Posljednjih godina znanstvenici su posebno zainteresirani za alternativne izvore energije. Nafta i plin će prije ili kasnije nestati, pa moramo razmišljati kako ćemo sada preživjeti u ovoj situaciji. U Europi se aktivno koriste vjetrenjače, netko pokušava izvući energiju iz oceana, a mi ćemo govoriti o sunčevoj energiji. Uostalom, zvijezda koju vidimo gotovo svaki dan na nebu može nam pomoći u uštedi neobnovljivih resursa i poboljšanju okoliša. Vrijednost sunca za Zemlju teško je precijeniti – ono daje toplinu, svjetlost i omogućuje funkcioniranje cijelog života na planeti. Pa zašto mu ne pronaći drugu upotrebu?
Malo povijesti
Sredinom 19. stoljeća, fizičar Alexander Edmond Becquerel otkrio je fotonaponski efekt. I do kraja stoljeća Charles Fritts stvorio je prvi uređaj sposoban pretvoriti sunčevu energiju u električnu. Za to je korišten selen obložen tankim slojem zlata. Učinak je bio slab, ali se ovaj izum često povezuje s početkom ere sunčeve energije. Neki se znanstvenici ne slažu s ovom formulacijom. Utemeljiteljom ere solarne energije nazivaju svjetski poznatim znanstvenikom Albertom Einsteinom. Godine 1921godine dobio je Nobelovu nagradu za objašnjenje zakona vanjskog fotoelektričnog efekta.
Čini se da je solarna energija obećavajući način razvoja. No, postoje mnoge prepreke da uđe u svaki dom - uglavnom ekonomske i ekološke. Što čini trošak solarnih panela, kakvu štetu mogu učiniti okolišu i na koje druge načine generirati energiju, saznat ćemo u nastavku.
Metode štednje
Najhitniji zadatak povezan s ukroćivanjem sunčeve energije nije samo njezino primanje, već i akumulacija. A to je ono što je najteže. Trenutno su znanstvenici razvili samo 3 načina da potpuno ukrote sunčevu energiju.
Prvi se temelji na korištenju paraboličnog zrcala i pomalo je poput igre s povećalom, što je svima poznato od djetinjstva. Svjetlost prolazi kroz leću, skupljajući se u jednoj točki. Ako stavite komad papira na ovo mjesto, on će zasvijetliti, jer je temperatura ukrštenih sunčevih zraka nevjerojatno visoka. Parabolično ogledalo je konkavni disk nalik na plitku zdjelu. Ovo zrcalo, za razliku od povećala, ne propušta, već reflektira sunčevu svjetlost, skupljajući je u jednoj točki, koja je obično usmjerena na crnu cijev s vodom. Ova boja se koristi jer najbolje upija svjetlost. Voda u cijevi zagrijava se sunčevom svjetlošću i može se koristiti za proizvodnju struje ili za grijanje malih kuća.
Ravan grijač
Ova metoda koristipotpuno drugačiji sustav. Prijamnik solarne energije izgleda kao višeslojna struktura. Princip njegovog rada izgleda ovako.
Prolazeći kroz staklo, zrake udaraju u potamnjeli metal, koji, kao što znate, bolje upija svjetlost. Sunčevo zračenje pretvara se u toplinsku energiju i zagrijava vodu koja se nalazi ispod željezne ploče. Nadalje, sve se događa kao u prvoj metodi. Zagrijana voda može se koristiti za grijanje prostora ili za proizvodnju električne energije. Istina, učinkovitost ove metode nije dovoljno visoka da bi se svugdje koristila.
U pravilu, solarna energija dobivena na ovaj način je toplina. Za proizvodnju električne energije mnogo se češće koristi treća metoda.
Solarne ćelije
Najviše nam je poznat ovaj način dobivanja energije. Uključuje korištenje 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 omogućuje pretvaranje sunčeve energije u električnu u industrijskim razmjerima.
Posebne ploče dizajnirane za hvatanje zraka izrađene su od obogaćenih kristala silicija. Sunčeva svjetlost, koja pada na njih, izbacuje elektron iz orbite. Drugi odmah nastoji zauzeti njegovo mjesto, tako se dobiva kontinuirani pokretni lanac koji stvara struju. Ako je potrebno, odmah se koristi za pružanje uređaja ili se akumulira u oblikustruja u posebnim baterijama.
