Solarna energija je ... Korištenje solarnih panela

Posljednjih godina znanstvenici su posebno zainteresirani za alternativne izvore energije. Nafta i plin će završiti prije ili kasnije pa moramo razmišljati o tome kako ćemo sada preživjeti u ovoj situaciji. U Europi se aktivno koriste vjetroturbine, netko pokušava izvući energiju iz oceana, a mi ćemo govoriti o sunčevoj energiji. Uostalom, zvijezda, koju vidimo skoro svaki dan na nebu, može nam pomoći da spasimo neobnovljive resurse i poboljšamo ekološku situaciju. Važnost Sunca za Zemlju ne može se precijeniti - daje toplinu, svjetlost i omogućava funkcioniranje cijelog života na planeti. Pa zašto ga ne pronađete?

Malo povijesti

Sredinom 19. stoljeća fizičar Aleksandar Edmond Becquerel otkrio je fotonaponski učinak. Krajem stoljeća Charles Fritz je stvorio prvu napravu sposobnu za obradu sunčeve energije u električnu energiju. Zbog toga je korišten selen, premazan tankim slojem zlata. Učinak je bio slab, ali ovaj je izum često povezan s početkom ere solarne energije. Neki znanstvenici se ne slažu s ovom formulacijom. Oni nazivaju predakom doba svjetski poznatog znanstvenika Albert Einsteina solarne energije. Godine 1921. dobio je Nobelovu nagradu za objašnjavanje zakona vanjskog fotoelektričnog učinka.

Čini se da je solarna energija obećavajući način razvoja. Ali postoje mnoge prepreke za ulazak u svaku kuću, uglavnom ekonomsku i okolišnu. Ono što čini troškove solarnih baterija, kakvu štetu mogu prouzročiti okolišu i kakva druga sredstva za dobivanje energije, saznat ćemo u nastavku.

Načini akumulacije

Najhitniji zadatak koji se odnosi na pripitomljavanje energije sunca nije samo njen prijem nego i akumulacija. I to je najteže. Trenutno, znanstvenici su razvili samo 3 načina da potpuno upijaju solarnu energiju.

Prva se temelji na upotrebi paraboličnog ogledala i malo je poput igre s povećalom koje je svima dobro poznato od djetinjstva. Kroz objektiv, svjetlost prolazi, skupljajući se u jednoj točki. Ako stavite komad papira na ovo mjesto, to će se upaliti, jer je temperatura prekriženih sunčevih zraka nevjerojatno visoka. Parabolično ogledalo je konkavan disk koji nalikuje plitkoj zdjeli. Ovo ogledalo, za razliku od povećala, ne propušta, nego odražava sunčevu svjetlost, prikupljajući ga u jednom trenutku, što je obično usmjereno na crnu cijev s vodom. Ova boja se koristi jer upija svjetlo najbolje. Voda u cijevi se zagrijava sunčevim zrakama i može se koristiti za generiranje struje ili za zagrijavanje malih kuća.

Ravno grijanje

U ovoj se metodi koristi potpuno drugačiji sustav. Prijemnik solarne energije izgleda kao višeslojna struktura. Načelo njegovog djela izgleda ovako.

Prolazeći kroz staklo, zrake pada na zamračeni metal, koji, kao što je poznato, apsorbira svjetlost boljom. Sunčevo zračenje pretvara se u toplinsku energiju i zagrijava vodu ispod željeznog tanjura. Tada se sve događa kao u prvoj metodi. Grijana voda može se koristiti za grijanje ili za generiranje električne energije. Istina, učinkovitost takvog postupka nije tako visoka da ga svejedno koristi.

U pravilu, dobivena solarna energija je toplina. Za dobivanje električne energije treća je metoda puno češće korištena.

Sunčane stanice

Većina smo upoznati s ovim načinom dobivanja energije. To uključuje korištenje različitih baterija ili solarnih panela, koji se mogu naći na krovovima mnogih modernih kuća. Ova metoda je složenija nego prethodno opisana, ali mnogo je obećavajuća. On je taj koji omogućuje pretvaranje energije sunca u električnu energiju na industrijskoj razini.

Posebne ploče, dizajnirane za hvatanje zraka, izrađene su od obogaćenih kristala silicija. Sunčeva svjetlost, uzimajući ih, udara elektrona iz orbite. Na njegovo mjesto, drugi se odmah trudi, stoga dobiva kontinuirani pokretni lanac koji stvara struju. Ako je potrebno, odmah se koristi za dobavu uređaja ili akumulira u obliku struje u posebnim akumulatorima.

Popularnost ove metode opravdana je činjenicom da vam omogućuje da dobijete više od 120 vata od samo jednog četvornog metra solarne baterije. Istodobno, ploče imaju relativno malu debljinu, što im omogućuje da se postavljaju gotovo posvuda.

