Viimastel aastatel on teadlased tundnud erilist huvi alternatiivsete energiaallikate vastu. Nafta ja gaas saavad varem või hiljem otsa, seega tuleb mõelda, kuidas me selles olukorras praegu ellu jääme. Euroopas kasutatakse aktiivselt tuulikuid, keegi üritab ookeanist energiat ammutada ja räägime päikeseenergiast. Lõppude lõpuks võib täht, mida me peaaegu iga päev taevas näeme, aidata meil säästa taastumatuid ressursse ja parandada keskkonda. Päikese väärtust Maa jaoks on raske üle hinnata – see annab soojust, valgust ja võimaldab toimida kogu planeedi elul. Miks siis mitte leida sellele muud kasutust?
Natuke ajalugu
19. sajandi keskel avastas füüsik Alexander Edmond Becquerel fotogalvaanilise efekti. Ja sajandi lõpuks lõi Charles Fritts esimese seadme, mis suudab päikeseenergiat elektriks muuta. Selleks kasutati õhukese kullakihiga kaetud seleeni. Mõju oli nõrk, kuid seda leiutist seostatakse sageli päikeseenergia ajastu algusega. Mõned teadlased ei nõustu selle sõnastusega. Nad nimetavad päikeseenergia ajastu rajajaks maailmakuulsat teadlast Albert Einsteini. 1921. aastalaastal sai ta Nobeli preemia välise fotoelektrilise efekti seaduste selgitamise eest.
Tundub, et päikeseenergia on paljulubav arenguviis. Kuid selle sisenemisel igasse koju on palju takistusi – peamiselt majanduslikke ja keskkondlikke. Mis moodustab päikesepaneelide maksumuse, millist kahju need võivad keskkonnale teha ja millised muud viisid energia tootmiseks, saame teada allpool.
Säästumeetodid
Kõige pakilisem ülesanne, mis on seotud päikeseenergia t altsutamisega, ei ole mitte ainult selle vastuvõtmine, vaid ka selle kogumine. Ja see on kõige raskem. Praegu on teadlased välja töötanud ainult kolm võimalust päikeseenergia täielikuks t altsutamiseks.
Esimene põhineb paraboolpeegli kasutamisel ja on natuke nagu suurendusklaasiga mängimine, mis on kõigile tuttav juba lapsepõlvest. Valgus läbib objektiivi, kogudes ühte punkti. Kui paned sellesse kohta paberitüki, süttib see, sest ristuvate päikesekiirte temperatuur on uskumatult kõrge. Paraboolpeegel on nõgus ketas, mis meenutab madalat kaussi. See peegel, erinev alt suurendusklaasist, ei lase läbi, vaid peegeldab päikesevalgust, kogudes selle ühte punkti, mis tavaliselt suunatakse veega musta torusse. Seda värvi kasutatakse, kuna see neelab kõige paremini valgust. Torus olevat vett soojendab päikesevalgus ja seda saab kasutada elektri tootmiseks või väikeste majade kütmiseks.
Lame kütteseade
Seda meetodit kasutataksetäiesti erinev süsteem. Päikeseenergia vastuvõtja näeb välja nagu mitmekihiline struktuur. Selle tööpõhimõte näeb välja selline.
Klaasi läbides tabavad kiired tumenenud metalli, mis teatavasti neelab valgust paremini. Päikesekiirgus muutub soojusenergiaks ja soojendab vett, mis on raudplaadi all. Lisaks toimub kõik nagu esimeses meetodis. Soojendatud vett saab kasutada kas ruumide kütmiseks või elektrienergia tootmiseks. Tõsi, selle meetodi tõhusus ei ole piisav alt kõrge, et seda kõikjal kasutada.
Sel viisil saadud päikeseenergia on reeglina soojus. Elektri tootmiseks kasutatakse palju sagedamini kolmandat meetodit.
Päikesepatareid
Kõige enam oleme meile tuttavad sellise energia hankimise viisiga. See hõlmab mitmesuguste akude või päikesepaneelide kasutamist, mida võib leida paljude kaasaegsete majade katustest. See meetod on keerulisem kui eelnev alt kirjeldatud, kuid paljulubavam. Just tema võimaldab muuta päikeseenergia tööstuslikus mastaabis elektriks.
Kiirte püüdmiseks loodud spetsiaalsed paneelid on valmistatud rikastatud ränikristallidest. Neile langev päikesevalgus lööb elektroni orbiidilt välja. Kohe püüab teine asemele asuda, nii saadakse pidev liikuv kett, mis tekitab voolu. Vajadusel kasutatakse seda kohe seadmete varustamiseks või kogutakse vormielekter spetsiaalsetes akudes.
Selle meetodi populaarsust õigustab asjaolu, et see võimaldab saada rohkem kui 120 vatti vaid ühelt ruutmeetrilt päikesepaneelidelt. Samas on paneelidel suhteliselt väike paksus, mis võimaldab neid paigutada peaaegu kõikjale.
