan placeres på hustage og vægge, hvor de ikke generer nogen. Og effektiviteten af sådanne batterier er ubestridelig.
Men den bedste måde at øge populariteten af solenergi er at gøre det billigere. Tyske forskere har allerede foreslået at erstatte silicium med syntetiske fibre, som kan integreres istof eller andre materialer. Effektiviteten af et sådant solbatteri er ikke særlig høj. Men en skjorte blandet med syntetiske fibre kan i det mindste give strøm til en smartphone eller afspiller. Der arbejdes også aktivt inden for nanoteknologi. Det er sandsynligt, at de vil tillade solen at blive den mest populære energikilde i dette århundrede. Scates AS-specialister fra Norge har allerede udt alt, at nanoteknologi vil reducere omkostningerne til solpaneler med 2 gange.
Solenergi til hjemmet
Selvbærende boliger er en drøm for mange: ingen afhængighed af centralvarme, ingen problemer med at betale regninger og ingen skade på miljøet. I forvejen bygger mange lande aktivt boliger, der kun bruger energi fra alternative kilder. Et slående eksempel er det såkaldte solcellehus.
Under byggeprocessen vil det kræve flere investeringer end den traditionelle. Men efter flere års drift vil alle omkostninger betale sig – du skal ikke betale for varme, varmt vand og el. I et solcellehus er al denne kommunikation knyttet til specielle solcellepaneler placeret på taget. Desuden bliver de energiressourcer, der opnås på denne måde, ikke kun brugt på nuværende behov, men akkumuleres også til brug om natten og i overskyet vejr.
I øjeblikket udføres opførelsen af sådanne huse ikke kun i lande tæt på ækvator, hvor det er lettest at få solenergi. De er også opført iCanada, Finland og Sverige.
Fordele og ulemper
Udviklingen af teknologier, der tillader brugen af solenergi over alt, kunne være mere aktiv. Men der er visse grunde til, at dette stadig ikke er en prioritet. Som vi sagde ovenfor, produceres der under produktionen af paneler stoffer, der er skadelige for miljøet. Derudover indeholder det færdige udstyr gallium, arsen, cadmium og bly.
Behovet for at genbruge solcellepaneler rejser også mange spørgsmål. Efter 50 års drift bliver de ubrugelige og skal destrueres på en eller anden måde. Vil det forårsage enorm skade på naturen? Det er også værd at overveje, at solenergi er en omskiftelig ressource, hvis effektivitet afhænger af tidspunktet på dagen og vejret. Og dette er en væsentlig ulempe.
Men der er selvfølgelig plusser. Solenergi kan udvindes næsten over alt på Jorden, og udstyret til at producere og konvertere det kan være lille nok til at passe på bagsiden af en smartphone. Endnu vigtigere er det en vedvarende ressource, det vil sige, at mængden af solenergi vil forblive uændret i mindst yderligere tusind år.
Prospects
Udviklingen af teknologier inden for solenergi bør føre til en reduktion i omkostningerne ved at skabe elementer. Der dukker allerede nu glaspaneler op, som kan monteres på vinduer. Udviklingen af nanoteknologi har gjort det muligt at opfinde en maling, der skal sprøjtes på solpaneler og kan erstatte siliciumlaget. Hvis prisen på solenergi virkelig falder flere gange, vil dens popularitet også vokse mange gange.
Oprettelse af små paneler til individuel brug vil give folk mulighed for at bruge solenergi i ethvert miljø - derhjemme, i bilen eller endda uden for byen. Takket være deres distribution vil belastningen på det centraliserede elnet falde, da folk selv vil kunne oplade små elektronik.
Shell-eksperter mener, at omkring halvdelen af verdens energi i 2040 vil blive genereret fra vedvarende ressourcer. Allerede nu i Tyskland vokser forbruget af solenergi aktivt, og batteristrømmen er på mere end 35 Gigawatt. Japan udvikler også aktivt denne industri. Disse to lande er førende inden for forbrug af solenergi i verden. USA slutter sig sandsynligvis snart til dem.
Andre alternative energikilder
Forskere holder ikke op med at spekulere over, hvad der ellers kan bruges til at generere elektricitet eller varme. Her er eksempler på de mest lovende alternative energikilder.
Vindmøller kan nu findes i næsten alle lande. Selv på gaderne i mange russiske byer er der installeret lanterner, der forsyner sig med elektricitet fra vindenergi. Deres omkostninger er bestemt højere end gennemsnittet, men med tiden vil de opveje denne forskel.
For lang tid siden blev der opfundet en teknologi, der giver dig mulighed for at bruge energiforskel i vandtemperatur ved havets overflade og i dybden. Kina vil aktivt udvikle denne retning. I de kommende år, ud for Midt-rigets kyst, skal de bygge det største kraftværk, der opererer på denne teknologi. Der er andre måder at bruge havet på. For eksempel planlægger de i Australien at skabe et kraftværk, der genererer energi fra strømmens kraft.
Der er mange andre måder at generere elektricitet eller varme på. Men på baggrund af mange andre muligheder er solenergi virkelig en lovende retning i udviklingen af videnskab.
