Viime vuosina tiedemiehet ovat olleet erityisen kiinnostuneita vaihtoehtoisista energialähteistä. Öljy ja kaasu loppuvat ennemmin tai myöhemmin, joten meidän on mietittävä, miten selviämme tästä tilanteesta nyt. Tuulimyllyjä käytetään aktiivisesti Euroopassa, joku yrittää saada energiaa v altamerestä, ja puhumme aurinkoenergiasta. Loppujen lopuksi tähti, jonka näemme melkein päivittäin taivaalla, voi auttaa meitä säästämään uusiutumattomia luonnonvaroja ja parantamaan ympäristöä. Auringon arvoa maapallolle on vaikea yliarvioida - se antaa lämpöä, valoa ja mahdollistaa kaiken planeetan elämän. Mikset siis keksi sille muuta käyttöä?
Hieman historiaa
1800-luvun puolivälissä fyysikko Alexander Edmond Becquerel löysi aurinkosähköilmiön. Ja vuosisadan loppuun mennessä Charles Fritts loi ensimmäisen laitteen, joka pystyi muuttamaan aurinkoenergian sähköksi. Tätä varten käytettiin ohuella kultakerroksella päällystettyä seleeniä. Vaikutus oli heikko, mutta tämä keksintö liittyy usein aurinkoenergian aikakauden alkuun. Jotkut tutkijat eivät ole samaa mieltä tästä sanamuodosta. He kutsuvat aurinkoenergian aikakauden perustajaksi maailmankuulua tiedemiestä Albert Einsteinia. Vuonna 1921vuonna hän sai Nobel-palkinnon ulkoisen valosähköilmiön lakien selittämisestä.
Näyttää siltä, että aurinkoenergia on lupaava tapa kehittää. Mutta sen pääsylle jokaiseen kotiin on monia esteitä - pääasiassa taloudellisia ja ympäristöllisiä. Mistä aurinkopaneelit maksavat, mitä haittaa ne voivat aiheuttaa ympäristölle ja mitä muita tapoja tuottaa energiaa, selvitetään alla.
Säästökeinot
Auringon energian kesyttämiseen liittyvä kiireellisin tehtävä ei ole vain sen vastaanottaminen, vaan myös sen kerääminen. Ja se on vaikeinta. Tällä hetkellä tiedemiehet ovat kehittäneet vain 3 tapaa kesyttää aurinkoenergiaa täysin.
Ensimmäinen perustuu parabolisen peilin käyttöön ja on vähän kuin suurennuslasilla leikkimistä, joka on tuttu kaikille lapsuudesta asti. Valo kulkee linssin läpi ja kerääntyy yhteen pisteeseen. Jos laitat paperin tähän paikkaan, se syttyy, koska ristikkäisten auringonsäteiden lämpötila on uskomattoman korkea. Parabolinen peili on kovera kiekko, joka muistuttaa matalaa kulhoa. Tämä peili, toisin kuin suurennuslasi, ei läpäise, vaan heijastaa auringonvaloa, kerääen sen yhteen pisteeseen, joka yleensä suunnataan mustaan putkeen vedellä. Tätä väriä käytetään, koska se imee parhaiten valoa. Putken vesi lämmitetään auringonvalolla ja sitä voidaan käyttää sähkön tuottamiseen tai pientalojen lämmittämiseen.
Tasainen lämmitin
Tämä menetelmä käyttäätäysin erilainen järjestelmä. Aurinkoenergian vastaanotin näyttää monikerroksiselta rakenteelta. Sen toimintaperiaate näyttää tältä.
Lasin läpi kulkiessaan säteet osuvat tummuneeseen metalliin, joka, kuten tiedätte, imee valoa paremmin. Auringon säteily muuttuu lämpöenergiaksi ja lämmittää rautalevyn alla olevan veden. Lisäksi kaikki tapahtuu kuten ensimmäisessä menetelmässä. Lämmitettyä vettä voidaan käyttää joko tilan lämmitykseen tai sähköenergian tuottamiseen. Totta, tämän menetelmän tehokkuus ei ole tarpeeksi korkea käytettäväksi kaikkialla.
