Under de senaste åren har forskare varit särskilt intresserade av alternativa energikällor. Olja och gas kommer att ta slut förr eller senare, så vi måste fundera på hur vi ska överleva i den här situationen nu. Väderkvarnar används aktivt i Europa, någon försöker utvinna energi från havet, och vi kommer att prata om solenergi. När allt kommer omkring kan en stjärna som vi ser nästan varje dag på himlen hjälpa oss att spara icke-förnybara resurser och förbättra miljön. Solens värde för jorden är svårt att överskatta – den ger värme, ljus och låter allt liv på planeten fungera. Så varför inte hitta en annan användning för det?
Lite historia
I mitten av 1800-talet upptäckte fysikern Alexander Edmond Becquerel den fotovoltaiska effekten. Och i slutet av århundradet skapade Charles Fritts den första enheten som kunde omvandla solenergi till elektricitet. För detta användes selen belagt med ett tunt lager guld. Effekten var svag, men denna uppfinning förknippas ofta med början av solenergins era. Vissa forskare håller inte med om denna formulering. De kallar grundaren av solenergins era för den världsberömda vetenskapsmannen Albert Einstein. År 1921år fick han Nobelpriset för att ha förklarat lagarna för den externa fotoelektriska effekten.
Det verkar som att solenergi är ett lovande sätt att utvecklas. Men det finns många hinder för att den ska komma in i varje hem - främst ekonomiska och miljömässiga. Vad som utgör kostnaden för solpaneler, vilken skada de kan göra på miljön och vilka andra sätt att generera energi får vi reda på nedan.
Sparametoder
Den mest brådskande uppgiften i samband med att tämja solens energi är inte bara mottagandet, utan också dess ackumulering. Och det är det som är svårast. För närvarande har forskare bara utvecklat tre sätt att helt tämja solenergi.
Den första är baserad på användningen av en parabolisk spegel och är lite som att leka med ett förstoringsglas, som är bekant för alla sedan barndomen. Ljus passerar genom linsen och samlas vid en punkt. Om du lägger ett papper på denna plats kommer det att lysa upp, eftersom temperaturen på de korsade solstrålarna är otroligt hög. En parabolisk spegel är en konkav skiva som liknar en grund skål. Denna spegel, till skillnad från ett förstoringsglas, sänder inte, utan reflekterar solljus, samlar det vid en punkt, som vanligtvis riktas till ett svart rör med vatten. Denna färg används för att den bäst absorberar ljus. Vattnet i röret värms upp av solljus och kan användas för att generera el eller för att värma upp småhus.
Plattvärmare
Denna metod använderett helt annat system. Solenergimottagaren ser ut som en flerskiktsstruktur. Principen för dess funktion ser ut så här.
När strålarna passerar genom glaset träffar de den mörklagda metallen, som, som ni vet, absorberar ljus bättre. Solstrålning omvandlas till termisk energi och värmer vattnet, som finns under järnplattan. Vidare händer allt som i den första metoden. Det uppvärmda vattnet kan användas antingen för uppvärmning av rum eller för att generera elektrisk energi. Det är sant att denna metods effektivitet inte är tillräckligt hög för att användas överallt.
Solenergin som erhålls på detta sätt är i regel värme. För att generera el används den tredje metoden mycket oftare.
Solceller
Vi är framför allt bekanta med det här sättet att få energi. Det innebär användning av olika batterier eller solpaneler, som finns på taken i många moderna hus. Denna metod är mer komplicerad än tidigare beskrivits, men är mycket mer lovande. Det är han som gör det möjligt att omvandla solenergi till elektricitet i industriell skala.
Specialpaneler designade för att fånga strålar är gjorda av berikade kiselkristaller. Solljus, som faller på dem, slår elektronen ur bana. En annan strävar omedelbart efter att ta dess plats, på så sätt erhålls en kontinuerlig rörlig kedja, som skapar en ström. Om det behövs, används det omedelbart för att tillhandahålla enheter eller ackumuleras i formuläretel i specialbatterier.
Populariteten för denna metod motiveras av det faktum att den låter dig få mer än 120 watt från bara en kvadratmeter solpaneler. Samtidigt har panelerna en relativt liten tjocklek, vilket gör att de kan placeras nästan var som helst.