Ränipaneelide tüübid
Päikesepatareisid on mitut tüüpi. Esimesed on valmistatud ühekristalllisest ränist. Nende efektiivsus on umbes 15%. Need päikesepaneelid on kõige kallimad.
Polükristallilisest ränist valmistatud elementide efektiivsus ulatub 11% -ni. Need maksavad vähem, kuna nende jaoks mõeldud materjal saadakse lihtsustatud tehnoloogia abil. Kolmas tüüp on kõige ökonoomsem ja selle efektiivsus on minimaalne. Need on paneelid, mis on valmistatud amorfsest ränist, st mittekristallilised. Lisaks madalale efektiivsusele on neil veel üks oluline puudus – haprus.
Mõned tootjad kasutavad efektiivsuse suurendamiseks päikesepaneeli mõlemat külge – taga ja ees. See võimaldab jäädvustada valgust suurtes kogustes ja suurendab vastuvõetava energia hulka 15-20%.
Kodumaised tootjad
Päikeseenergia Maal levib üha laiem alt. Isegi meie riigis on nad huvitatud selle valdkonna õppimisest. Vaatamata asjaolule, et alternatiivenergia arendamine Venemaal ei ole eriti aktiivne, on saavutatud mõningast edu. Praegu tegelevad mitmed organisatsioonid peamiselt päikeseenergia paneelide loomisegaerinevate valdkondade teadusinstituudid ja tehased elektriseadmete tootmiseks.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrovi mehaanikatehas.
- Ülevenemaaline põllumajanduse elektrifitseerimise uurimisinstituut.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazani metallkeraamiliste seadmete tehas".
- JSC Pravdinsky toiteallikate katsetehas Pozit.
See on vaid väike osa Venemaal alternatiivenergia arendamisega aktiivselt tegelevatest ettevõtetest.
Keskkonnamõju
Söe ja nafta energiaallikate tagasilükkamine ei ole seotud ainult sellega, et need ressursid saavad varem või hiljem otsa. Fakt on see, et need kahjustavad suuresti keskkonda – saastavad mulda, õhku ja vett, soodustavad inimeste haiguste teket ja vähendavad immuunsust. Seetõttu peavad alternatiivsed energiaallikad olema keskkonnasõbralikud.
Räni, mida kasutatakse fotogalvaaniliste elementide valmistamiseks, on iseenesest ohutu, kuna see on looduslik materjal. Kuid pärast selle puhastamist jäävad jäätmed alles. Need võivad ebaõige kasutamise korral kahjustada inimesi ja keskkonda.
Lisaks võib päikesepaneelidega täielikult täidetud alal loomulik valgustus olla häiritud. See toob kaasa muutused olemasolevas ökosüsteemis. Kuid üldiselt on päikeseenergia muundamiseks mõeldud seadmete keskkonnamõju minimaalne.
Majandus
Päikesepaneelide tootmise suurimad kulud on seotud tooraine kõrge hinnaga. Nagu me juba teada saime, luuakse spetsiaalsed paneelid räni abil. Hoolimata asjaolust, et see mineraal on looduses lai alt levinud, on selle kaevandamisega seotud suuri probleeme. Fakt on see, et räni, mis moodustab üle veerandi maakoore massist, ei sobi päikesepatareide tootmiseks. Nendel eesmärkidel sobib ainult kõige puhtam materjal, mis on saadud tööstuslikul meetodil. Kahjuks on liivast puhtaima räni saamine äärmiselt problemaatiline.
Selle ressursi hind on võrreldav tuumaelektrijaamades kasutatava uraani hinnaga. Seetõttu püsib päikesepaneelide maksumus praegu üsna kõrgel tasemel.
Moodsad tehnoloogiad
Esimesed katsed päikeseenergia t altsutamiseks ilmusid juba ammu. Sellest ajast peale on paljud teadlased aktiivselt tegelenud kõige tõhusamate seadmete otsimisega. See peaks olema mitte ainult kulutõhus, vaid ka kompaktne. Selle tõhusus peaks olema maksimaalne.
Esimesed sammud ideaalse päikeseenergia vastuvõtmiseks ja muundamiseks mõeldud seadme poole tehti ränipatareide leiutamisega. Hind on muidugi päris kõrge, aga paneele saab panna majade katustele ja seintele, kus need kedagi ei häiri. Ja selliste akude tõhusus on vaieldamatu.
Kuid parim viis päikeseenergia populaarsuse suurendamiseks on muuta see odavamaks. Saksa teadlased on juba teinud ettepaneku asendada räni sünteetiliste kiududega, mida saab integreeridakangast või muudest materjalidest. Sellise päikesepatarei kasutegur pole kuigi kõrge. Kuid sünteetiliste kiududega segatud särk suudab vähem alt nutitelefoni või mängija elektrienergiaga varustada. Samuti käib aktiivne töö nanotehnoloogia vallas. Tõenäoliselt võimaldavad need päikesel saada selle sajandi populaarseimaks energiaallikaks. Scates AS spetsialistid Norrast on juba väitnud, et nanotehnoloogia vähendab päikesepaneelide maksumust 2 korda.
