Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τις εναλλακτικές πηγές ενέργειας. Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο θα τελειώσουν αργά ή γρήγορα, επομένως πρέπει να σκεφτούμε πώς θα επιβιώσουμε σε αυτήν την κατάσταση τώρα. Οι ανεμόμυλοι χρησιμοποιούνται ενεργά στην Ευρώπη, κάποιος προσπαθεί να εξάγει ενέργεια από τον ωκεανό και θα μιλήσουμε για την ηλιακή ενέργεια. Εξάλλου, ένα αστέρι που βλέπουμε σχεδόν κάθε μέρα στον ουρανό μπορεί να μας βοηθήσει να εξοικονομήσουμε μη ανανεώσιμους πόρους και να βελτιώσουμε το περιβάλλον. Η αξία του ήλιου για τη Γη είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί - δίνει θερμότητα, φως και επιτρέπει σε όλη τη ζωή στον πλανήτη να λειτουργεί. Γιατί λοιπόν να μην βρείτε άλλη χρήση;
Λίγη ιστορία
Στα μέσα του 19ου αιώνα, ο φυσικός Alexander Edmond Becquerel ανακάλυψε το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Και μέχρι το τέλος του αιώνα, ο Τσαρλς Φριτς δημιούργησε την πρώτη συσκευή ικανή να μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Για αυτό, χρησιμοποιήθηκε σελήνιο επικαλυμμένο με ένα λεπτό στρώμα χρυσού. Το αποτέλεσμα ήταν αδύναμο, αλλά αυτή η εφεύρεση συνδέεται συχνά με την αρχή της εποχής της ηλιακής ενέργειας. Ορισμένοι μελετητές δεν συμφωνούν με αυτή τη διατύπωση. Αποκαλούν τον ιδρυτή της εποχής της ηλιακής ενέργειας τον παγκοσμίου φήμης επιστήμονα Άλμπερτ Αϊνστάιν. Το 1921έτος έλαβε το βραβείο Νόμπελ για την εξήγηση των νόμων του εξωτερικού φωτοηλεκτρικού φαινομένου.
Φαίνεται ότι η ηλιακή ενέργεια είναι ένας πολλά υποσχόμενος τρόπος ανάπτυξης. Υπάρχουν όμως πολλά εμπόδια για να μπει σε κάθε σπίτι - κυρίως οικονομικά και περιβαλλοντικά. Τι αντιπροσωπεύει το κόστος των ηλιακών συλλεκτών, τι κακό μπορούν να κάνουν στο περιβάλλον και ποιους άλλους τρόπους παραγωγής ενέργειας, θα μάθουμε παρακάτω.
Μέθοδοι αποταμίευσης
Το πιο επείγον έργο που σχετίζεται με την εξοικονόμηση της ενέργειας του ήλιου δεν είναι μόνο η λήψη του, αλλά και η συσσώρευσή του. Και αυτό είναι το πιο δύσκολο. Επί του παρόντος, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μόνο 3 τρόπους για να εξημερώσουν πλήρως την ηλιακή ενέργεια.
Το πρώτο βασίζεται στη χρήση ενός παραβολικού καθρέφτη και μοιάζει λίγο με το παιχνίδι με ένα μεγεθυντικό φακό, που είναι γνωστό σε όλους από την παιδική ηλικία. Το φως διέρχεται από τον φακό, συγκεντρώνοντας σε ένα σημείο. Εάν βάλετε ένα κομμάτι χαρτί σε αυτό το μέρος, θα ανάψει, επειδή η θερμοκρασία των διασταυρούμενων ακτίνων του ήλιου είναι απίστευτα υψηλή. Ένας παραβολικός καθρέφτης είναι ένας κοίλος δίσκος που μοιάζει με ρηχό μπολ. Αυτός ο καθρέφτης, σε αντίθεση με τον μεγεθυντικό φακό, δεν εκπέμπει, αλλά αντανακλά το ηλιακό φως, συλλέγοντάς το σε ένα σημείο, το οποίο συνήθως κατευθύνεται σε έναν μαύρο σωλήνα με νερό. Αυτό το χρώμα χρησιμοποιείται επειδή απορροφά καλύτερα το φως. Το νερό στο σωλήνα θερμαίνεται από το φως του ήλιου και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή για τη θέρμανση μικρών σπιτιών.