Typer av silikonpaneler
Det finns flera typer av solceller. De första är gjorda av enkristallkisel. Deras effektivitet är cirka 15%. Dessa solpaneler är de dyraste.
Effektiviteten för element tillverkade av polykristallint kisel når 11 %. De kostar mindre, eftersom materialet för dem erhålls med en förenklad teknik. Den tredje typen är den mest ekonomiska och har en minimal effektivitet. Dessa är paneler gjorda av amorft kisel, det vill säga icke-kristallint. Förutom låg effektivitet har de en annan betydande nackdel - bräcklighet.
Vissa tillverkare använder båda sidor av solpanelen för att öka effektiviteten - bak och fram. Detta gör att du kan fånga ljus i stora volymer och ökar mängden energi som tas emot med 15-20%.
Inhemska producenter
Solenergi på jorden blir allt mer utbredd. Även i vårt land är de intresserade av att studera den här branschen. Trots att utvecklingen av alternativ energi inte är särskilt aktiv i Ryssland har viss framgång uppnåtts. För närvarande är flera organisationer engagerade i skapandet av paneler för solenergi - främstvetenskapliga institut inom olika områden och fabriker för tillverkning av elektrisk utrustning.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov mekaniska anläggning.
- All-Russian Research Institute of Electrification of Agriculture.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazan-anläggning för metall-keramiska enheter".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Detta är bara en liten del av de företag som är aktivt involverade i utvecklingen av alternativ energi i Ryssland.
Miljöpåverkan
Avvisning av kol- och oljeenergikällor är inte bara kopplat till det faktum att dessa resurser kommer att ta slut förr eller senare. Faktum är att de i hög grad skadar miljön - de förorenar marken, luften och vattnet, bidrar till utvecklingen av sjukdomar hos människor och minskar immuniteten. Det är därför alternativa energikällor måste vara miljövänliga.
Kisel, som används för att tillverka solceller, är i sig självt säkert eftersom det är ett naturligt material. Men efter att ha rengjort den finns avfall kvar. Det är de som kan skada människor och miljön om de används felaktigt.
Dessutom, i ett område helt fyllt med solpaneler, kan naturlig belysning störas. Detta kommer att leda till förändringar i det befintliga ekosystemet. Men generellt sett är miljöpåverkan från enheter utformade för att omvandla solenergi minimal.
Economy
De största kostnaderna för produktion av solpaneler är förknippade med de höga kostnaderna för råvaror. Som vi redan har upptäckt skapas speciella paneler med kisel. Trots att detta mineral är brett spritt i naturen finns det stora problem förknippade med dess utvinning. Faktum är att kisel, som utgör mer än en fjärdedel av massan av jordskorpan, inte är lämpligt för produktion av solceller. För dessa ändamål är endast det renaste materialet som erhållits med en industriell metod lämpligt. Tyvärr är det extremt problematiskt att få det renaste kiselet från sand.
Priset på denna resurs är jämförbart med uran som används i kärnkraftverk. Det är därför kostnaden för solpaneler för närvarande ligger kvar på en ganska hög nivå.
Modern teknik
De första försöken att tämja solenergi dök upp för länge sedan. Sedan dess har många forskare varit aktivt engagerade i sökandet efter den mest effektiva utrustningen. Det ska inte bara vara kostnadseffektivt, utan också kompakt. Dess effektivitet bör sträva efter maxim alt.
De första stegen mot en idealisk enhet för att ta emot och omvandla solenergi togs med uppfinningen av silikonbatterier. Naturligtvis är priset ganska högt, men panelerna kan placeras på hustak och väggar, där de inte kommer att störa någon. Och effektiviteten hos sådana batterier är obestridlig.
Men det bästa sättet att öka populariteten för solenergi är att göra den billigare. Tyska forskare har redan föreslagit att ersätta kisel med syntetiska fibrer som kan integreras ityg eller andra material. Effektiviteten hos ett sådant solbatteri är inte särskilt hög. Men en tröja varvat med syntetfibrer kan åtminstone ge ström till en smartphone eller spelare. Det pågår också ett aktivt arbete inom nanoteknikområdet. Det är troligt att de kommer att låta solen bli den mest populära energikällan detta århundrade. Scates AS-specialister från Norge har redan sagt att nanoteknik kommer att minska kostnaden för solpaneler med två gånger.
Solenergi för hemmet
Självförsörjande boende är en dröm för många: inget beroende av centralvärme, inga problem med att betala räkningar och ingen skada på miljön. Redan nu bygger många länder aktivt bostäder som endast förbrukar energi från alternativa källor. Ett slående exempel är det så kallade solhuset.
Under byggprocessen kommer det att krävas mer investeringar än den traditionella. Men efter flera års drift kommer alla kostnader att betala sig - du slipper betala för värme, varmvatten och el. I ett solcellshus är all denna kommunikation knuten till speciella solcellspaneler placerade på taket. Dessutom används energiresurserna som erhålls på detta sätt inte bara för nuvarande behov, utan ackumuleras också för användning på natten och i molnigt väder.
För närvarande utförs byggandet av sådana hus inte bara i länder nära ekvatorn, där det är lättast att få tag i solenergi. De är också uppförda iKanada, Finland och Sverige.
För- och nackdelar
Utvecklingen av teknik som tillåter användning av solenergi överallt skulle kunna vara mer aktiv. Men det finns vissa anledningar till att detta fortfarande inte prioriteras. Som vi sa ovan, under produktionen av paneler, produceras ämnen som är skadliga för miljön. Dessutom innehåller den färdiga utrustningen gallium, arsenik, kadmium och bly.
Behovet av att återvinna solcellspaneler väcker också många frågor. Efter 50 års drift kommer de att bli oanvändbara och måste förstöras på något sätt. Kommer det att orsaka enorma skador på naturen? Det är också värt att tänka på att solenergi är en ombytlig resurs, vars effektivitet beror på tid på dygnet och väder. Och detta är en betydande nackdel.
Men, naturligtvis, det finns plus. Solenergi kan utvinnas nästan var som helst på jorden, och utrustningen för att producera och konvertera den kan vara tillräckligt liten för att passa på baksidan av en smartphone. Ännu viktigare är att det är en förnybar resurs, det vill säga mängden solenergi kommer att förbli oförändrad i åtminstone ytterligare tusen år.
Prospects
Utvecklingen av teknologier inom solenergiområdet bör leda till en minskning av kostnaderna för att skapa element. Det dyker redan upp glaspaneler som kan monteras på fönster. Utvecklingen av nanoteknik har gjort det möjligt att uppfinna en färg som ska sprayas på solpaneler och kan ersätta kiselskiktet. Om kostnaden för solenergi verkligen sjunker flera gånger kommer dess popularitet också att växa många gånger om.
Genom att skapa små paneler för individuell användning kommer människor att kunna använda solenergi i vilken miljö som helst – hemma, i bilen eller till och med utanför staden. Tack vare deras distribution kommer belastningen på det centraliserade elnätet att minska, eftersom människor kommer att kunna ladda små elektronik själva.
Shell-experter tror att år 2040 kommer ungefär hälften av världens energi att genereras från förnybara resurser. Redan nu i Tyskland växer förbrukningen av solenergi aktivt, och batterieffekten är mer än 35 Gigawatt. Japan utvecklar också aktivt denna industri. Dessa två länder är ledande i förbrukningen av solenergi i världen. USA kommer sannolikt att ansluta sig till dem snart.
Andra alternativa energikällor
Forskare slutar inte fundera över vad mer som kan användas för att generera el eller värme. Här är exempel på de mest lovande alternativa energikällorna.
Väderkvarnar kan nu hittas i nästan alla länder. Även på gatorna i många ryska städer installeras lyktor som förser sig med el från vindenergi. Deras kostnad är säkert högre än genomsnittet, men med tiden kommer de att kompensera för denna skillnad.
Ganska länge sedan uppfanns en teknik som gör att du kan använda energiskillnad i vattentemperatur vid havets yta och på djupet. Kina kommer aktivt att utveckla denna riktning. Under de kommande åren, utanför kusten i Mellanriket, kommer de att bygga det största kraftverket som arbetar med denna teknik. Det finns andra sätt att använda havet. I Australien planerar de till exempel att skapa ett kraftverk som genererar energi från strömmarnas kraft.
Det finns många andra sätt att generera el eller värme. Men mot bakgrund av många andra alternativ är solenergi verkligen en lovande riktning i vetenskapens utveckling.
