През последните години учените се интересуват особено от алтернативни източници на енергия. Нефтът и газът рано или късно ще свършат, така че трябва да мислим как ще оцелеем в тази ситуация сега. Вятърните мелници се използват активно в Европа, някой се опитва да извлече енергия от океана и ще говорим за слънчевата енергия. В крайна сметка звезда, която виждаме почти всеки ден на небето, може да ни помогне да пестим невъзобновяеми ресурси и да подобрим околната среда. Стойността на слънцето за Земята е трудно да се надценява – то дава топлина, светлина и позволява на целия живот на планетата да функционира. Така че защо да не му намерим друго приложение?
Малко история
В средата на 19-ти век физикът Александър Едмонд Бекерел открива фотоволтаичния ефект. И до края на века Чарлз Фритс създава първото устройство, способно да преобразува слънчевата енергия в електричество. За това се използва селен, покрит с тънък слой злато. Ефектът беше слаб, но това изобретение често се свързва с началото на ерата на слънчевата енергия. Някои учени не са съгласни с тази формулировка. Наричат основателя на ерата на слънчевата енергия световноизвестният учен Алберт Айнщайн. През 1921ггодина получава Нобелова награда за обясняване на законите на външния фотоелектричен ефект.
Изглежда, че слънчевата енергия е обещаващ начин за развитие. Но има много пречки да влезе във всеки дом – основно икономически и екологични. Какво представлява цената на слънчевите панели, каква вреда могат да причинят на околната среда и какви други начини за генериране на енергия, ще разберем по-долу.
Методи за спестяване
Най-спешната задача, свързана с опитомяването на енергията на слънцето, е не само нейното получаване, но и нейното натрупване. И това е най-трудното. В момента учените са разработили само 3 начина за пълно укротяване на слънчевата енергия.
Първата се основава на използването на параболично огледало и е малко като игра с лупа, което е познато на всеки от детството. Светлината преминава през лещата, събирайки се в една точка. Ако поставите лист хартия на това място, той ще светне, защото температурата на кръстосаните слънчеви лъчи е невероятно висока. Параболичното огледало е вдлъбнат диск, наподобяващ плитка купа. Това огледало, за разлика от лупата, не пропуска, а отразява слънчевата светлина, събирайки я в една точка, която обикновено се насочва към черна тръба с вода. Този цвят се използва, защото най-добре абсорбира светлината. Водата в тръбата се нагрява от слънчева светлина и може да се използва за генериране на електричество или за отопление на малки къщи.
Плосък нагревател
Този метод използванапълно различна система. Приемникът на слънчева енергия изглежда като многослойна структура. Принципът на неговото действие изглежда така.
Преминавайки през стъклото, лъчите удрят потъмнелия метал, който, както знаете, поглъща светлината по-добре. Слънчевата радиация се превръща в топлинна енергия и загрява водата, която е под желязната плоча. Освен това всичко се случва както при първия метод. Нагрятата вода може да се използва както за отопление на помещенията, така и за генериране на електрическа енергия. Вярно е, че ефективността на този метод не е достатъчно висока, за да се използва навсякъде.
По правило слънчевата енергия, получена по този начин, е топлина. За генериране на електричество третият метод се използва много по-често.
Слънчеви клетки
Най-вече сме запознати с този начин за получаване на енергия. Тя включва използването на различни батерии или слънчеви панели, които могат да бъдат намерени на покривите на много съвременни къщи. Този метод е по-сложен от описаното по-горе, но е много по-обещаващ. Той е този, който прави възможно преобразуването на слънчевата енергия в електричество в промишлен мащаб.
Специални панели, предназначени за улавяне на лъчи, са направени от обогатени силициеви кристали. Слънчевата светлина, падаща върху тях, избива електрона от орбитата. Друг веднага се стреми да заеме мястото му, така се получава непрекъсната движеща се верига, която създава ток. Ако е необходимо, незабавно се използва за осигуряване на устройства или се натрупва във форматаелектричество в специални батерии.
Популярността на този метод е оправдана от факта, че той ви позволява да получите повече от 120 вата само от един квадратен метър слънчеви панели. В същото време панелите имат относително малка дебелина, което позволява да се поставят почти навсякъде.
Видове силиконови панели
Има няколко вида слънчеви клетки. Първите са направени с помощта на монокристален силиций. Ефективността им е около 15%. Тези слънчеви панели са най-скъпите.
Ефективността на елементите от поликристален силиций достига 11%. Те струват по-малко, тъй като материалът за тях се получава по опростена технология. Третият тип е най-икономичен и има минимална ефективност. Това са панели, изработени от аморфен силиций, тоест некристален. В допълнение към ниската ефективност, те имат още един значителен недостатък - крехкост.
Някои производители използват и двете страни на слънчевия панел, за да увеличат ефективността - отзад и отпред. Това ви позволява да улавяте светлина в големи обеми и увеличава количеството получена енергия с 15-20%.
Вътрешни производители
Слънчевата енергия на Земята става все по-разпространена. Дори у нас имат интерес да изучават тази индустрия. Въпреки факта, че развитието на алтернативната енергия не е много активно в Русия, бяха постигнати известни успехи. В момента няколко организации се занимават със създаването на панели за слънчева енергия - основнонаучни институти от различни области и заводи за производство на електрическо оборудване.
- NPF "Кварк".
- OJSC Ковровски механичен завод.
- Всеруски изследователски институт по електрификация на селското стопанство.
- Инженеринг на НПО.
- AO VIEN.
- OJSC "Рязански завод за металокерамични устройства".
- JSC Правдински пилотен завод за източници на енергия Pozit.
Това е само малка част от предприятията, които активно участват в развитието на алтернативната енергия в Русия.
Влияние върху околната среда
Отказът от въглища и петролни източници на енергия е свързан не само с факта, че тези ресурси рано или късно ще се изчерпят. Факт е, че те силно вредят на околната среда – замърсяват почвата, въздуха и водата, допринасят за развитието на болести при хората и намаляват имунитета. Ето защо алтернативните източници на енергия трябва да бъдат екологични.
Силицият, който се използва за направата на фотоволтаични клетки, сам по себе си е безопасен, тъй като е естествен материал. Но след почистването остават отпадъци. Те са тези, които могат да навредят на хората и околната среда, ако се използват неправилно.
В допълнение, в зона, изцяло пълна със слънчеви панели, естественото осветление може да бъде нарушено. Това ще доведе до промени в съществуващата екосистема. Но като цяло въздействието върху околната среда на устройствата, предназначени да преобразуват слънчевата енергия, е минимално.
Икономика
Най-големите разходи за производството на слънчеви панели са свързани с високата цена на суровините. Както вече разбрахме, специални панели се създават със силиций. Въпреки факта, че този минерал е широко разпространен в природата, има големи проблеми, свързани с извличането му. Факт е, че силицийът, който съставлява повече от една четвърт от масата на земната кора, не е подходящ за производството на слънчеви клетки. За тези цели е подходящ само най-чистият материал, получен по индустриален метод. За съжаление получаването на най-чистия силиций от пясък е изключително проблематично.
Цената на този ресурс е сравнима с урана, използван в атомните електроцентрали. Ето защо цената на слънчевите панели в момента остава на доста високо ниво.
Модерни технологии
Първите опити за укротяване на слънчевата енергия се появиха много отдавна. Оттогава много учени активно се занимават с търсенето на най-ефективното оборудване. Тя трябва да бъде не само рентабилна, но и компактна. Ефективността му трябва да се стреми към максимум.
Първите стъпки към идеално устройство за приемане и преобразуване на слънчева енергия бяха направени с изобретяването на силициевите батерии. Разбира се, цената е доста висока, но панелите могат да се поставят върху покривите и стените на къщите, където няма да пречат на никого. А ефективността на такива батерии е неоспорима.
Но най-добрият начин да увеличите популярността на слънчевата енергия е да я направите по-евтина. Германски учени вече предложиха замяна на силиция със синтетични влакна, които могат да бъдат интегрираниплат или други материали. Ефективността на такава слънчева батерия не е много висока. Но риза, осеяна със синтетични влакна, може поне да осигури електричество на смартфон или плейър. Активно се работи и в областта на нанотехнологиите. Вероятно те ще позволят на слънцето да се превърне в най-популярния източник на енергия през този век. Специалистите на Scates AS от Норвегия вече заявиха, че нанотехнологиите ще намалят цената на слънчевите панели с 2 пъти.
Слънчева енергия за дома
Самоиздържащото се жилище е мечта на мнозина: без зависимост от централизирано отопление, без проблеми с плащането на сметки и без вреда за околната среда. Вече много страни активно строят жилища, които консумират само енергия, получена от алтернативни източници. Ярък пример е така наречената слънчева къща.
По време на строителния процес ще изисква повече инвестиция от традиционната. Но след няколко години работа всички разходи ще се изплатят - няма да се налага да плащате за отопление, топла вода и електричество. В слънчева къща всички тези комуникации са обвързани със специални фотоволтаични панели, поставени на покрива. Освен това получените по този начин енергийни ресурси не само се изразходват за текущи нужди, но и се натрупват за използване през нощта и при облачно време.
В момента строителството на такива къщи се извършва не само в страни, близки до екватора, където е най-лесно да се получи слънчева енергия. Те също са издигнати вКанада, Финландия и Швеция.
Плюсове и минуси
Развитието на технологии, които позволяват използването на слънчева енергия навсякъде, може да бъде по-активно. Но има някои причини, поради които това все още не е приоритет. Както казахме по-горе, при производството на панели се произвеждат вредни за околната среда вещества. В допълнение, готовото оборудване съдържа галий, арсен, кадмий и олово.
Необходимостта от рециклиране на фотоволтаичните панели също повдига много въпроси. След 50 години експлоатация те ще станат неизползваеми и ще трябва някак да бъдат унищожени. Ще причини ли огромна вреда на природата? Също така си струва да се има предвид, че слънчевата енергия е непостоянен ресурс, чиято ефективност зависи от времето на деня и времето. И това е значителен недостатък.
Но, разбира се, има и плюсове. Слънчевата енергия може да се добива почти навсякъде на Земята, а оборудването за производството и преобразуването й може да бъде достатъчно малко, за да се побере на гърба на смартфон. По-важното е, че това е възобновяем ресурс, тоест количеството слънчева енергия ще остане непроменено поне още хиляда години.
Перспективи
Развитието на технологиите в областта на слънчевата енергия трябва да доведе до намаляване на разходите за създаване на елементи. Вече се появяват стъклени панели, които могат да се монтират на прозорци. Развитието на нанотехнологиите направи възможно изобретяването на боя, която ще се пръска върху слънчевите панели и може да замени силициевия слой. Ако цената на слънчевата енергия наистина падне няколко пъти, нейната популярност също ще нарасне многократно.
Създаването на малки панели за индивидуална употреба ще позволи на хората да използват слънчева енергия във всяка среда - у дома, в колата или дори извън града. Благодарение на тяхното разпределение, натоварването на централизираната електрическа мрежа ще намалее, тъй като хората ще могат сами да зареждат малка електроника.
Експертите на Shell смятат, че до 2040 г. около половината от световната енергия ще се генерира от възобновяеми източници. Вече в Германия потреблението на слънчева енергия активно нараства, а мощността на батерията е повече от 35 гигавата. Япония също активно развива тази индустрия. Тези две държави са лидери по потребление на слънчева енергия в света. Съединените щати вероятно ще се присъединят към тях скоро.
Други алтернативни енергийни източници
Учените не спират да озадачават какво друго може да се използва за генериране на електричество или топлина. Ето примери за най-обещаващите алтернативни източници на енергия.
Вятърните мелници вече могат да бъдат намерени в почти всяка страна. Дори по улиците на много руски градове са инсталирани фенери, които се снабдяват с електричество от вятърна енергия. Със сигурност цената им е по-висока от средната, но с течение на времето те ще компенсират тази разлика.
Доста отдавна беше изобретена технология, която ви позволява да получавате енергия, използвайкиразлика в температурата на водата на повърхността на океана и на дълбочината. Китай активно ще развива тази посока. През следващите години край бреговете на Средното кралство те ще построят най-голямата електроцентрала, работеща по тази технология. Има и други начини за използване на морето. Например в Австралия планират да създадат електроцентрала, която генерира енергия от силата на теченията.
Има много други начини за генериране на електричество или топлина. Но на фона на много други възможности, слънчевата енергия наистина е обещаваща посока в развитието на науката.