Popularnost ove metode opravdava se činjenicom da vam omogućuje da dobijete više od 120 vata iz samo jednog kvadratnog metra solarnih panela. U isto vrijeme, ploče imaju relativno malu debljinu, što im omogućuje postavljanje gotovo bilo gdje.
Vrste silikonskih ploča
Postoji nekoliko vrsta solarnih ćelija. Prvi se izrađuju pomoću monokristalnog silicija. Njihova učinkovitost je oko 15%. Ovi solarni paneli su najskuplji.
Učinkovitost elemenata izrađenih od polikristalnog silicija doseže 11%. Oni koštaju manje, jer se materijal za njih dobiva pomoću pojednostavljene tehnologije. Treća vrsta je najekonomičnija i ima minimalnu učinkovitost. To su ploče izrađene od amorfnog silicija, odnosno nekristalnog. Osim niske učinkovitosti, imaju još jedan značajan nedostatak - krhkost.
Neki proizvođači koriste obje strane solarne ploče za povećanje učinkovitosti - stražnju i prednju. To vam omogućuje hvatanje svjetlosti u velikim količinama i povećava količinu primljene energije za 15-20%.
Domaći proizvođači
Sunčeva energija na Zemlji postaje sve raširenija. I kod nas su zainteresirani za proučavanje ove industrije. Unatoč činjenici da razvoj alternativne energije u Rusiji nije jako aktivan, postignut je određeni uspjeh. Trenutno se nekoliko organizacija bavi stvaranjem panela za solarnu energiju - uglavnomznanstveni instituti raznih područja i tvornice za proizvodnju električne opreme.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov strojarski pogon.
- 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 poduzeća koja su aktivno uključena u razvoj alternativne energije u Rusiji.
Utjecaj na okoliš
Odbijanje ugljenih i naftnih izvora energije povezano je ne samo s činjenicom da će ti resursi prije ili kasnije nestati. Činjenica je da uvelike štete okolišu – zagađuju tlo, zrak i vodu, pridonose razvoju bolesti kod ljudi i smanjuju imunitet. Zato alternativni izvori energije moraju biti ekološki prihvatljivi.
Silicij, koji se koristi za izradu fotonaponskih ćelija, sam je siguran jer je prirodni materijal. Ali nakon čišćenja ostaje otpad. Oni su ti koji mogu naštetiti ljudima i okolišu ako se koriste nepropisno.
Osim toga, u području potpuno ispunjenom solarnim panelima, prirodna rasvjeta može biti poremećena. To će dovesti do promjena u postojećem ekosustavu. Ali općenito, utjecaj uređaja dizajniranih za pretvaranje sunčeve energije na okoliš je minimalan.
Ekonomija
Najveći troškovi za proizvodnju solarnih panela povezani su s visokim troškovima sirovina. Kao što smo već saznali, posebne ploče se stvaraju pomoću silicija. Unatoč činjenici da je ovaj mineral široko rasprostranjen u prirodi, postoje veliki problemi vezani za njegovu ekstrakciju. Činjenica je da silicij, koji čini više od četvrtine mase zemljine kore, nije prikladan za proizvodnju solarnih ćelija. Za te je svrhe prikladan samo najčišći materijal dobiven industrijskom metodom. Nažalost, dobivanje najčišćeg silicija iz pijeska izuzetno je problematično.
Cijena ovog resursa usporediva je s uranom koji se koristi u nuklearnim elektranama. Zato je cijena solarnih panela trenutno na prilično visokoj razini.
Moderne tehnologije
Prvi pokušaji ukroćivanja sunčeve energije pojavili su se davno. Od tada su mnogi znanstvenici aktivno uključeni u potragu za najučinkovitijom opremom. Trebao bi biti ne samo isplativ, već i kompaktan. Njegova učinkovitost treba težiti maksimalnom.
Prvi koraci prema idealnom uređaju za primanje i pretvaranje sunčeve energije napravljeni su izumom silikonskih baterija. Naravno, cijena je dosta visoka, ali ploče se mogu postaviti na krovove i zidove kuća, gdje nikome neće smetati. A učinkovitost takvih baterija je neosporna.
Ali najbolji način da povećate popularnost solarne energije jest da je učinite jeftinijom. Njemački znanstvenici već su predložili zamjenu silicija sintetičkim vlaknima u koja se mogu integriratitkanine ili drugih materijala. Učinkovitost takve solarne baterije nije jako visoka. Ali košulja prošarana sintetičkim vlaknima može barem osigurati električnu energiju pametnom telefonu ili playeru. Aktivno se radi i na području nanotehnologije. Vjerojatno će omogućiti da sunce postane najpopularniji izvor energije u ovom stoljeću. Stručnjaci Scates AS iz Norveške već su izjavili da će nanotehnologija smanjiti cijenu solarnih panela za 2 puta.
