Posljednjih godina, naučnici su bili posebno zainteresirani za alternativne izvore energije. Nafta i gas će pre ili kasnije nestati, pa moramo razmišljati kako ćemo sada preživjeti u ovoj situaciji. Vjetrenjače se aktivno koriste u Evropi, neko pokušava da izvuče energiju iz okeana, a mi ćemo pričati o solarnoj energiji. Na kraju krajeva, zvijezda koju vidimo gotovo svaki dan na nebu može nam pomoći da sačuvamo neobnovljive resurse i poboljšamo životnu sredinu. Vrijednost Sunca za Zemlju teško je precijeniti - ono daje toplinu, svjetlost i omogućava funkcioniranje cijelog života na planeti. Pa zašto mu ne pronaći drugu upotrebu?
Malo istorije
Sredinom 19. veka, fizičar Alexander Edmond Becquerel otkrio je fotonaponski efekat. I do kraja stoljeća, Charles Fritts stvorio je prvi uređaj sposoban za pretvaranje sunčeve energije u električnu. Za to je korišten selen obložen tankim slojem zlata. Učinak je bio slab, ali se ovaj izum često povezuje s početkom ere solarne energije. Neki naučnici se ne slažu sa ovom formulacijom. Osnivačom ere solarne energije nazivaju svjetski poznatim naučnikom Albertom Ajnštajnom. Godine 1921godine dobio je Nobelovu nagradu za objašnjenje zakona vanjskog fotoelektričnog efekta.
Čini se da je solarna energija obećavajući način razvoja. Ali postoje mnoge prepreke da uđe u svaki dom - uglavnom ekonomske i ekološke. Šta čini trošak solarnih panela, kakvu štetu mogu naneti životnoj sredini i na koje druge načine generisati energiju, saznaćemo u nastavku.
Metode štednje
Najhitniji zadatak vezan za ukroćenje sunčeve energije nije samo njeno primanje, već i njeno akumuliranje. A to je ono što je najteže. Trenutno su naučnici razvili samo 3 načina da u potpunosti ukrote solarnu energiju.
Prvi je baziran na upotrebi paraboličnog ogledala i pomalo liči na igru sa lupom, što je svima poznato od djetinjstva. Svetlost prolazi kroz sočivo, skupljajući se u jednoj tački. Ako stavite komad papira na ovo mjesto, on će zasvijetliti, jer je temperatura ukrštenih sunčevih zraka nevjerovatno visoka. Parabolično ogledalo je konkavni disk koji podsjeća na plitku zdjelu. Ovo ogledalo, za razliku od lupe, ne propušta, već reflektuje sunčevu svjetlost, skupljajući je u jednoj tački, koja se obično usmjerava na crnu cijev s vodom. Ova boja se koristi jer najbolje upija svjetlost. Voda u cijevi se zagrijava sunčevom svjetlošću i može se koristiti za proizvodnju struje ili za grijanje malih kuća.
Ravan grijač
Ova metoda koristipotpuno drugačiji sistem. Prijemnik solarne energije izgleda kao višeslojna struktura. Princip njegovog rada izgleda ovako.
Prolazeći kroz staklo, zraci udaraju u potamnjeli metal, koji, kao što znate, bolje upija svjetlost. Sunčevo zračenje pretvara se u toplotnu energiju i zagrijava vodu koja se nalazi ispod željezne ploče. Dalje, sve se dešava kao u prvoj metodi. Zagrijana voda se može koristiti za grijanje prostora ili za proizvodnju električne energije. Istina, efikasnost ove metode nije dovoljno visoka da bi se svuda koristila.
Po pravilu, solarna energija dobijena na ovaj način je toplota. Za proizvodnju električne energije mnogo se češće koristi treća metoda.
Solarne ćelije
Najviše nam je poznat ovaj način dobijanja energije. Uključuje upotrebu raznih baterija ili solarnih panela, koji se mogu naći na krovovima mnogih modernih kuća. Ova metoda je složenija od prethodno opisane, ali mnogo više obećava. On je taj koji omogućava pretvaranje solarne energije u električnu u industrijskim razmjerima.
Specijalni paneli dizajnirani za hvatanje zraka napravljeni su od obogaćenih kristala silikona. Sunčeva svjetlost, koja pada na njih, izbacuje elektron iz orbite. Drugi odmah nastoji da zauzme njegovo mjesto, tako se dobija kontinuirani pokretni lanac koji stvara struju. Ako je potrebno, odmah se koristi za obezbjeđivanje uređaja ili se akumulira u oblikustruja u specijalnim baterijama.
Popularnost ove metode opravdava se činjenicom da vam omogućava da dobijete više od 120 vati sa samo jednog kvadratnog metra solarnih panela. Istovremeno, paneli imaju relativno malu debljinu, što im omogućava da se postave skoro svuda.