Vrste ploča od silicija

Postoji nekoliko vrsta solarnih panela. Prve su izrađene pomoću monokristalnog silicija. Njihova učinkovitost iznosi oko 15%. Takve solarne ploče su najskuplje.

Učinkovitost elemenata od polikristalnog silicija doseže 11%. Oni su manje, jer je materijal za njih dobiven pojednostavljenom tehnologijom. Treći tip je najisplativiji i ima najnižu učinkovitost. To su ploče amorfnog silicija, to jest ne-kristalnog. Pored niske učinkovitosti, oni imaju još jedan značajan nedostatak - krhkost.

Neki proizvođači koriste obje strane solarne ploče - straga i naprijed kako bi povećali učinkovitost. To vam omogućuje snimanje svjetlosti u velikim količinama i povećava količinu energije koja je primljena za 15-20%.

Domaći proizvođači

Sunčeva energija na Zemlji postaje sve raširena. Čak iu našoj zemlji zainteresirani su za proučavanje ove industrije. Unatoč činjenici da razvoj alternativne energije u Rusiji nije vrlo aktivan, postignut je određeni uspjeh. Trenutno se nekoliko organizacija bavi izradom ploča za proizvodnju solarne energije - uglavnom znanstvenih instituta različitih orijentacija i tvornica za proizvodnju električne opreme.

1. NPF "Quark".
2. OAO Kovrov Mechanical Plant.
3. All-Russian Institut za poljoprivredu elektrifikacije.
4. NPO strojarstva.
5. JSC VIENN.
6. Otvoreno društvo "Ryazanska tvornica metalnih keramičkih instrumenata".
7. AOOT Pravdinsky pilot biljka trenutnih izvora "Posit".

To je tek mali dio poduzeća koji aktivno sudjeluju u razvoju alternativne energije u Rusiji.

Utjecaj na okoliš

Odbijanje iz ugljena i izvora energije nafte povezano je ne samo s činjenicom da će ti resursi prije ili kasnije završiti. Činjenica je da oni jako oštećuju okoliš - zagađuju tlo, zrak i vodu, pridonose razvoju bolesti kod ljudi i smanjuju imunitet. Zato bi alternativni izvori energije trebali biti ekološki sigurni.

Silicij, koji se koristi za proizvodnju fotocelulata, sam po sebi je siguran jer je prirodni materijal. Ali nakon čišćenja, ostaci ostaju. Oni mogu naštetiti ljudima i okolišu ako se nepropisno koriste.

Osim toga, na mjestu potpuno zatvorenom od solarnih panela, prirodno svjetlo može biti poremećeno . To će dovesti do promjena u postojećem ekosustavu. No općenito, utjecaj na okoliš uređaja dizajniranih za pretvorbu solarne energije je minimalan.

ekonomija

Najveći troškovi proizvodnje solarnih baterija povezani su s visokom cijenom sirovina. Kao što smo već objasnili, posebne ploče su izrađene pomoću silicija. Unatoč tome što je ovaj mineral široko rasprostranjen u prirodi, njegovi su problemi povezani s velikim problemima. Činjenica je da silicij, koji ima više od četvrtine mase zemljinog kora, nije prikladan za proizvodnju solarnih ćelija. U tu svrhu je prikladan samo najčišći materijal dobiven industrijskom metodom. Nažalost, uzimanje najčišćeg silicija iz pijeska izuzetno je problematično.

Po cijeni je ovaj resurs usporediv s uranom koji se koristi u nuklearnim elektranama. Zato je trošak solarnih panela trenutno na prilično visokoj razini.

Suvremene tehnologije

Prvi pokušaji uklanjanja solarne energije pojavili su se davno. Otada se mnogi znanstvenici aktivno bave traženjem najučinkovitije opreme. Ne bi trebalo biti samo ekonomično, već i kompaktno. Njegova učinkovitost treba nastojati maksimalno.

Prvi koraci do idealnog uređaja za dobivanje i pretvaranje solarne energije napravljeni su izumom silicijskih baterija. Naravno, cijena je prilično visoka, ali ploče se mogu postaviti na krovove i zidove kuća, gdje se neće zavarati nikome. A učinkovitost takvih baterija je neporeciva.

Ali najbolji način povećanja popularnosti sunčeve energije je olakšavanje. Njemački znanstvenici već su predložili zamjenu silicija sa sintetičkim vlaknima koja se mogu integrirati u tkaninu ili druge materijale. Učinkovitost takve solarne baterije nije jako visoka. No, košulja s impregnacijom sintetičkih vlakana može, barem, osigurati električnu energiju smartphoneu ili igraču. Rad se aktivno provodi u području nanotehnologije. Vjerojatno će dopustiti da sunce postane najpopularniji izvor energije već u ovom stoljeću. Scates AS stručnjaci iz Norveške već su izjavili da će nanotehnologija omogućiti smanjenje troškova solarnih panela za 2 puta.

Solarna energija za dom

Mnogi ljudi zasigurno sanjaju o stambenom zbrinjavanju koje će sama sama osigurati: ne postoji ovisnost o centraliziranom grijanju, poteškoće s plaćanjem računa i štetu okolišu. Već se u mnogim zemljama aktivno gradi stanovanje i troši samo energiju primljenu iz alternativnih izvora. Živi primjer je takozvana sunčana kuća.

U procesu izgradnje, to će zahtijevati više investicija nego tradicionalni. No, nakon nekoliko godina rada, svi troškovi će se isplatiti - ne morate platiti za grijanje, toplu vodu i struju. U solarijskoj kući sve su ove veze vezane uz posebne fotonaponske ploče postavljene na krov. I tako dobiveni izvori energije nisu samo potrošeni za tekuće potrebe, već se i akumuliraju za upotrebu noću i pod oblačnošću.

Trenutno, izgradnja takvih kuća nije samo u zemljama blizu ekvatora, gdje je najlakši način za dobivanje solarne energije. Također se gradi u Kanadi, Finskoj i Švedskoj.

Pro i kontra

Razvoj tehnologija koje omogućuju korištenje solarne energije svugdje može biti aktivnije. No, postoje određeni razlozi zbog kojih ovo još uvijek nije prioritet. Kao što smo već rekli, proizvodnja ploča proizvodi štetne tvari za okoliš. Osim toga, gotova oprema sadrži galija, arsen, kadmij i olovo u svom sastavu.

Mnogo je pitanja uzrokovano potrebom recikliranja fotonaponskih ploča. Nakon 50 godina rada, postat će neprikladni za servisiranje i morat će ih na neki način uništiti. Hoće li to učiniti veliku štetu prirodi? Treba također uzeti u obzir da je solarna energija nestalni izvor, čija učinkovitost ovisi o vremenu i vremenu. A ovo je značajan nedostatak.

Ali, tu su plusi, naravno. Solarna energija se može izdvojiti gotovo bilo gdje u svijetu, a oprema za primanje i pretvaranje može biti toliko mala da se uklapa na stražnjoj strani smartphonea. Što je još važnije, ovaj obnovljivi izvor, odnosno količina solarne energije ostat će nepromijenjen barem još tisuću godina.

planovi

Razvoj tehnologija u području solarne energije trebao bi dovesti do nižih troškova za stvaranje elemenata. Već postoje stakleni paneli koji se mogu instalirati na prozorima. Razvoj nanotehnologije omogućio je izumljivanje boje koja će biti raspršena na solarne ploče i može zamijeniti silikonski sloj. Ako se cijena solarne energije zapravo smanjuje nekoliko puta, popularnost će također rasti mnogo puta.

Stvaranje malih panela za pojedinačne primjene omogućit će ljudima da u svakom slučaju koriste sunčevu energiju - kod kuće, u automobilu ili čak izvan grada. Zbog njihove distribucije, opterećenje na centraliziranim mrežama energije će se smanjiti, jer ljudi mogu samostalno naplatiti malu elektroniku.

Shellovi stručnjaci vjeruju da će do 2040. godine oko polovice svjetske energije biti proizvedene iz obnovljivih izvora. Već u Njemačkoj potrošnja solarne energije brzo raste, a kapacitet baterije je veći od 35 Gigawatt. Japan također aktivno razvija ovu industriju. Ove dvije zemlje su čelnici potrošnje sunčeve energije u svijetu. Vjerojatno će se Sjedinjene Države uskoro pridružiti njima.

Ostali alternativni izvori energije

Znanstvenici ne prestaju slagati se s onim što još možete iskoristiti za dobivanje struje ili topline. Navedimo primjere najperspektivnijih alternativnih izvora energije.

Vjetrenjače sada se mogu naći u gotovo svim zemljama. Čak i na ulicama mnogih ruskih gradova, ugrađuju se svjetiljke koje se sami snabdijevaju strujom zbog vjetroenergije. Sigurno je da je njihova premijera veća od prosjeka, ali s vremenom će povratiti tu razliku.

Dugo se izumio tehnologija koja omogućava dobivanje energije pomoću razlike u temperaturi vode na površini oceana i na dubini. Kina će aktivno razvijati taj smjer. U narednim godinama u blizini obale Nebeskog Carstva bit će izgradnja najveće elektrane koja radi na ovoj tehnologiji. Postoje i drugi načini korištenja mora. Na primjer, u Australiji planiraju stvoriti elektranu koja generira energiju iz snage struja.

Postoje mnogi drugi načini za dobivanje struje ili topline. No, protiv pozadine mnogih drugih mogućnosti, solarna energija je zaista obećavajući smjer u razvoju znanosti.