Tällä tavalla saatu aurinkoenergia on pääsääntöisesti lämpöä. Sähkön tuottamiseen käytetään paljon useammin kolmatta menetelmää.
Aurinkokennot
Ennen kaikkea tunnemme tämän tavan saada energiaa. Siinä käytetään erilaisia akkuja tai aurinkopaneeleja, joita löytyy monien nykyaikaisten talojen katoilta. Tämä menetelmä on monimutkaisempi kuin aiemmin kuvattu, mutta paljon lupaavampi. Hän on se, joka mahdollistaa aurinkoenergian muuntamisen sähköksi teollisessa mittakaavassa.
Erikoispaneelit, jotka on suunniteltu sieppaamaan säteitä, on valmistettu rikastetuista piikiteistä. Niiden päälle putoava auringonvalo syrjäyttää elektronin kiertorad alta. Toinen pyrkii heti tilalle, jolloin saadaan jatkuva liikkuva ketju, joka muodostaa virran. Tarvittaessa sitä käytetään välittömästi laitteiden toimittamiseen tai kertyy muotoonsähköä erikoisakuissa.
Tämän menetelmän suosio perustellaan sillä, että sen avulla voit saada yli 120 wattia vain yhdestä neliömetristä aurinkopaneeleja. Samalla paneelien paksuus on suhteellisen pieni, joten ne voidaan sijoittaa melkein minne tahansa.
Piipaneelityypit
Aurinkokennoja on useita tyyppejä. Ensimmäiset valmistetaan yksikiteisestä piistä. Niiden tehokkuus on noin 15 %. Nämä aurinkopaneelit ovat kalleimpia.
Monikiteisestä piistä valmistettujen elementtien hyötysuhde on 11 %. Ne maksavat vähemmän, koska niiden materiaali saadaan yksinkertaistetulla tekniikalla. Kolmas tyyppi on taloudellisin ja sen tehokkuus on pieni. Nämä ovat paneelit, jotka on valmistettu amorfisesta piistä, eli ei-kiteisiä. Alhaisen tehokkuuden lisäksi niillä on toinen merkittävä haittapuoli - hauraus.
Jotkin valmistajat käyttävät aurinkopaneelin molempia puolia tehokkuuden lisäämiseen – takana ja edessä. Tämän avulla voit siepata valoa suuria määriä ja lisää vastaanotettavan energian määrää 15-20 %.
Kotimaiset tuottajat
Aurinkoenergia maan päällä on yleistymässä. Jopa maassamme he ovat kiinnostuneita opiskelemaan tätä alaa. Huolimatta siitä, että vaihtoehtoisen energian kehittäminen ei ole kovin aktiivista Venäjällä, jonkin verran menestystä on saavutettu. Tällä hetkellä useat organisaatiot harjoittavat aurinkoenergiapaneelien luomista - pääasiassaeri alojen tieteelliset laitokset ja tehtaat sähkölaitteiden tuotantoa varten.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrovin mekaaninen tehdas.
- Koko Venäjän maatalouden sähköistyksen tutkimuslaitos.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazanin metallikeraamisten laitteiden tehdas".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Tämä on vain pieni osa yrityksistä, jotka ovat aktiivisesti mukana vaihtoehtoisen energian kehittämisessä Venäjällä.
Ympäristövaikutukset
Hiilen ja öljyn energialähteiden hylkääminen ei liity pelkästään siihen, että nämä resurssit loppuvat ennemmin tai myöhemmin. Tosiasia on, että ne vahingoittavat suuresti ympäristöä - ne saastuttavat maaperää, ilmaa ja vettä, edistävät ihmisten sairauksien kehittymistä ja heikentävät immuniteettia. Siksi vaihtoehtoisten energialähteiden on oltava ympäristöystävällisiä.
Pii, jota käytetään aurinkokennojen valmistukseen, on itsessään turvallista, koska se on luonnonmateriaalia. Mutta puhdistuksen jälkeen jätettä jää jäljelle. Ne voivat vahingoittaa ihmisiä ja ympäristöä, jos niitä käytetään väärin.