Flat Heater
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείένα εντελώς διαφορετικό σύστημα. Ο δέκτης ηλιακής ενέργειας μοιάζει με πολυστρωματική δομή. Η αρχή της λειτουργίας του μοιάζει με αυτό.
Περνώντας μέσα από το γυαλί, οι ακτίνες χτυπούν το σκουρόχρωμο μέταλλο, το οποίο, όπως γνωρίζετε, απορροφά καλύτερα το φως. Η ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια και θερμαίνει το νερό, το οποίο βρίσκεται κάτω από τη σιδερένια πλάκα. Επιπλέον, όλα συμβαίνουν όπως στην πρώτη μέθοδο. Το θερμαινόμενο νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για θέρμανση χώρων είτε για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι αλήθεια ότι η αποτελεσματικότητα αυτής της μεθόδου δεν είναι αρκετά υψηλή ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί παντού.
Κατά κανόνα, η ηλιακή ενέργεια που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι θερμότητα. Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η τρίτη μέθοδος χρησιμοποιείται πολύ πιο συχνά.
Ηλιακά κύτταρα
Πιο πολύ γνωρίζουμε αυτόν τον τρόπο απόκτησης ενέργειας. Περιλαμβάνει τη χρήση διαφόρων μπαταριών ή ηλιακών συλλεκτών, που μπορούν να βρεθούν στις στέγες πολλών σύγχρονων σπιτιών. Αυτή η μέθοδος είναι πιο περίπλοκη από ό,τι περιγράφηκε προηγουμένως, αλλά είναι πολύ πιο πολλά υποσχόμενη. Είναι αυτός που καθιστά δυνατή τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια σε βιομηχανική κλίμακα.
Ειδικά πάνελ σχεδιασμένα να συλλαμβάνουν ακτίνες είναι κατασκευασμένα από εμπλουτισμένους κρυστάλλους πυριτίου. Το φως του ήλιου, που πέφτει πάνω τους, βγάζει το ηλεκτρόνιο εκτός τροχιάς. Μια άλλη προσπαθεί αμέσως να πάρει τη θέση της, έτσι προκύπτει μια συνεχής κινούμενη αλυσίδα, η οποία δημιουργεί ένα ρεύμα. Εάν είναι απαραίτητο, χρησιμοποιείται αμέσως για την παροχή συσκευών ή συσσωρεύεται στη φόρμαηλεκτρική ενέργεια σε ειδικές μπαταρίες.
Η δημοτικότητα αυτής της μεθόδου δικαιολογείται από το γεγονός ότι σας επιτρέπει να λαμβάνετε περισσότερα από 120 watt από μόνο ένα τετραγωνικό μέτρο ηλιακών συλλεκτών. Ταυτόχρονα, τα πάνελ έχουν σχετικά μικρό πάχος, που τους επιτρέπει να τοποθετούνται σχεδόν οπουδήποτε.
Τύποι πάνελ σιλικόνης
Υπάρχουν διάφοροι τύποι ηλιακών κυψελών. Τα πρώτα κατασκευάζονται με χρήση μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Η απόδοσή τους είναι περίπου 15%. Αυτά τα ηλιακά πάνελ είναι τα πιο ακριβά.
Η απόδοση των στοιχείων από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο φτάνει το 11%. Κοστίζουν λιγότερο, καθώς το υλικό για αυτούς λαμβάνεται χρησιμοποιώντας μια απλοποιημένη τεχνολογία. Ο τρίτος τύπος είναι ο πιο οικονομικός και έχει ελάχιστη απόδοση. Πρόκειται για πάνελ κατασκευασμένα από άμορφο πυρίτιο, δηλαδή μη κρυσταλλικό. Εκτός από τη χαμηλή απόδοση, έχουν ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα - την ευθραυστότητα.
Μερικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν και τις δύο πλευρές του ηλιακού πάνελ για να αυξήσουν την απόδοση - πίσω και μπροστά. Αυτό σας επιτρέπει να συλλάβετε φως σε μεγάλους όγκους και αυξάνει την ποσότητα ενέργειας που λαμβάνεται κατά 15-20%.
Εγχώριοι παραγωγοί
Η ηλιακή ενέργεια στη Γη γίνεται όλο και πιο διαδεδομένη. Ακόμα και στη χώρα μας ενδιαφέρονται να σπουδάσουν αυτόν τον κλάδο. Παρά το γεγονός ότι η ανάπτυξη της εναλλακτικής ενέργειας δεν είναι πολύ ενεργή στη Ρωσία, έχει επιτευχθεί κάποια επιτυχία. Επί του παρόντος, αρκετοί οργανισμοί ασχολούνται με τη δημιουργία πάνελ για ηλιακή ενέργεια - κυρίωςεπιστημονικά ιδρύματα διαφόρων τομέων και εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρολογικού εξοπλισμού.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Mechanical Plant.
