Energia solară este ... Folosirea panourilor solare

În ultimii ani, oamenii de știință sunt interesați în special de sursele alternative de energie. Petrolul și gazele se vor termina mai devreme sau mai târziu, așa că trebuie să ne gândim cum vom supraviețui acum în această situație. În Europa, turbinele eoliene sunt utilizate în mod activ, cineva încearcă să extragă energia din ocean și vom vorbi despre energia solară. La urma urmei, steaua, pe care o vedem aproape în fiecare zi pe cer, ne poate ajuta să salvăm resurse neregenerabile

Un pic de istorie

În secolul al XIX-lea, fizicianul Alexander Edmond Becquerel a descoperit efectul fotovoltaic. Și până la sfârșitul secolului, Charles Fritz a creat primul dispozitiv capabil să transforme energia solară în energie electrică. Pentru aceasta, seleniul, acoperit cu un strat subțire de aur, a fost folosit. Efectul a fost slab, dar această invenție este deseori asociată cu începutul erei energiei solare. Unii savanți nu sunt de acord cu această formulă. Ei numesc strămoșul epocă a energiei solare, renumitul om de știință Albert Einstein. În 1921 a primit Premiul Nobel pentru explicarea legilor efectului fotoelectric extern.

Se pare că energia solară este o modalitate promițătoare de dezvoltare. Dar există multe obstacole pentru a intra în fiecare casă - în special economică și de mediu. Ce reprezintă costul panourilor solare, ce dăunează mediului înconjurător și ce alte mijloace de obținere a energiei sunt, vom afla mai jos.

Modalități de acumulare

Cea mai urgentă sarcină legată de domesticirea energiei solare nu este numai recepția, ci și acumularea. Și acesta este cel mai dificil. În prezent, oamenii de știință au dezvoltat doar 3 moduri de a îmbogăți pe deplin energia solară.

Primul se bazează pe utilizarea unei oglinzi parabolice și este un pic cam ca un joc cu o lupă, pe care toată lumea o cunoaște din copilărie. Prin lentilă, lumina trece, se adună la un moment dat. Dacă puneți o bucată de hârtie în acest loc, se va aprinde, deoarece temperatura razelor soarelui încrucișate este incredibil de ridicată. Oglinda parabolică este un disc concav, care seamănă cu un vas de mică adâncime. Această oglindă, spre deosebire de o lupă, nu permite să treacă, ci reflectă lumina soarelui, colectându-l la un moment dat, care este, de obicei, îndreptată spre o țeavă neagră cu apă. Această culoare este utilizată deoarece absoarbe cel mai bine lumina. Apă în conducta de sub acțiune lumina soarelui încălzită și poate fi utilizată pentru electricitate sau pentru încălzirea caselor mici.

Încălzire independentă

În această metodă se utilizează un sistem complet diferit. Receptorul de energie solară arată ca o construcție cu mai multe straturi. Principiul muncii sale este după cum urmează.

Trecând prin geam, razele cad pe un metal întunecat, care, după cum se știe, absoarbe mai bine lumina. Radiația solară este transformată în energia termică și încălzesc apa care se află sub placa de fier. Apoi totul se întâmplă ca și în prima metodă. Apa încălzită poate fi utilizată fie pentru încălzirea încăperilor, fie pentru generarea energiei electrice. Adevărat, eficacitatea unei astfel de metode nu este atât de mare încât să o folosească universal.

De regulă, energia solară obținută în acest fel este căldură. Pentru a obține electricitate, utilizați mai des a treia metodă.

Celule solare

Mai presus de toate, suntem familiarizați cu acest mod de a obține energie. Aceasta implică utilizarea de baterii sau panouri solare diferite, care se găsesc pe acoperișurile 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 soarelui în energie electrică la scară industrială.

Panourile speciale concepute pentru a capta razele sunt realizate din cristale de siliciu îmbogățit. Lumina soarelui, prins pe ele, lovește un electron din orbită. În locul său se caută imediat un altul, astfel că se obține un lanț mobil continuu, care creează un curent. Dacă este necesar, se utilizează imediat pentru a furniza dispozitive sau se acumulează sub formă de energie electrică 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 baterie solară. În același timp, panourile au o grosime relativ mică, ceea ce le permite să fie amplasate aproape peste tot.

Tipuri de panouri de siliciu

Există mai multe tipuri panouri solare. Primele au fost realizate folosind siliciu monocristal. Eficiența lor este de aproximativ 15%. Astfel de panouri solare sunt cele mai scumpe.

Eficiența elementelor din siliciu policristalin ajunge la 11%. Ele costă mai puțin, deoarece materialul pentru ele este obținut printr-o tehnologie simplificată. Al treilea tip este cel mai economic și are cea mai mică eficiență. Acestea sunt panouri de siliciu amorf, adică non-cristaline. Pe lângă eficiența redusă, au un alt dezavantaj semnificativ - fragilitatea.