Lisäksi alueella, joka on täysin täynnä aurinkopaneeleja, luonnonvalo saattaa häiriintyä. Tämä johtaa muutoksiin nykyisessä ekosysteemissä. Mutta yleisesti ottaen aurinkoenergian muuntamiseen suunniteltujen laitteiden ympäristövaikutukset ovat minimaaliset.
Talous
Aurinkopaneelien tuotannon suurimmat kustannukset liittyvät raaka-aineiden korkeisiin kustannuksiin. Kuten olemme jo havainneet, erityiset paneelit luodaan silikonilla. Huolimatta siitä, että tämä mineraali on laaj alti levinnyt luonnossa, sen louhintaan liittyy suuria ongelmia. Tosiasia on, että pii, joka muodostaa yli neljänneksen maankuoren massasta, ei sovellu aurinkokennojen valmistukseen. Näihin tarkoituksiin vain puhtain teollisella menetelmällä saatu materiaali on sopiva. Valitettavasti puhtaimman piin saaminen hiekasta on erittäin ongelmallista.
Tämän resurssin hinta on verrattavissa ydinvoimaloissa käytettävään uraaniin. Siksi aurinkopaneelien hinta on tällä hetkellä melko korkealla tasolla.
Modernit tekniikat
Ensimmäiset yritykset kesyttää aurinkoenergiaa ilmestyivät kauan sitten. Siitä lähtien monet tutkijat ovat olleet aktiivisesti mukana tehokkaimpien laitteiden etsimisessä. Sen ei pitäisi olla vain kustannustehokas, vaan myös kompakti. Sen tehokkuuden tulisi pyrkiä maksimiin.
Ensimmäiset askeleet kohti ihanteellista laitetta aurinkoenergian vastaanottamiseen ja muuntamiseen otettiin piiakkujen keksinnöllä. Hinta on tietysti melko korkea, mutta paneelit voidaan sijoittaa talojen katoille ja seinille, missä ne eivät häiritse ketään. Ja tällaisten akkujen tehokkuus on kiistaton.
Mutta paras tapa lisätä aurinkoenergian suosiota on tehdä siitä halvempaa. Saksalaiset tutkijat ovat jo ehdottaneet piin korvaamista synteettisillä kuiduilla, jotka voidaan integroidakangasta tai muita materiaaleja. Tällaisen aurinkopariston hyötysuhde ei ole kovin korkea. Mutta synteettisten kuitujen välissä oleva paita voi tarjota sähköä ainakin älypuhelimelle tai soittimelle. Myös nanoteknologian alalla tehdään aktiivisesti työtä. On todennäköistä, että auringosta tulee tämän vuosisadan suosituin energianlähde. Scates AS:n norjalaiset asiantuntijat ovat jo todenneet, että nanoteknologia alentaa aurinkopaneelien kustannuksia kaksinkertaiseksi.
Aurinkoenergiaa kotiin
Omavarainen asuminen on monien unelma: ei riippuvuutta keskitetystä lämmityksestä, ei laskujen maksamiseen liittyviä ongelmia eikä ympäristölle aiheudu haittaa. Jo nyt monet maat rakentavat aktiivisesti asuntoja, jotka kuluttavat vain vaihtoehtoisista lähteistä saatua energiaa. Silmiinpistävä esimerkki on niin kutsuttu aurinkotalo.
Rakennusprosessin aikana se vaatii enemmän investointeja kuin perinteinen. Mutta usean vuoden käytön jälkeen kaikki kustannukset maksavat itsensä takaisin - sinun ei tarvitse maksaa lämmityksestä, kuumasta vedestä ja sähköstä. Aurinkotalossa kaikki nämä kommunikaatiot on sidottu kattoon sijoitettuihin erityisiin aurinkopaneeleihin. Lisäksi tällä tavalla saatuja energiavaroja ei kuluteta vain tämänhetkisiin tarpeisiin, vaan ne myös kertyvät käytettäväksi yöllä ja pilvisellä säällä.
Tällä hetkellä tällaisten talojen rakentaminen ei tapahdu vain päiväntasaajan lähellä sijaitsevissa maissa, joissa aurinkoenergiaa on helpoin saada. Ne on myös pystytetty sisäänKanada, Suomi ja Ruotsi.
Hyvät ja huonot puolet
Aurinkoenergian käytön mahdollistavien teknologioiden kehittäminen kaikkialla voisi olla aktiivisempaa. Mutta on tiettyjä syitä, miksi tämä ei vieläkään ole prioriteetti. Kuten edellä totesimme, paneelien valmistuksen aikana syntyy ympäristölle haitallisia aineita. Lisäksi valmiit laitteet sisältävät galliumia, arseenia, kadmiumia ja lyijyä.
Aurinkosähköpaneelien kierrätystarve herättää myös monia kysymyksiä. 50 vuoden käytön jälkeen niistä tulee käyttökelvottomia ja ne on tuhottava jotenkin. Aiheuttaako se v altavaa vahinkoa luonnolle? On myös syytä ottaa huomioon, että aurinkoenergia on epävakaa luonnonvara, jonka tehokkuus riippuu vuorokaudenajasta ja säästä. Ja tämä on merkittävä haittapuoli.
Mutta tietysti plussaakin on. Aurinkoenergiaa voidaan louhia lähes kaikkialla maapallolla, ja sen tuottamiseen ja muuntamiseen tarvittavat laitteet voivat olla tarpeeksi pieniä mahtumaan älypuhelimen takaosaan. Vielä tärkeämpää on, että kyseessä on uusiutuva luonnonvara, eli aurinkoenergian määrä pysyy muuttumattomana vielä ainakin tuhat vuotta.
Näkymät
Teknologioiden kehittämisen aurinkoenergian alalla pitäisi johtaa elementtien luomiskustannusten alenemiseen. Ikkunoihin asennettavia lasipaneeleja on jo ilmestymässä. Nanoteknologian kehitys on mahdollistanut maalin, joka ruiskutetaan aurinkopaneeleille ja joka voi korvata piikerroksen. Jos aurinkoenergian hinta todella putoaa useita kertoja, myös sen suosio kasvaa moninkertaiseksi.
Pienten paneelien luominen yksilölliseen käyttöön antaa ihmisille mahdollisuuden käyttää aurinkoenergiaa missä tahansa ympäristössä - kotona, autossa tai jopa kaupungin ulkopuolella. Niiden jakelun ansiosta keskitetyn sähköverkon kuormitus pienenee, koska ihmiset voivat ladata pienelektroniikkaa itse.
Shellin asiantuntijat uskovat, että vuoteen 2040 mennessä noin puolet maailman energiasta tuotetaan uusiutuvista luonnonvaroista. Jo nyt Saksassa aurinkoenergian kulutus kasvaa aktiivisesti ja akun teho on yli 35 gigawattia. Myös Japani kehittää aktiivisesti tätä alaa. Nämä kaksi maata ovat aurinkoenergian kulutuksen johtajia maailmassa. Yhdysvallat liittyy todennäköisesti niihin pian.
Muut vaihtoehtoiset energialähteet
Tutkijat eivät lakkaa pohtimasta sitä, mitä muuta voidaan käyttää sähkön tai lämmön tuottamiseen. Tässä on esimerkkejä lupaavimmista vaihtoehtoisista energialähteistä.
Tuulivoimaloita löytyy nyt melkein mistä tahansa maasta. Jopa monien Venäjän kaupunkien kaduille asennetaan lyhtyjä, jotka tarjoavat itselleen sähköä tuulienergiasta. Varmasti niiden kustannukset ovat keskimääräistä korkeammat, mutta ajan myötä ne korvaavat tämän eron.
Melko kauan sitten keksittiin tekniikka, jonka avulla voit saada energiaaveden lämpötilaerot v altameren pinnalla ja syvyydessä. Kiina aikoo aktiivisesti kehittää tätä suuntaa. Lähivuosina Keski-Britannian rannikolle rakennetaan suurin tällä tekniikalla toimiva voimalaitos. On muitakin tapoja käyttää merta. Esimerkiksi Australiaan aiotaan perustaa voimalaitos, joka tuottaa energiaa virtojen voimalla.
On monia muita tapoja tuottaa sähköä tai lämpöä. Mutta monien muiden vaihtoehtojen taustalla aurinkoenergia on todella lupaava suunta tieteen kehityksessä.