- Ολορωσικό Ερευνητικό Ινστιτούτο Ηλεκτρισμού της Γεωργίας.
- Μηχανική ΜΚΟ.
- AO VIEN.
- OJSC "Εργοστάσιο Ryazan μεταλλοκεραμικών συσκευών".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Αυτό είναι μόνο ένα μικρό μέρος των επιχειρήσεων που συμμετέχουν ενεργά στην ανάπτυξη εναλλακτικής ενέργειας στη Ρωσία.
περιβαλλοντικές επιπτώσεις
Η απόρριψη των πηγών ενέργειας άνθρακα και πετρελαίου συνδέεται όχι μόνο με το γεγονός ότι αυτοί οι πόροι θα εξαντληθούν αργά ή γρήγορα. Το γεγονός είναι ότι βλάπτουν πολύ το περιβάλλον - μολύνουν το έδαφος, τον αέρα και το νερό, συμβάλλουν στην ανάπτυξη ασθενειών στους ανθρώπους και μειώνουν την ανοσία. Γι' αυτό οι εναλλακτικές πηγές ενέργειας πρέπει να είναι φιλικές προς το περιβάλλον.
Το πυρίτιο, το οποίο χρησιμοποιείται για την κατασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων, είναι από μόνο του ασφαλές καθώς είναι φυσικό υλικό. Αλλά μετά τον καθαρισμό του, παραμένουν απορρίμματα. Είναι αυτά που μπορούν να βλάψουν τον άνθρωπο και το περιβάλλον εάν χρησιμοποιηθούν ακατάλληλα.
Επιπλέον, σε μια περιοχή γεμάτη πλήρως ηλιακούς συλλέκτες, ο φυσικός φωτισμός μπορεί να διαταραχθεί. Αυτό θα οδηγήσει σε αλλαγές στο υπάρχον οικοσύστημα. Ωστόσο, γενικά, ο περιβαλλοντικός αντίκτυπος των συσκευών που έχουν σχεδιαστεί για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας είναι ελάχιστος.
Economy
Το μεγαλύτερο κόστος για την παραγωγή ηλιακών συλλεκτών συνδέεται με το υψηλό κόστος των πρώτων υλών. Όπως έχουμε ήδη ανακαλύψει, ειδικά πάνελ δημιουργούνται με χρήση πυριτίου. Παρά το γεγονός ότι αυτό το ορυκτό είναι ευρέως διαδεδομένο στη φύση, υπάρχουν μεγάλα προβλήματα που σχετίζονται με την εξόρυξή του. Γεγονός είναι ότι το πυρίτιο, που αποτελεί περισσότερο από το ένα τέταρτο της μάζας του φλοιού της γης, δεν είναι κατάλληλο για την παραγωγή ηλιακών κυψελών. Για τους σκοπούς αυτούς, μόνο το πιο καθαρό υλικό που λαμβάνεται με βιομηχανική μέθοδο είναι κατάλληλο. Δυστυχώς, η λήψη του πιο καθαρού πυριτίου από την άμμο είναι εξαιρετικά προβληματική.
Η τιμή αυτού του πόρου είναι συγκρίσιμη με το ουράνιο που χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το κόστος των ηλιακών συλλεκτών παραμένει επί του παρόντος σε αρκετά υψηλό επίπεδο.
Σύγχρονες τεχνολογίες
Οι πρώτες προσπάθειες εξημερώσεως της ηλιακής ενέργειας εμφανίστηκαν πριν από πολύ καιρό. Από τότε, πολλοί επιστήμονες έχουν εμπλακεί ενεργά στην αναζήτηση του πιο αποτελεσματικού εξοπλισμού. Θα πρέπει να είναι όχι μόνο οικονομικό, αλλά και συμπαγές. Η αποτελεσματικότητά του θα πρέπει να φτάσει στο μέγιστο.