Unii producători folosesc ambele fețe ale panoului solar, din spate și din față, pentru a crește eficiența. Acest lucru vă permite să captați lumină în volume mari și crește cantitatea de energie primită cu 15-20%.

Producători interni

Energia solară de pe Pământ este din ce în ce mai răspândită. Chiar și în țara noastră suntem interesați să studiem această industrie. În ciuda faptului că în Rusia dezvoltarea energiei alternative nu este foarte activă, s-au obținut unele succese. În prezent, mai multe organizații sunt implicate în crearea panourilor solare, în principal institute științifice de diferite orientări și fabrici pentru producerea de echipamente electrice.

1. NPF "Quark".
2. OAO Kovrov Mecanică.
3. Institutul de cercetare al agriculturii din toată Rusia.
4. NPO de inginerie mecanică.
5. SA VIENN.
6. Societatea Deschisă "fabrica Ryazan spintecă dispozitive metalice".
7. AOOT Pravdinsky instalație pilot de surse curente "Posit".

Aceasta este doar o mică parte a întreprinderilor care participă activ la dezvoltarea energiei alternative în Rusia.

Impactul asupra mediului

Refuzul de la cărbune și de la sursele de petrol este legat nu numai de faptul că aceste resurse se vor termina mai devreme sau mai târziu. Faptul este că ele dăunează mediului - poluează solul, aerul și apa, promovează dezvoltarea bolilor la om și reduc imunitatea. De aceea, sursele alternative de energie ar trebui să fie ecologice.

Siliconul, utilizat pentru producerea de fotocelule, este sigur în sine, deoarece este un material natural. Dar după curățare, deșeurile rămân. Ele pot dăuna oamenilor și mediului dacă sunt utilizate în mod abuziv.

În plus, pe un amplasament complet închis de panouri solare, acesta poate fi întrerupt lumina naturala. 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 baterii solare asociate cu costul ridicat al materiilor prime. După cum am explicat deja, panourile speciale sunt create folosind siliciu. În ciuda faptului că acest mineral este larg distribuit în natură, problemele sale sunt asociate cu mari probleme. Faptul este că siliciul, care reprezintă mai mult de un sfert din masa crustă a pământului, nu este potrivit pentru producerea de celule solare. Pentru aceste scopuri este adecvat doar materialul cel mai pur obținut printr-o metodă industrială. Din păcate, obținerea celui mai pur siliciu din nisip este extrem de problematică.

La un preț, această resursă este comparabilă cu uraniul utilizat 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 se angajează activ în căutarea celui mai eficient echipament. Ar trebui să fie nu numai rentabilă, ci și compactă. Eficiența sa ar trebui să depună eforturi maxime.

Primii pași către un dispozitiv ideal pentru obținerea și conversia energiei solare au fost făcuți prin inventarea bateriilor de siliciu. Desigur, prețul este suficient de mare, dar panourile pot fi plasate pe acoperișuri și pereți de case, unde nu vor interfera cu nimeni. Iar eficiența acestor baterii este incontestabilă.

Dar cel mai bun mod de a crește popularitatea energiei solare este să-l facă mai ieftin. Cercetătorii germani au propus deja înlocuirea siliciului cu fibre sintetice care pot fi integrate în țesături sau alte materiale. Eficiența unei astfel de baterii solare nu este foarte mare. Dar cămașa cu impregnarea fibrelor sintetice poate, cel puțin, să furnizeze electricitate unui smartphone sau jucător. Lucrările sunt, de asemenea, desfășurate în mod activ în domeniul nanotehnologiei. Probabil, ele vor permite ca soarele să devină cea mai populară sursă de energie deja în acest secol. Specialiștii AS din Norvegia au declarat deja că nanotehnologia va permite reducerea costului panourilor solare de 2 ori.

Energie solară pentru casă

Mulți oameni cu siguranță visează despre locuințe pe care le va oferi în sine: nu există nici o dependență de încălzirea centralizată, dificultăți în plata facturilor și a daunelor asupra mediului. Deja în multe țări, locuințele sunt construite în mod activ, consumând doar energia primită din surse alternative. Un exemplu viu este așa-numita casă însorită.

În procesul de construcție, va necesita mai multe investiții decât cele tradiționale. Dar, după câțiva ani de funcționare, toate costurile vor fi plătite - nu trebuie să plătiți pentru încălzire, apă caldă și electricitate. Într-o casă solară, toate aceste comunicații sunt legate de panouri fotovoltaice speciale plasate pe acoperiș. Iar resursele energetice primite în acest mod nu sunt cheltuite doar pentru nevoile curente, ci se acumulează și pentru utilizare pe timp de noapte și în condiții meteo noroase.

În prezent, construcția unor astfel de case nu este numai în țările apropiate de ecuator, unde este cea mai ușoară cale de a obține energie solară. Ele sunt, de asemenea, construite în Canada, Finlanda și Suedia.

Pro și contra

Dezvoltarea de tehnologii care să permită utilizarea energiei solare pretutindeni ar putea fi mai activă. