Zadnja leta znanstvenike zanimajo predvsem alternativni viri energije. Nafta in plin bosta prej ali slej zmanjkala, zato moramo razmišljati, kako bomo zdaj preživeli v tej situaciji. V Evropi se vetrnice aktivno uporabljajo, nekdo poskuša črpati energijo iz oceana in govorili bomo o sončni energiji. Navsezadnje nam lahko zvezda, ki jo vidimo skoraj vsak dan na nebu, pomaga prihraniti neobnovljive vire in izboljšati okolje. Vrednost sonca za Zemljo je težko preceniti - daje toploto, svetlobo in omogoča delovanje vsemu življenju na planetu. Zakaj mu torej ne bi našli druge uporabe?
Malo zgodovine
Sredi 19. stoletja je fizik Alexander Edmond Becquerel odkril fotovoltaični učinek. In do konca stoletja je Charles Fritts ustvaril prvo napravo, ki je sposobna pretvarjati sončno energijo v električno. Za to je bil uporabljen selen, prevlečen s tanko plastjo zlata. Učinek je bil šibek, vendar je ta izum pogosto povezan z začetkom dobe sončne energije. Nekateri znanstveniki se s to formulacijo ne strinjajo. Ustanovitelju dobe sončne energije pravijo svetovno znani znanstvenik Albert Einstein. Leta 1921leto je prejel Nobelovo nagrado za razlago zakonov zunanjega fotoelektričnega učinka.
Zdi se, da je sončna energija obetaven način razvoja. Toda za to, da lahko vstopi v vsak dom, obstaja veliko ovir – predvsem ekonomske in okoljske. Kaj sestavljajo stroški sončnih kolektorjev, kakšno škodo lahko naredijo okolju in kakšne druge načine pridobivanja energije, bomo izvedeli spodaj.
Načini varčevanja
Najnujnejša naloga, povezana z ukrotitvijo sončne energije, ni le njeno prejemanje, ampak tudi kopičenje. In to je tisto, kar je najtežje. Trenutno so znanstveniki razvili le 3 načine za popolno ukrotitev sončne energije.
Prva temelji na uporabi paraboličnega ogledala in je malo podobna igri s povečevalnim steklom, ki je vsem znana že od otroštva. Svetloba prehaja skozi lečo in se zbira na eni točki. Če na to mesto položite kos papirja, se bo zasvetil, saj je temperatura prekrižanih sončnih žarkov neverjetno visoka. Parabolično ogledalo je konkavni disk, ki spominja na plitko skledo. To ogledalo, za razliko od povečevalnega stekla, ne oddaja, ampak odbija sončno svetlobo in jo zbira na eni točki, ki je običajno usmerjena v črno cev z vodo. Ta barva se uporablja, ker najbolje absorbira svetlobo. Voda v cevi se segreje s sončno svetlobo in se lahko uporablja za proizvodnjo električne energije ali za ogrevanje majhnih hiš.
ploščati grelec
Ta metoda uporabljapopolnoma drugačen sistem. Sprejemnik sončne energije je videti kot večplastna struktura. Načelo njegovega delovanja izgleda takole.
Ko prehajajo skozi steklo, žarki zadenejo zatemnjeno kovino, ki, kot veste, bolje absorbira svetlobo. Sončno sevanje se spremeni v toplotno energijo in segreje vodo, ki je pod železno ploščo. Nadalje se vse zgodi kot pri prvi metodi. Ogrevana voda se lahko uporablja za ogrevanje prostorov ali za proizvodnjo električne energije. Res je, učinkovitost te metode ni dovolj visoka, da bi jo lahko uporabljali povsod.
Tako pridobljena sončna energija je praviloma toplota. Za pridobivanje električne energije se veliko pogosteje uporablja tretja metoda.
sončne celice
Predvsem poznamo ta način pridobivanja energije. Gre za uporabo različnih baterij ali sončnih kolektorjev, ki jih najdemo na strehah številnih sodobnih hiš. Ta metoda je bolj zapletena kot prej opisana, vendar je veliko bolj obetavna. On je tisti, ki omogoča pretvorbo sončne energije v električno energijo v industrijskem obsegu.
Posebne plošče, zasnovane za zajemanje žarkov, so izdelane iz obogatenih silicijevih kristalov. Sončna svetloba, ki pade nanje, izbije elektron iz orbite. Drugi takoj stremi, da bi zasedel njegovo mesto, tako se dobi neprekinjena gibljiva veriga, ki ustvarja tok. Po potrebi se takoj uporabi za zagotavljanje naprav ali se nabere v oblikielektrika v posebnih baterijah.
Priljubljenost te metode je utemeljena z dejstvom, da omogoča pridobivanje več kot 120 vatov iz samo enega kvadratnega metra sončnih kolektorjev. Hkrati imajo plošče razmeroma majhno debelino, kar omogoča, da jih postavite skoraj povsod.
Vrste silikonskih plošč
Obstaja več vrst sončnih celic. Prvi so izdelani z uporabo monokristalnega silicija. Njihova učinkovitost je približno 15%. Ti sončni kolektorji so najdražji.
Učinkovitost elementov iz polikristalnega silicija doseže 11%. Stanejo manj, saj je material zanje pridobljen s poenostavljeno tehnologijo. Tretja vrsta je najbolj ekonomična in ima minimalno učinkovitost. To so plošče iz amorfnega silicija, torej nekristalnega. Poleg nizke učinkovitosti imajo še eno pomembno pomanjkljivost - krhkost.
Nekateri proizvajalci uporabljajo obe strani solarne plošče za povečanje učinkovitosti – zadaj in spredaj. To vam omogoča zajemanje svetlobe v velikih količinah in poveča količino prejete energije za 15-20%.
Domači proizvajalci
Sončna energija na Zemlji postaja vse bolj razširjena. Tudi pri nas se zanimajo za študij te panoge. Kljub temu, da razvoj alternativne energije v Rusiji ni zelo aktiven, je bilo doseženih nekaj uspehov. Trenutno se več organizacij ukvarja z ustvarjanjem plošč za sončno energijo - predvsemznanstveni inštituti različnih področij in tovarne za proizvodnjo električne opreme.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Mechanical Plant.
- vseruski raziskovalni inštitut za elektrifikacijo kmetijstva.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Razanski obrat kovinsko-keramičnih naprav".
- JSC Pravdinsky Pilotni obrat virov energije Pozit.
To je le majhen del podjetij, ki aktivno sodelujejo pri razvoju alternativne energije v Rusiji.
vpliv na okolje
Zavračanje virov energije iz premoga in nafte ni povezano le z dejstvom, da bo teh virov prej ali slej zmanjkalo. Dejstvo je, da zelo škodujejo okolju - onesnažujejo tla, zrak in vodo, prispevajo k razvoju bolezni pri ljudeh in zmanjšujejo imuniteto. Zato morajo biti alternativni viri energije okolju prijazni.
Silicij, ki se uporablja za izdelavo fotovoltaičnih celic, je sam po sebi varen, saj je naraven material. Toda po čiščenju ostanejo odpadki. So tisti, ki lahko škodujejo ljudem in okolju, če se uporabljajo nepravilno.
Poleg tega je na območju, ki je popolnoma napolnjeno s sončnimi paneli, naravna razsvetljava lahko motena. To bo povzročilo spremembe v obstoječem ekosistemu. Toda na splošno je vpliv naprav za pretvorbo sončne energije na okolje minimalen.
Economy
Največji stroški za proizvodnjo sončnih kolektorjev so povezani z visokimi stroški surovin. Kot smo že ugotovili, so posebne plošče ustvarjene s silikonom. Kljub dejstvu, da je ta mineral v naravi zelo razširjen, obstajajo velike težave, povezane z njegovo pridobivanjem. 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 izjemno problematično.
Cena tega vira je primerljiva z uranom, ki se uporablja v jedrskih elektrarnah. Zato stroški sončnih kolektorjev trenutno ostajajo na dokaj visoki ravni.
Sodobne tehnologije
Prvi poskusi ukrotitve sončne energije so se pojavili že zdavnaj. Od takrat se številni znanstveniki aktivno ukvarjajo z iskanjem najučinkovitejše opreme. Biti mora ne le stroškovno učinkovit, ampak tudi kompakten. Njegova učinkovitost bi morala biti največja.
Prvi koraki do idealne naprave za sprejem in pretvorbo sončne energije so bili narejeni z izumom silikonskih baterij. Seveda je cena precej visoka, a plošče lahko postavimo na strehe in stene hiš, kjer ne bodo nikogar motili. In učinkovitost takšnih baterij je nesporna.
Toda najboljši način za povečanje priljubljenosti sončne energije je, da postane cenejša. Nemški znanstveniki so že predlagali zamenjavo silicija s sintetičnimi vlakni, ki jih je mogoče integriratitkanine ali drugih materialov. Učinkovitost takšne sončne baterije ni zelo visoka. Toda srajca, prepredena s sintetičnimi vlakni, lahko vsaj zagotovi elektriko pametnemu telefonu ali predvajalniku. Delo se aktivno izvaja tudi na področju nanotehnologije. Verjetno bodo omogočili, da bo sonce postalo najbolj priljubljen vir energije v tem stoletju. Strokovnjaki Scates AS iz Norveške so že izjavili, da bo nanotehnologija znižala stroške sončnih kolektorjev za 2-krat.