Solarna energija za dom
Samoodrživo stanovanje san je mnogih: nema ovisnosti o centraliziranom grijanju, nema problema s plaćanjem računa i nema štete za okoliš. Mnoge zemlje već aktivno grade stambene objekte koji troše samo energiju dobivenu iz alternativnih izvora. Upečatljiv primjer je takozvana solarna kuća.
Tijekom procesa izgradnje zahtijevat će više ulaganja od tradicionalnog. No, nakon nekoliko godina rada svi će se troškovi isplatiti - nećete morati plaćati grijanje, toplu vodu i struju. U solarnoj kući sve su te komunikacije vezane za posebne fotonaponske ploče postavljene na krov. Štoviše, energetski resursi dobiveni na ovaj način ne troše se samo na trenutne potrebe, već se i akumuliraju za korištenje noću i po oblačnom vremenu.
Trenutno se gradnja takvih kuća ne izvodi samo u zemljama blizu ekvatora, gdje je najlakše dobiti sunčevu energiju. Također se postavljaju uKanada, Finska i Švedska.
Za i protiv
Razvoj tehnologija koje omogućuju korištenje solarne energije posvuda mogao bi biti aktivniji. Ali postoje određeni razlozi zašto to još uvijek nije prioritet. Kao što smo već rekli, tijekom proizvodnje panela nastaju tvari štetne za okoliš. Osim toga, gotova oprema sadrži galij, arsen, kadmij 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 učinkovitost ovisi o dobu dana i vremenu. A ovo je značajan nedostatak.
Ali, naravno, ima pluseva. Sunčeva energija može se kopati gotovo bilo gdje na Zemlji, a oprema za njezinu proizvodnju i pretvaranje može biti dovoljno mala da stane na stražnju stranu pametnog telefona. Što je još važnije, riječ je o obnovljivom resursu, odnosno količina sunčeve energije ostat će nepromijenjena još najmanje tisuću godina.
Prospekti
Razvoj tehnologija u području solarne energije trebao bi dovesti do smanjenja troškova izrade elemenata. Već se pojavljuju staklene ploče koje se mogu ugraditi na prozore. Razvoj nanotehnologije omogućio je izmišljanje boje koja će se raspršivati na solarne ploče i koja može zamijeniti sloj silicija. Ako cijena solarne energije doista padne nekoliko puta, njezina će popularnost također višestruko porasti.
Izrada malih panela za individualnu upotrebu omogućit će ljudima korištenje solarne energije u bilo kojem okruženju - kod kuće, u automobilu ili čak izvan grada. Zahvaljujući njihovoj distribuciji, smanjit će se opterećenje centralizirane električne mreže jer će ljudi sami moći puniti malu elektroniku.
Shellovi stručnjaci vjeruju da će se do 2040. otprilike polovica svjetske energije proizvoditi 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 vjerojatno uskoro pridružiti.
Drugi alternativni izvori energije
Znanstvenici ne prestaju zbunjivati što se još može koristiti za proizvodnju električne ili toplinske energije. Evo primjera alternativnih izvora energije koji najviše obećavaju.
Vjetrenjača se sada može naći u gotovo svakoj zemlji. Čak i na ulicama mnogih ruskih gradova postavljeni su lampioni koji se opskrbljuju električnom energijom iz energije vjetra. Sigurno je njihov trošak veći od prosjeka, ali s vremenom će nadoknaditi tu razliku.
Prilično davno izumljena je tehnologija koja vam omogućuje dobivanje energije koristećirazlika u temperaturi vode na površini oceana i na dubini. Kina će aktivno razvijati ovaj smjer. U nadolazećim godinama, uz obale Srednjeg kraljevstva, gradit će najveću elektranu koja radi na ovoj tehnologiji. Postoje i drugi načini korištenja mora. Na primjer, u Australiji planiraju stvoriti elektranu koja proizvodi energiju iz snage struja.
Postoji mnogo drugih načina za proizvodnju električne ili toplinske energije. Ali u pozadini mnogih drugih opcija, solarna energija je stvarno obećavajući smjer u razvoju znanosti.