Vrste silikonskih panela
Postoji nekoliko tipova solarnih ćelija. Prvi su napravljeni od monokristalnog silicijuma. Njihova efikasnost je oko 15%. Ovi solarni paneli su najskuplji.
Efikasnost elemenata od polikristalnog silicijuma dostiže 11%. Oni koštaju manje, jer se materijal za njih dobiva pomoću pojednostavljene tehnologije. Treći tip je najekonomičniji i ima minimalnu efikasnost. To su paneli napravljeni od amorfnog silicijuma, odnosno nekristalnog. Pored niske efikasnosti, imaju još jedan značajan nedostatak - krhkost.
Neki proizvođači koriste obje strane solarne ploče za povećanje efikasnosti - stražnju i prednju. Ovo vam omogućava da uhvatite svjetlost u velikim količinama i povećavate količinu primljene energije za 15-20%.
Domaći proizvođači
Sunčeva energija na Zemlji postaje sve raširenija. I kod nas su zainteresovani za proučavanje ove industrije. Uprkos činjenici da razvoj alternativne energije u Rusiji nije previše aktivan, postignut je određeni uspjeh. Trenutno se nekoliko organizacija bavi stvaranjem panela za solarnu energiju - uglavnomnaučni instituti raznih oblasti i fabrike za proizvodnju električne opreme.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov mašinski kombinat.
- Sveruski istraživački institut za elektrifikaciju poljoprivrede.
- NGO inženjering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazan fabrika metalokeramičkih uređaja".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Ovo je samo mali dio preduzeća koja su aktivno uključena u razvoj alternativne energije u Rusiji.
Uticaj na životnu sredinu
Odbijanje izvora energije uglja i nafte povezano je ne samo sa činjenicom da će ti resursi pre ili kasnije nestati. Činjenica je da uvelike štete okolišu – zagađuju tlo, zrak i vodu, doprinose razvoju bolesti kod ljudi i smanjuju imunitet. Zato alternativni izvori energije moraju biti ekološki prihvatljivi.
Silicij, koji se koristi za izradu fotonaponskih ćelija, sam po sebi je siguran jer je prirodni materijal. Ali nakon čišćenja ostaje otpad. Oni su ti koji mogu naštetiti ljudima i okolini ako se koriste nepropisno.
Pored toga, u području potpuno ispunjenom solarnim panelima, prirodno osvjetljenje može biti poremećeno. To će dovesti do promjena u postojećem ekosistemu. Ali općenito, utjecaj uređaja dizajniranih za pretvaranje solarne energije na okoliš je minimalan.
Ekonomija
Najveći troškovi za proizvodnju solarnih panela povezani su sa visokim troškovima sirovina. Kao što smo već saznali, posebni paneli se izrađuju pomoću silicija. Uprkos činjenici da je ovaj mineral široko rasprostranjen u prirodi, postoje veliki problemi vezani za njegovu ekstrakciju. Činjenica je da silicijum, koji čini više od četvrtine mase zemljine kore, nije pogodan za proizvodnju solarnih ćelija. Za ove svrhe prikladan je samo najčistiji materijal dobiven industrijskom metodom. Nažalost, dobijanje najčistijeg silicijuma iz peska je izuzetno problematično.
Cijena ovog resursa je uporediva sa uranijumom koji se koristi u nuklearnim elektranama. Zbog toga je cijena solarnih panela trenutno na prilično visokom nivou.
Moderne tehnologije
Prvi pokušaji ukroćivanja solarne energije pojavili su se davno. Od tada su mnogi naučnici aktivno uključeni u potragu za najefikasnijom opremom. Trebao bi biti ne samo isplativ, već i kompaktan. Njegova efikasnost treba da teži maksimalnom.
Prvi koraci ka idealnom uređaju za prijem i pretvaranje solarne energije napravljeni su izumom silicijumskih baterija. Naravno, cijena je prilično visoka, ali ploče se mogu postaviti na krovove i zidove kuća, gdje nikome neće smetati. A efikasnost takvih baterija je neosporna.
Ali najbolji način da povećate popularnost solarne energije je da je učinite jeftinijom. Njemački naučnici su već predložili zamjenu silicijuma sintetičkim vlaknima koja se mogu integriratitkanine ili drugih materijala. Efikasnost takve solarne baterije nije velika. Ali košulja prošarana sintetičkim vlaknima može barem osigurati električnu energiju pametnom telefonu ili igraču. Aktivno se radi i na polju nanotehnologije. Vjerovatno će omogućiti suncu da postane najpopularniji izvor energije u ovom vijeku. Stručnjaci Scates AS iz Norveške već su izjavili da će nanotehnologija smanjiti cijenu solarnih panela za 2 puta.
