Sončna energija je ... Uporaba sončnih celic

V zadnjih letih so znanstveniki še posebej zainteresirani za alternativne vire energije. Nafta in plin se bosta končala prej ali slej, zato moramo razmišljati o tem, kako bomo v tej situaciji preživeli. V Evropi se vetrne turbine dejavno uporabljajo, nekdo poskuša izločiti energijo iz oceana, in govorili bomo o sončni energiji. Konec koncev, zvezda, ki jo vidimo skoraj vsak dan na nebu, nam lahko pomaga prihraniti neobnovljivi viri

Malo zgodovine

V sredini 19. stoletja je fizik Aleksander Edmond Becquerel odkril fotonapetostni učinek. In do konca stoletja je Charles Fritz ustvaril prvo napravo, ki lahko obdeluje sončno energijo v električno energijo. Za to smo uporabili selen, prevlečen s tanko plastjo zlata. Učinek je bil šibek, vendar je ta izum, ki je pogosto povezan z začetkom obdobja sončne energije. Nekateri znanstveniki se ne strinjajo s to formulacijo. Pokličejo prednika časa sončne energije svetovno znanega znanstvenika Alberta Einsteina. Leta 1921 je prejel Nobelovo nagrado za razlago zakonov zunanjega fotoelektričnega učinka.

Zdi se, da je sončna energija obetaven način razvoja. Vendar pa obstaja veliko ovir za vstop v vsako hišo - predvsem gospodarsko in okoljsko. Kaj pomenijo stroške solarnih panelov, kakšne škode lahko povzročijo okolju in kakšna druga sredstva za pridobivanje energije so, spodaj bomo ugotovili.

Načini kopičenja

Najbolj nujna naloga, povezana z udomačenjem sončne energije, ni le njen sprejem, temveč tudi kopičenje. In to je najtežje. Trenutno so znanstveniki razvili le 3 načine za popolno ukrotitev sončne energije.

Prvi temelji na uporabi parabolično zrcalo in malo kot igranje s povečevalnim steklom, ki je znano, da vse od otroštva. Skozi leče, svetloba preide, zbira na eni točki. Če si dal kos papirja, bo zasvetila, kot je temperatura prečkal sončne žarke je izjemno visoka v tem mestu. Parabolični zrcalo je konkavno disk, ki spominja na plitvo skledo. To ogledalo, za razliko od lupa ne prenašajo, ampak odseva sončno svetlobo, tako da jo na eni točki, ki je na splošno usmerjen na črno vodovodno omrežje. Ta barva se uporablja, ker najbolje absorbira svetlobo. Voda v cevi pod akcijo sončna svetloba ogrevana in se lahko uporablja za električno energijo ali za ogrevanje majhnih hiš.

Ploski grelec

V tej metodi se uporablja popolnoma drugačen sistem. Sprejemnik sončne energije izgleda kot večplastna konstrukcija. Načelo njegovega dela je naslednje.

Skozi steklo, žarki padejo na temnejšo kovino, ki, kot je znano, bolje absorbira svetlobo. Sončno sevanje se spremeni v toplotna energija in segreva vodo, ki je pod železno ploščo. Potem se vse zgodi kot pri prvi metodi. Ogrevana voda se lahko uporablja tudi za ogrevanje prostorov ali za proizvodnjo električne energije. Res je, da učinkovitost takšne metode ni tako visoka, da jo lahko uporabimo splošno.

Tako dobljena sončna energija je praviloma toplota. Za pridobivanje električne energije pogosteje uporabite tretjo metodo.

Sončne celice

Predvsem pa smo seznanjeni s tem načinom pridobivanja energije. Vključuje uporabo različnih baterij ali sončnih plošč, ki jih lahko najdemo na strehah številnih sodobnih domov. Ta metoda je bolj zapletena, kot je opisala prej, vendar je veliko bolj obetavna. On je tisti, ki omogoča pretvorbo energije sonca v električno energijo v industrijskem obsegu.

Posebne plošče, oblikovane za zajemanje žarkov, so izdelane iz obogatenih silicijevih kristalov. Sončna svetloba, ki prihaja do njih, ustvari elektron iz orbite. Na svojem mestu takoj išče drugo, zato se pridobi stalna mobilna veriga, ki ustvarja tok. Če je potrebno, se takoj uporabi za napajanje ali akumulira v obliki električne energije v posebnih baterijah.

Priljubljenost te metode utemeljuje dejstvo, da vam omogoča, da dobite več kot 120 vatov iz samo enega kvadratnega metra sončne baterije. Hkrati imajo plošče sorazmerno majhno debelino, kar jim omogoča, da se postavijo skoraj povsod.

Vrste silikonskih plošč

Obstaja več vrst sončne celice. Prvi so bili izdelani z uporabo silikona z enojnim kristalom. Njihova učinkovitost je približno 15%. Takšne sončne celice so najdražje.