Τα πρώτα βήματα προς μια ιδανική συσκευή λήψης και μετατροπής ηλιακής ενέργειας έγιναν με την εφεύρεση των μπαταριών πυριτίου. Φυσικά, η τιμή είναι αρκετά υψηλή, αλλά τα πάνελ μπορούν να τοποθετηθούν σε στέγες και τοίχους σπιτιών, όπου δεν θα ενοχλήσουν κανέναν. Και η αποτελεσματικότητα τέτοιων μπαταριών είναι αναμφισβήτητη.
Αλλά ο καλύτερος τρόπος για να αυξήσετε τη δημοτικότητα της ηλιακής ενέργειας είναι να την κάνετε φθηνότερη. Γερμανοί επιστήμονες έχουν ήδη προτείνει την αντικατάσταση του πυριτίου με συνθετικές ίνες που μπορούν να ενσωματωθούν σεύφασμα ή άλλα υλικά. Η απόδοση μιας τέτοιας ηλιακής μπαταρίας δεν είναι πολύ υψηλή. Αλλά ένα πουκάμισο διάσπαρτο με συνθετικές ίνες μπορεί τουλάχιστον να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια σε ένα smartphone ή μια συσκευή αναπαραγωγής. Γίνονται επίσης ενεργά εργασίες στον τομέα της νανοτεχνολογίας. Είναι πιθανό ότι θα επιτρέψουν στον ήλιο να γίνει η πιο δημοφιλής πηγή ενέργειας αυτόν τον αιώνα. Οι ειδικοί της Scates AS από τη Νορβηγία έχουν ήδη δηλώσει ότι η νανοτεχνολογία θα μειώσει το κόστος των ηλιακών συλλεκτών κατά 2 φορές.
Ηλιακή ενέργεια για το σπίτι
Η αυτοσυντηρούμενη στέγαση είναι όνειρο πολλών: καμία εξάρτηση από την κεντρική θέρμανση, κανένα πρόβλημα με την πληρωμή λογαριασμών και καμία βλάβη στο περιβάλλον. Ήδη, πολλές χώρες χτίζουν ενεργά κατοικίες που καταναλώνουν μόνο ενέργεια που προέρχεται από εναλλακτικές πηγές. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι το λεγόμενο ηλιακό σπίτι.
Κατά τη διαδικασία κατασκευής, θα απαιτηθούν περισσότερες επενδύσεις από την παραδοσιακή. Αλλά μετά από αρκετά χρόνια λειτουργίας, όλα τα έξοδα θα αποδώσουν - δεν θα χρειαστεί να πληρώσετε για θέρμανση, ζεστό νερό και ηλεκτρισμό. Σε ένα ηλιακό σπίτι, όλες αυτές οι επικοινωνίες συνδέονται με ειδικά φωτοβολταϊκά πάνελ τοποθετημένα στην οροφή. Επιπλέον, οι ενεργειακοί πόροι που λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο δεν δαπανώνται μόνο για τις τρέχουσες ανάγκες, αλλά συσσωρεύονται για χρήση τη νύχτα και σε συννεφιασμένο καιρό.
Επί του παρόντος, η κατασκευή τέτοιων σπιτιών πραγματοποιείται όχι μόνο σε χώρες κοντά στον ισημερινό, όπου είναι πιο εύκολο να αποκτήσετε ηλιακή ενέργεια. Επίσης στήνονται σεΚαναδάς, Φινλανδία και Σουηδία.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Η ανάπτυξη τεχνολογιών που επιτρέπουν τη χρήση ηλιακής ενέργειας παντού θα μπορούσε να είναι πιο ενεργή. Υπάρχουν όμως ορισμένοι λόγοι για τους οποίους αυτό εξακολουθεί να μην αποτελεί προτεραιότητα. Όπως είπαμε και παραπάνω, κατά την παραγωγή πάνελ παράγονται ουσίες επιβλαβείς για το περιβάλλον. Επιπλέον, ο έτοιμος εξοπλισμός περιέχει γάλλιο, αρσενικό, κάδμιο και μόλυβδο.
Η ανάγκη ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών πάνελ εγείρει επίσης πολλά ερωτήματα. Μετά από 50 χρόνια λειτουργίας, θα καταστούν άχρηστα και θα πρέπει με κάποιο τρόπο να καταστραφούν. Θα προκαλέσει τεράστια ζημιά στη φύση; Αξίζει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι η ηλιακή ενέργεια είναι ένας ασταθής πόρος, η απόδοση του οποίου εξαρτάται από την ώρα της ημέρας και τον καιρό. Και αυτό είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα.
Αλλά, φυσικά, υπάρχουν και θετικά. Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να εξορυχθεί σχεδόν οπουδήποτε στη Γη και ο εξοπλισμός για την παραγωγή και τη μετατροπή της μπορεί να είναι αρκετά μικρός ώστε να χωράει στο πίσω μέρος ενός smartphone. Το πιο σημαντικό, είναι ένας ανανεώσιμος πόρος, δηλαδή η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας θα παραμείνει αμετάβλητη για τουλάχιστον άλλα χίλια χρόνια.
Προοπτικές
Η ανάπτυξη τεχνολογιών στον τομέα της ηλιακής ενέργειας θα πρέπει να οδηγήσει σε μείωση του κόστους δημιουργίας στοιχείων. Ήδη εμφανίζονται γυάλινες πλάκες που μπορούν να τοποθετηθούν στα παράθυρα. Η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας κατέστησε δυνατή την εφεύρεση ενός χρώματος που θα ψεκάζεται σε ηλιακούς συλλέκτες και θα μπορεί να αντικαταστήσει το στρώμα πυριτίου. Εάν το κόστος της ηλιακής ενέργειας πέσει πραγματικά αρκετές φορές, η δημοτικότητά της θα αυξηθεί επίσης πολλές φορές.
Η δημιουργία μικρών πάνελ για ατομική χρήση θα επιτρέψει στους ανθρώπους να χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια σε οποιοδήποτε περιβάλλον - στο σπίτι, στο αυτοκίνητο ή ακόμα και έξω από την πόλη. Χάρη στη διανομή τους, το φορτίο στο κεντρικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας θα μειωθεί, καθώς οι άνθρωποι θα μπορούν να φορτίζουν μόνοι τους μικρά ηλεκτρονικά.
Εμπειρογνώμονες της Shell πιστεύουν ότι μέχρι το 2040 περίπου το ήμισυ της παγκόσμιας ενέργειας θα παράγεται από ανανεώσιμες πηγές. Ήδη τώρα στη Γερμανία, η κατανάλωση ηλιακής ενέργειας αυξάνεται ενεργά και η ισχύς της μπαταρίας είναι πάνω από 35 Gigawatts. Η Ιαπωνία αναπτύσσει επίσης ενεργά αυτόν τον κλάδο. Αυτές οι δύο χώρες είναι οι ηγέτες στην κατανάλωση ηλιακής ενέργειας στον κόσμο. Οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι πιθανό να προσχωρήσουν σε αυτές σύντομα.
Άλλες εναλλακτικές πηγές ενέργειας
Οι επιστήμονες δεν σταματούν να προβληματίζονται για το τι άλλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή θερμότητας. Ακολουθούν παραδείγματα των πιο υποσχόμενων εναλλακτικών πηγών ενέργειας.
Οι ανεμόμυλοι μπορούν πλέον να βρεθούν σχεδόν σε οποιαδήποτε χώρα. Ακόμη και στους δρόμους πολλών ρωσικών πόλεων, εγκαθίστανται φανάρια που παρέχουν ηλεκτρισμό από αιολική ενέργεια. Σίγουρα το κόστος τους είναι υψηλότερο από το μέσο όρο, αλλά με την πάροδο του χρόνου θα καλύψουν αυτή τη διαφορά.
Πριν από πολύ καιρό, εφευρέθηκε μια τεχνολογία που σας επιτρέπει να παίρνετε ενέργεια χρησιμοποιώνταςδιαφορά στη θερμοκρασία του νερού στην επιφάνεια του ωκεανού και στο βάθος. Η Κίνα πρόκειται να αναπτύξει ενεργά αυτήν την κατεύθυνση. Τα επόμενα χρόνια, στα ανοικτά των ακτών του Μεσαίου Βασιλείου, πρόκειται να κατασκευάσουν το μεγαλύτερο εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργεί με αυτήν την τεχνολογία. Υπάρχουν άλλοι τρόποι για να χρησιμοποιήσετε τη θάλασσα. Για παράδειγμα, στην Αυστραλία σχεδιάζουν να δημιουργήσουν ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας που παράγει ενέργεια από τη δύναμη των ρευμάτων.
Υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ή θερμότητας. Ωστόσο, στο πλαίσιο πολλών άλλων επιλογών, η ηλιακή ενέργεια είναι πραγματικά μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση στην ανάπτυξη της επιστήμης.