Solarna energija za dom
Samoodrživo stanovanje je san mnogih: nema ovisnosti o centraliziranom grijanju, nema problema s plaćanjem računa i nema štete po okoliš. Već sada mnoge zemlje aktivno grade stambene objekte koji troše samo energiju dobivenu iz alternativnih izvora. Upečatljiv primjer je takozvana solarna kuća.
Tokom procesa izgradnje zahtijevat će više ulaganja od tradicionalnog. Ali nakon nekoliko godina rada svi troškovi će se isplatiti - nećete morati plaćati grijanje, toplu vodu i struju. U solarnoj kući sve ove komunikacije su vezane za posebne fotonaponske panele postavljene na krov. Štaviše, energetski resursi dobijeni na ovaj način ne troše se samo na trenutne potrebe, već se i akumuliraju za upotrebu noću i po oblačnom vremenu.
Trenutno se izgradnja ovakvih kuća izvodi ne samo u zemljama blizu ekvatora, gdje je najlakše dobiti solarnu energiju. Takođe se postavljaju uKanada, Finska i Švedska.
Za i protiv
Razvoj tehnologija koje omogućavaju korištenje solarne energije svuda mogao bi biti aktivniji. Ali postoje određeni razlozi zašto to još uvijek nije prioritet. Kao što smo već rekli, tokom proizvodnje panela nastaju tvari štetne za okoliš. Pored toga, gotova oprema sadrži galijum, arsen, kadmijum i olovo.
Potreba za recikliranjem fotonaponskih panela također postavlja mnoga pitanja. Nakon 50 godina rada postat će neupotrebljivi i morat će se nekako uništiti. Hoće li to nanijeti ogromnu štetu prirodi? Također je vrijedno uzeti u obzir da je solarna energija nestalan resurs, čija efikasnost ovisi o dobu dana i vremenskim prilikama. A ovo je značajan nedostatak.
Ali, naravno, ima pluseva. Sunčeva energija se može vaditi gotovo bilo gdje na Zemlji, a oprema za njenu proizvodnju i pretvaranje može biti dovoljno mala da stane na poleđinu pametnog telefona. Što je još važnije, riječ je o obnovljivom resursu, odnosno količina sunčeve energije će ostati nepromijenjena još najmanje hiljadu godina.
Prospekti
Razvoj tehnologija u oblasti solarne energije trebao bi dovesti do smanjenja troškova izrade elemenata. Već se pojavljuju staklene ploče koje se mogu ugraditi na prozore. Razvoj nanotehnologije je omogućio pronalazak boje koja će se raspršivati na solarne panele i koja može zamijeniti sloj silicija. Ako cijena solarne energije zaista padne nekoliko puta, njena popularnost će također višestruko porasti.
Kreiranje malih panela za individualnu upotrebu omogućiće ljudima da koriste solarnu energiju u bilo kom okruženju - kod kuće, u automobilu ili čak van grada. Zahvaljujući njihovoj distribuciji, opterećenje centralizovane električne mreže će se smanjiti, jer će ljudi moći sami da pune malu elektroniku.
Shell stručnjaci vjeruju da će do 2040. godine otprilike polovina svjetske energije biti proizvedena iz obnovljivih izvora. Već sada u Njemačkoj potrošnja solarne energije aktivno raste, a snaga baterije je više od 35 Gigawata. Japan također aktivno razvija ovu industriju. Ove dvije zemlje su lideri u potrošnji solarne energije u svijetu. Sjedinjene Države će im se vjerovatno uskoro pridružiti.
Drugi alternativni izvori energije
Naučnici ne prestaju da zbunjuju šta se još može koristiti za proizvodnju električne ili toplotne energije. Evo primjera alternativnih izvora energije koji najviše obećavaju.
Vjetrenjače se sada mogu naći u gotovo svakoj zemlji. Čak i na ulicama mnogih ruskih gradova postavljeni su lampioni koji se snabdijevaju električnom energijom iz energije vjetra. Sigurno je njihov trošak veći od prosjeka, ali vremenom će nadoknaditi ovu razliku.
Prilično davno je izumljena tehnologija koja vam omogućava da dobijete energiju koristećirazlika u temperaturi vode na površini okeana i na dubini. Kina će aktivno razvijati ovaj pravac. U narednim godinama, uz obale Srednjeg kraljevstva, gradiće najveću elektranu koja radi na ovoj tehnologiji. Postoje i drugi načini korištenja mora. Na primjer, u Australiji planiraju stvoriti elektranu koja proizvodi energiju od sile struja.
Postoji mnogo drugih načina za proizvodnju električne ili toplinske energije. Ali na pozadini mnogih drugih opcija, solarna energija je zaista obećavajući pravac u razvoju nauke.