Učinkovitost elementov iz polikristalnega silicija doseže 11%. Stanejo manj, ker material za njih dobi poenostavljena tehnologija. Tretja vrsta je najbolj ekonomična in ima najnižjo učinkovitost. To so panoji amorfnega silicija, to je ne-kristalinični. Poleg nizke učinkovitosti imajo še eno pomembno pomanjkljivost - krhkost.

Nekateri proizvajalci uporabljajo obe strani sončne celice, zadaj in spredaj, da povečajo učinkovitost. To vam omogoča, da zajamete svetlobo v velikih količinah in povečate količino energije, ki jo prejmete za 15-20%.

Domači proizvajalci

Sončna energija na Zemlji postaja vse bolj razširjena. Tudi v naši državi so zainteresirani za študij te industrije. Kljub temu je dejstvo, da je Rusija ni bila zelo dejavna je razvoj alternativnih virov energije, je bil dosežen določen napredek. Trenutno ustvarjanje plošč za sončne energije traja nekaj organizacij - predvsem akademske institucije, različnih vrst, in tovarne za proizvodnjo električne opreme.

1. NPF "Quark".
2. OAO Kovrov Mehanični obrat.
3. Vse ruski raziskovalni inštitut za elektrifikacijo kmetijstva.
4. NPO za strojništvo.
5. JSC VIENN.
6. Odprto društvo "tovarne sina v Ryazanu sintiralo kovinske naprave".
7. AOOT Pravdinsky pilotni obrat trenutnih virov "Posit".

To je le majhen del podjetij, ki aktivno sodelujejo pri razvoju alternativne energije v Rusiji.

Vpliv na okolje

Zavrnitev premoga in naftnih virov energije je povezana ne samo z dejstvom, da se bodo ta sredstva zgodaj končala prej ali kasneje. Dejstvo je, da resno škodujejo okolju - onesnažujejo tla, zrak in vodo, spodbujajo razvoj bolezni pri ljudeh in zmanjšujejo imuniteto. Zato bi morali biti alternativni viri energije ekološki varni.

Silikon, ki se uporablja za izdelavo fotocelice, je sam po sebi varen, ker je naravni material. Toda po čiščenju odpadki ostanejo. Lahko škodujejo ljudem in okolju, če so zlorabljeni.

Poleg tega je na mestu, ki je popolnoma zaprto s sončnimi ploščami, lahko prekinjeno naravna razsvetljava. To bo povzročilo spremembe v obstoječem ekosistemu. Toda na splošno je vpliv na okolje naprav, namenjenih pretvorbi sončne energije, minimalen.

Ekonomično

Največji stroški za proizvodnja sončnih baterij povezanih z visokimi stroški surovin. Kot smo že pojasnili, se z uporabo silicija oblikujejo posebne plošče. Kljub temu, da je ta mineral razširjen v naravi, so njeni problemi povezani z velikimi težavami. Dejstvo je, da silicij, ki predstavlja več kot četrtino mase zemeljske skorje, ni primeren za proizvodnjo sončnih celic. Za te namene je primeren le najčistejši material, pridobljen z industrijsko metodo. Na žalost je pridobivanje najčistejšega silicija iz peska izredno problematično.

Po ceni je ta vir primerljiv z uranom, ki se uporablja v jedrskih elektrarnah. Zato stroški sončnih kolektorjev trenutno ostajajo na precej visoki ravni.

Sodobne tehnologije

Prvi poskusi ukrotiti sončno energijo so se že zdavnaj pojavili. Od takrat se mnogi znanstveniki aktivno ukvarjajo z iskanjem najučinkovitejše opreme. Ne bi smela biti le stroškovno učinkovita, temveč tudi kompaktna. Njegova učinkovitost bi si morala prizadevati za največ.

Prvi koraki k idealnemu pripomočku za pridobivanje in pretvorbo sončne energije so bili izdelani z izumom silikonskih baterij. Seveda je cena dovolj visoka, vendar pa se plošče lahko postavijo na strehe in stene hiš, kjer ne bodo posegali v kogar koli. In učinkovitost takih baterij je nesporna.

Ampak najboljši način za povečanje priljubljenosti sončne energije je, da bi bilo poceni. Nemški znanstveniki so že predlagali zamenjavo silicija s sintetičnimi vlakni, ki jih je mogoče vključiti v tkanine ali druge materiale. Učinkovitost takšne sončne baterije ni zelo visoka. Toda srajco z impregnacijo sintetičnih vlaken lahko vsaj zagotovijo električno energijo za pametni telefon ali predvajalnik. Delo se aktivno izvaja tudi na področju nanotehnologije. Verjetno bodo omogočili, da je sonce že v tem stoletju postalo najbolj priljubljen vir energije. Skate AS strokovnjaki iz Norveške so že izjavili, da bo nanotehnologija omogočila znižanje stroškov solarnih panelov za 2-krat.

Sončna energija za dom

Mnogi ljudje gotovo sanjajo o stanovanjih, ki jih bo zagotovilo: ni odvisnosti od centraliziranega ogrevanja, težav pri plačevanju računov in škode za okolje. Že v mnogih državah se aktivno gradi stanovanje, ki porablja samo energijo, prejeto iz alternativnih virov. Živahen primer je tako imenovana sončna hiša.

V procesu gradnje, bo zahteval več naložb kot tradicionalne. Toda po nekaj letih delovanja, bodo vsi stroški plačani nazaj - morali plačati za ogrevanje, toplo vodo in elektriko. V sončni hiši so vse te komunikacije vezane na posamezne fotovoltaičnih panelov, dane na strehi. In tako dobimo energetski viri, ne samo preživel na trenutne potrebe, ampak tudi, da se kopičijo za uporabo ponoči in v oblačnem vremenu.

Trenutno gradnja takih hiš ni le v državah, ki so blizu ekvatorju, kjer je najlažji način za pridobivanje sončne energije. Gradijo se tudi v Kanadi, na Finskem in Švedskem.

Prednosti in slabosti

Razvoj tehnologij, ki omogočajo uporabo sončne energije povsod, bi lahko bil bolj aktiven. Vendar obstajajo nekateri razlogi, zakaj to še vedno ni prednostna naloga. Kot smo že povedali, proizvodnja plošč proizvaja škodljive snovi za okolje. Poleg tega ima končana oprema galije, arzen, kadmij in svinec v svoji sestavi.

Veliko vprašanj je posledica potrebe po recikliranju fotonapetostnih plošč. Po 50 letih dela postanejo neprimerni za služenje in jih bo treba nekako uničiti. Ali to ne bo veliko škodilo naravi? Prav tako je treba upoštevati, da je sončna energija nestalni vir, katerega učinkovitost je odvisna od časa dneva in vremena. In to je velika pomanjkljivost.

Seveda pa obstajajo tudi pluse. Sončno energijo je mogoče ekstrahirati skoraj kjerkoli na svetu, oprema za sprejemanje in pretvorbo pa je lahko tako majhna, da se prilega na hrbtni strani pametnega telefona. Kar je bolj pomembno, je obnovljiv vir, to pomeni, da bo količina sončne energije ostala nespremenjena vsaj še tisoč let.

Možnosti

Razvoj tehnologij na področju sončne energije naj bi vodil do manjših stroškov za oblikovanje elementov. Že obstajajo steklene plošče, ki se lahko namestijo na okna. Razvoj nanotehnologije je omogočal izumljanje barve, ki bi bila razpršena na sončne celice in bi lahko nadomestila silikonsko plast. Če se stroški sončne energije resnično zmanjšajo večkrat, bo njegova priljubljenost večkrat narasla.

Ustvarjanje majhnih plošč za individualno uporabo bo ljudem v vseh pogojih omogočalo uporabo sončne energije - doma, v avtomobilu ali celo izven mesta. Zaradi njihove distribucije se breme centraliziranih električnih omrežij zmanjša, saj lahko ljudje sami zaračunavajo majhno elektroniko.

Strokovnjaki Shell verjamejo, da bo do leta 2040 približno polovica svetovne energije pridobljena iz obnovljivih virov. Že v Nemčiji poraba sončne energije hitro narašča, zmogljivost baterije pa je več kot 35 Gigawatts. Japonska dejavno razvija to industrijo. Te dve državi sta vodilna za porabo sončne energije na svetu. Verjetno jim bodo kmalu pridružili Združene države.

Drugi alternativni viri energije

Znanstveniki ne prenehajo uganiti, kaj drugega lahko uporabite za pridobivanje električne energije ali toplote. Naj navedemo primere najbolj obetavnih alternativnih virov energije.

Vetrnice lahko najdemo v skoraj vseh državah. Tudi na ulicah mnogih ruskih mest so nameščene luči, ki si jih zaradi vetrne energije zagotavljajo električno energijo. Gotovo je, da so njihovi glavni stroški višji od povprečja, ampak s časom bodo nadomestili to razliko.

Dolgo je bila izumljena tehnologija, ki omogoča pridobivanje energije z uporabo razlike v temperaturah vode na površini oceana in na globini. Kitajska bo dejavno razvijala to smer. V prihodnjih letih v bližini obal Celestialnega imperija bodo zgradili največjo elektrarno, ki deluje na tej tehnologiji. Obstajajo še drugi načini uporabe morja. Na primer, v Avstraliji nameravajo ustvariti elektrarno, ki ustvarja energijo iz moči tokov.

Obstaja veliko drugih načinov za pridobivanje električne energije ali toplote. Toda ob mnogih drugih možnostih je sončna energija res obetavna smer razvoja znanosti.