În ultimii ani, oamenii de știință au fost deosebit de interesați de sursele alternative de energie. Petrolul și gazele se vor epuiza mai devreme sau mai târziu, așa că trebuie să ne gândim cum vom supraviețui în această situație acum. Morile de vânt sunt folosite în mod activ în Europa, cineva încearcă să extragă energie din ocean și vom vorbi despre energia solară. La urma urmei, o stea pe care o vedem aproape în fiecare zi pe cer ne poate ajuta să economisim resurse neregenerabile și să îmbunătățim mediul înconjurător. Valoarea soarelui pentru Pământ este greu de supraestimat - dă căldură, lumină și permite întregii vieți de pe planetă să funcționeze. Deci, de ce să nu-i găsiți o altă utilizare?
Un pic de istorie
La mijlocul secolului al XIX-lea, fizicianul Alexander Edmond Becquerel a descoperit efectul fotovoltaic. Și până la sfârșitul secolului, Charles Fritts a creat primul dispozitiv capabil să transforme energia solară în electricitate. Pentru aceasta s-a folosit seleniu acoperit cu un strat subțire de aur. Efectul a fost slab, dar această invenție este adesea asociată cu începutul erei energiei solare. Unii savanți nu sunt de acord cu această formulare. Ei îl numesc pe fondatorul erei energiei solare pe celebrul om de știință Albert Einstein. În 1921anul a primit Premiul Nobel pentru explicarea legilor efectului fotoelectric extern.
S-ar părea că energia solară este o modalitate promițătoare de dezvoltare. Dar există multe obstacole pentru ca acesta să intre în fiecare casă - în principal economic și de mediu. Ce reprezintă costul panourilor solare, ce rău pot face acestea mediului înconjurător și ce alte moduri de a genera energie, vom afla mai jos.
Metode de economisire
Cea mai urgentă sarcină asociată cu îmblânzirea energiei soarelui nu este doar primirea acesteia, ci și acumularea acesteia. Și asta este cel mai greu. În prezent, oamenii de știință au dezvoltat doar 3 moduri de a îmblânzi pe deplin energia solară.
Primul se bazează pe folosirea unei oglinzi parabolice și este un pic ca să te joci cu lupa, care este familiară tuturor încă din copilărie. Lumina trece prin lentilă, adunându-se la un moment dat. Dacă puneți o bucată de hârtie în acest loc, se va aprinde, deoarece temperatura razelor de soare încrucișate este incredibil de ridicată. O oglindă parabolică este un disc concav care seamănă cu un castron de mică adâncime. Această oglindă, spre deosebire de lupă, nu transmite, ci reflectă lumina soarelui, colectând-o la un moment dat, care este de obicei îndreptată către o țeavă neagră cu apă. Această culoare este folosită pentru că absoarbe cel mai bine lumina. Apa din conductă este încălzită de lumina soarelui și poate fi folosită pentru a genera energie electrică sau pentru a încălzi case mici.
Incalzitor plat
Această metodă foloseșteun sistem complet diferit. Receptorul de energie solară arată ca o structură multistrat. Principiul funcționării sale arată astfel.
Trecând prin sticlă, razele lovesc metalul întunecat, care, după cum știți, absoarbe mai bine lumina. Radiația solară se transformă în energie termică și încălzește apa, care se află sub placa de fier. În plus, totul se întâmplă ca în prima metodă. Apa încălzită poate fi folosită fie pentru încălzirea spațiilor, fie pentru generarea de energie electrică. Adevărat, eficacitatea acestei metode nu este suficient de mare pentru a fi folosită peste tot.
De regulă, energia solară obținută în acest fel este căldura. Pentru a genera energie electrică, a treia metodă este mult mai des folosită.
Celule solare
Cel mai mult, suntem familiarizați cu acest mod de a obține energie. Presupune folosirea diverselor baterii sau panouri solare, care se gasesc pe acoperisurile multor case moderne. Această metodă este mai complicată decât cea descrisă anterior, dar este mult mai promițătoare. El este cel care face posibilă transformarea energiei solare în electricitate la scară industrială.
Panourile speciale concepute pentru a capta razele sunt realizate din cristale de siliciu îmbogățite. Lumina soarelui, căzând asupra lor, scoate electronul din orbită. Un altul se străduiește imediat să-i ia locul, astfel se obține un lanț în mișcare continuă, care creează un curent. Dacă este necesar, este utilizat imediat pentru a furniza dispozitive sau acumulat în formăelectricitate în baterii speciale.
Popularitatea acestei metode este justificată de faptul că vă permite să obțineți mai mult de 120 de wați de la doar un metru pătrat de panouri solare. În același timp, panourile au o grosime relativ mică, ceea ce le permite să fie amplasate aproape oriunde.
Tipuri de panouri din silicon
Există mai multe tipuri de celule solare. Primele sunt realizate din siliciu monocristal. Eficiența lor este de aproximativ 15%. Aceste panouri solare sunt cele mai scumpe.
Eficiența elementelor din siliciu policristalin ajunge la 11%. Costă mai puțin, deoarece materialul pentru ei este obținut folosind o tehnologie simplificată. Al treilea tip este cel mai economic și are o eficiență minimă. Acestea sunt panouri din siliciu amorf, adică necristalin. Pe lângă eficiența scăzută, au un alt dezavantaj semnificativ - fragilitatea.
Unii producători folosesc ambele părți ale panoului solar pentru a crește eficiența - în spate și în față. Acest lucru vă permite să captați lumina în volume mari și crește cantitatea de energie primită cu 15-20%.
Producători interni
Energia solară de pe Pământ devine din ce în ce mai răspândită. Chiar și la noi, ei sunt interesați să studieze această industrie. În ciuda faptului că dezvoltarea energiei alternative nu este foarte activă în Rusia, s-a obținut un anumit succes. În prezent, mai multe organizații sunt angajate în crearea de panouri pentru energie solară - în principalinstitute științifice din diverse domenii și fabrici pentru producția de echipamente electrice.
- NPF „Kvark”.
- Uzina mecanică OJSC Kovrov.
- Institutul rusesc de cercetare pentru electrificarea agriculturii.
- ONG Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC „Uzina Ryazan de dispozitive metalo-ceramice”.
- JSC Pravdinsky Uzina pilot de surse de energie Pozit.
Aceasta este doar o mică parte a întreprinderilor implicate activ în dezvoltarea energiei alternative în Rusia.
Impactul asupra mediului
Respingerea surselor de energie a cărbunelui și petrolului este legată nu numai de faptul că aceste resurse se vor epuiza mai devreme sau mai târziu. Faptul este că dăunează foarte mult mediului - poluează solul, aerul și apa, contribuie la dezvoltarea bolilor la oameni și reduc imunitatea. De aceea sursele alternative de energie trebuie să fie ecologice.
Siliciul, care este folosit la fabricarea celulelor fotovoltaice, este în sine sigur deoarece este un material natural. Dar după curățare, rămân deșeuri. Acestea sunt cele care pot dăuna oamenilor și mediului dacă sunt utilizate necorespunzător.
În plus, într-o zonă complet umplută cu panouri solare, iluminatul natural poate fi întrerupt. Acest lucru va duce la schimbări în ecosistemul existent. Dar, în general, impactul asupra mediului al dispozitivelor concepute pentru a converti energia solară este minim.
Economie
Cele mai mari costuri pentru producția de panouri solare sunt asociate cu costul ridicat al materiilor prime. După cum am aflat deja, panourile speciale sunt create folosind siliciu. În ciuda faptului că acest mineral este larg distribuit în natură, există mari probleme asociate cu extracția lui. Cert este că siliciul, care reprezintă mai mult de un sfert din masa scoarței terestre, nu este potrivit pentru producerea de celule solare. În aceste scopuri este potrivit doar cel mai pur material obținut printr-o metodă industrială. Din păcate, obținerea celui mai pur siliciu din nisip este extrem de problematică.
Prețul acestei resurse este comparabil cu uraniul folosit în centralele nucleare. De aceea, costul panourilor solare rămâne în prezent la un nivel destul de ridicat.
Tehnologii moderne
Primele încercări de a îmblânzi energia solară au apărut cu mult timp în urmă. De atunci, mulți oameni de știință s-au implicat activ în căutarea celor mai eficiente echipamente. Ar trebui să fie nu numai rentabil, ci și compact. Eficiența sa ar trebui să se străduiască la maximum.
Primii pași către un dispozitiv ideal pentru recepția și transformarea energiei solare au fost făcuți odată cu inventarea bateriilor cu siliciu. Desigur, prețul este destul de mare, dar panourile pot fi amplasate pe acoperișurile și pereții caselor, unde nu vor deranja pe nimeni. Și eficiența unor astfel de baterii este incontestabilă.
Dar cea mai bună modalitate de a crește popularitatea energiei solare este să o faci mai ieftină. Oamenii de știință germani au propus deja înlocuirea siliciului cu fibre sintetice care pot fi integratețesătură sau alte materiale. Eficiența unei astfel de baterii solare nu este foarte mare. Dar o cămașă presărată cu fibre sintetice poate furniza cel puțin energie electrică unui smartphone sau player. De asemenea, se lucrează în mod activ în domeniul nanotehnologiei. Este probabil ca acestea să permită soarelui să devină cea mai populară sursă de energie în acest secol. Specialiștii Scates AS din Norvegia au declarat deja că nanotehnologia va reduce costul panourilor solare de 2 ori.
Energie solară pentru casă
Locuința autonomă este un vis al multora: fără dependență de încălzirea centralizată, fără probleme cu plata facturilor și fără daune mediului. Deja, multe țări construiesc în mod activ locuințe care consumă doar energie obținută din surse alternative. Un exemplu izbitor este așa-numita casă solară.
În timpul procesului de construcție, va necesita mai multe investiții decât cea tradițională. Dar după câțiva ani de funcționare, toate costurile se vor plăti - nu va trebui să plătiți pentru încălzire, apă caldă și electricitate. Într-o casă solară, toate aceste comunicații sunt legate de panouri fotovoltaice speciale amplasate pe acoperiș. Mai mult decât atât, resursele energetice obținute în acest fel nu sunt doar cheltuite pentru nevoile curente, ci și acumulate pentru a fi utilizate pe timp de noapte și pe vreme înnorată.
În prezent, construcția unor astfel de case se realizează nu numai în țările apropiate de ecuator, unde se obține cel mai ușor energie solară. De asemenea, sunt ridicate înCanada, Finlanda și Suedia.
Pro și contra
Dezvoltarea tehnologiilor care permit utilizarea energiei solare peste tot ar putea fi mai activă. Dar există anumite motive pentru care acest lucru nu este încă o prioritate. După cum am spus mai sus, în timpul producției de panouri se produc substanțe nocive pentru mediu. În plus, echipamentul finit conține galiu, arsenic, cadmiu și plumb.
Nevoia de a recicla panourile fotovoltaice ridică, de asemenea, multe întrebări. După 50 de ani de funcționare, acestea vor deveni inutilizabile și vor trebui distruse cumva. Va provoca naturi un rău enorm? De asemenea, merită luat în considerare faptul că energia solară este o resursă volubilă, a cărei eficiență depinde de momentul zilei și de vreme. Și acesta este un dezavantaj semnificativ.
Dar, desigur, există plusuri. Energia solară poate fi extrasă aproape oriunde pe Pământ, iar echipamentul pentru producerea și transformarea acesteia poate fi suficient de mic pentru a încăpea pe spatele unui smartphone. Mai important, este o resursă regenerabilă, adică cantitatea de energie solară va rămâne neschimbată cel puțin încă o mie de ani.
Perspective
Dezvoltarea tehnologiilor în domeniul energiei solare ar trebui să conducă la o reducere a costului de creare a elementelor. Apar deja panouri de sticlă care pot fi instalate pe ferestre. Dezvoltarea nanotehnologiei a făcut posibilă inventarea unei vopsea care va fi pulverizată pe panouri solare și poate înlocui stratul de siliciu. Dacă costul energiei solare scade într-adevăr de câteva ori, popularitatea acesteia va crește și ea de multe ori.
Crearea de panouri mici pentru uz individual va permite oamenilor să folosească energia solară în orice mediu - acasă, în mașină sau chiar în afara orașului. Datorită distribuției lor, sarcina pe rețeaua electrică centralizată va scădea, deoarece oamenii vor putea încărca ei înșiși dispozitivele electronice mici.
Experții
Shell consideră că până în 2040 aproximativ jumătate din energia lumii va fi generată din resurse regenerabile. Deja acum în Germania, consumul de energie solară este în creștere activă, iar puterea bateriei este de peste 35 Gigawați. Japonia dezvoltă în mod activ această industrie. Aceste două țări sunt liderii în consumul de energie solară din lume. Este posibil ca Statele Unite să li se alăture în curând.
Alte surse alternative de energie
Oamenii de știință nu încetează să se încurce cu privire la ce altceva poate fi folosit pentru a genera electricitate sau căldură. Iată exemple ale celor mai promițătoare surse alternative de energie.
Morile de vânt pot fi găsite acum în aproape orice țară. Chiar și pe străzile multor orașe rusești sunt instalate felinare care se asigură cu energie electrică din energia eoliană. Cu siguranță costul lor este mai mare decât media, dar în timp vor compensa această diferență.
Cu destul de mult timp în urmă, a fost inventată o tehnologie care vă permite să obțineți energie folosinddiferența de temperatură a apei la suprafața oceanului și la adâncime. China urmează să dezvolte în mod activ această direcție. În următorii ani, în largul coastei Regatului de Mijloc, vor construi cea mai mare centrală electrică care operează cu această tehnologie. Există și alte moduri de a folosi marea. De exemplu, în Australia intenționează să creeze o centrală electrică care să genereze energie din forța curenților.
Există multe alte moduri de a genera electricitate sau căldură. Dar pe fondul multor alte opțiuni, energia solară este într-adevăr o direcție promițătoare în dezvoltarea științei.