Päikeseenergia koju
Isemajandav eluase on paljude unistus: ei sõltu tsentraliseeritud küttest, pole probleeme arvete tasumisega ega kahjusta keskkonda. Juba praegu ehitavad paljud riigid aktiivselt eluasemeid, mis tarbivad ainult alternatiivsetest allikatest saadud energiat. Ilmekas näide on nn päikesemaja.
Ehitusprotsessi käigus nõuab see traditsioonilisest rohkem investeeringuid. Kuid pärast mitut aastat töötamist tasuvad kõik kulud end ära - te ei pea maksma kütte, sooja vee ja elektri eest. Päikesemajas on kõik need kommunikatsioonid seotud spetsiaalsete katusele paigutatud fotogalvaaniliste paneelidega. Veelgi enam, sel viisil saadud energiaressursse ei kulutata ainult jooksvate vajaduste rahuldamiseks, vaid koguneb ka öösel ja pilvise ilmaga kasutamiseks.
Praegu ei ehitata selliseid maju mitte ainult ekvaatorilähedastes riikides, kus päikeseenergiat on kõige lihtsam hankida. Need on ka sisse ehitatudKanada, Soome ja Rootsi.
Pussid ja miinused
Päikeseenergiat kõikjal kasutada võimaldavate tehnoloogiate arendamine võiks olla aktiivsem. Kuid on teatud põhjuseid, miks see pole ikka veel prioriteet. Nagu eespool öeldud, tekib paneelide valmistamisel keskkonnale kahjulikke aineid. Lisaks sisaldab valmis varustus galliumi, arseeni, kaadmiumi ja pliid.
Putogalvaaniliste paneelide ringlussevõtu vajadus tekitab samuti palju küsimusi. Pärast 50 aastat töötamist muutuvad need kasutuskõlbmatuks ja tuleb kuidagi hävitada. Kas see põhjustab loodusele tohutut kahju? Samuti tasub arvestada, et päikeseenergia on muutlik ressurss, mille efektiivsus sõltub kellaajast ja ilmast. Ja see on märkimisväärne puudus.
Aga loomulikult on plusse. Päikeseenergiat saab kaevandada peaaegu kõikjal Maa peal ning seadmed selle tootmiseks ja muundamiseks võivad olla piisav alt väikesed, et mahutada nutitelefoni tagaküljele. Veelgi olulisem on see, et tegemist on taastuva ressursiga, see tähendab, et päikeseenergia hulk jääb muutumatuks veel vähem alt tuhat aastat.
Väljavaated
Päikeseenergia valdkonna tehnoloogiate arendamine peaks kaasa tooma elementide loomise kulude vähenemise. Juba ilmuvad klaaspaneelid, mida saab akendele paigaldada. Nanotehnoloogia areng on võimaldanud leiutada värvi, mida pihustatakse päikesepaneelidele ja mis võib asendada ränikihti. Kui päikeseenergia hind tõesti mitu korda langeb, kasvab ka selle populaarsus kordades.
Väikeste paneelide loomine individuaalseks kasutamiseks võimaldab inimestel kasutada päikeseenergiat igas keskkonnas – kodus, autos või isegi väljaspool linna. Tänu nende jaotusele väheneb tsentraliseeritud elektrivõrgu koormus, kuna inimesed saavad väikest elektroonikat ise laadida.
Shelli eksperdid usuvad, et aastaks 2040 toodetakse umbes pool maailma energiast taastuvatest ressurssidest. Juba praegu kasvab Saksamaal päikeseenergia tarbimine aktiivselt ja aku võimsus on üle 35 gigavati. Ka Jaapan arendab seda tööstust aktiivselt. Need kaks riiki on päikeseenergia tarbimise osas maailmas liidrid. Tõenäoliselt ühinevad USA nendega varsti.
Muud alternatiivsed energiaallikad
Teadlased ei lakka pead murdmast selle üle, mida veel saab kasutada elektri või soojuse tootmiseks. Siin on näited kõige lootustandvamatest alternatiivsetest energiaallikatest.
Tuuleveskeid võib nüüd leida peaaegu igast riigist. Isegi paljude Venemaa linnade tänavatele on paigaldatud laternad, mis varustavad end tuuleenergiast elektriga. Kindlasti on nende maksumus keskmisest kõrgem, kuid aja jooksul korvavad nad selle erinevuse.
Üsna kaua aega tagasi leiutati tehnoloogia, mis võimaldab saada energiat kasutadesvee temperatuuri erinevus ookeani pinnal ja sügavuses. Hiina kavatseb seda suunda aktiivselt arendada. Lähiaastatel kavatsetakse Kesk-Kuningriigi rannikule ehitada suurim sellel tehnoloogial töötav elektrijaam. Mere kasutamiseks on teisigi viise. Näiteks Austraalias kavatsevad nad luua elektrijaama, mis toodab energiat hoovuste jõul.
Elektri või soojuse tootmiseks on palju muid võimalusi. Kuid paljude muude võimaluste taustal on päikeseenergia teaduse arengus tõesti paljulubav suund.