Sončna energija za dom
Samooskrbna stanovanja so sanje mnogih: brez odvisnosti od centralnega ogrevanja, brez težav s plačevanjem računov in brez škode za okolje. Številne države že zdaj aktivno gradijo stanovanja, ki porabljajo samo energijo, pridobljeno iz alternativnih virov. Osupljiv primer je tako imenovana sončna hiša.
Med gradbenim procesom bo zahteval več naložb kot tradicionalni. Toda po več letih delovanja se bodo vsi stroški izplačali - ne bo vam treba plačati za ogrevanje, toplo vodo in elektriko. V solarni hiši so vse te komunikacije vezane na posebne fotovoltaične panele, nameščene na strehi. Poleg tega se tako pridobljeni energetski viri ne porabijo samo za trenutne potrebe, ampak se tudi naberejo za uporabo ponoči in v oblačnem vremenu.
Trenutno se gradnja takšnih hiš ne izvaja le v državah blizu ekvatorja, kjer je najlažje pridobiti sončno energijo. Postavljeni so tudi vKanada, Finska in Švedska.
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 prioriteta. Kot smo že povedali, pri proizvodnji plošč nastajajo okolju škodljive snovi. Poleg tega končna oprema vsebuje galij, arzen, kadmij in svinec.
Potreba po recikliranju fotonapetostnih panelov prav tako sproža veliko vprašanj. Po 50 letih delovanja bodo postali neuporabni in jih bo treba nekako uničiti. Bo povzročilo ogromno škode naravi? Upoštevati je treba tudi, da je sončna energija nestanoviten vir, katerega učinkovitost je odvisna od časa dneva in vremena. In to je bistvena pomanjkljivost.
Ampak, seveda obstajajo plusi. Sončno energijo je mogoče rudariti skoraj kjer koli na Zemlji, oprema za njeno proizvodnjo in pretvorbo pa je lahko dovolj majhna, da se prilega na hrbtno stran pametnega telefona. Še pomembneje pa je, da gre za obnovljiv vir, to pomeni, da bo količina sončne energije ostala nespremenjena še vsaj tisoč let.
Možnosti
Razvoj tehnologij na področju sončne energije bi moral voditi k znižanju stroškov izdelave elementov. Pojavljajo se že steklene plošče, ki jih je mogoče namestiti na okna. Razvoj nanotehnologije je omogočil izum barve, ki se bo razpršila na sončne celice in lahko nadomesti silikonsko plast. Če bo cena sončne energije res nekajkrat padla, bo tudi njena priljubljenost večkrat narasla.
Ustvarjanje majhnih panelov za individualno uporabo bo ljudem omogočilo uporabo sončne energije v katerem koli okolju - doma, v avtomobilu ali celo zunaj mesta. Zahvaljujoč njihovi distribuciji se bo obremenitev centraliziranega električnega omrežja zmanjšala, saj bodo ljudje lahko sami polnili majhno elektroniko.
Shellovi strokovnjaki verjamejo, da bo do leta 2040 približno polovica svetovne energije proizvedena iz obnovljivih virov. Že zdaj v Nemčiji poraba sončne energije aktivno raste, moč baterije pa je več kot 35 gigavatov. To industrijo aktivno razvija tudi Japonska. Ti dve državi sta vodilni v porabi sončne energije na svetu. ZDA se jim bodo verjetno kmalu pridružile.
Drugi alternativni viri energije
Znanstveniki se ne nehajo spraševati, kaj je še mogoče uporabiti za proizvodnjo električne energije ali toplote. Tukaj so primeri najbolj obetavnih alternativnih virov energije.
Mline na veter je zdaj mogoče najti v skoraj vseh državah. Tudi na ulicah mnogih ruskih mest so nameščene luči, ki si oskrbujejo elektriko iz vetrne energije. Zagotovo so njihovi stroški višji od povprečja, a sčasoma bodo to razliko nadomestili.
Precej dolgo nazaj je bila izumljena tehnologija, ki omogoča pridobivanje energije z uporaborazlika v temperaturi vode na površini oceana in v globini. Kitajska bo aktivno razvijala to smer. V prihodnjih letih bodo ob obali Srednjega kraljestva zgradili največjo elektrarno, ki deluje na tej tehnologiji. Obstajajo tudi drugi načini uporabe morja. Na primer, v Avstraliji nameravajo ustvariti elektrarno, ki proizvaja energijo iz sile tokov.
Obstaja veliko drugih načinov za pridobivanje električne energije ali toplote. Toda v ozadju številnih drugih možnosti je sončna energija res obetavna smer v razvoju znanosti.
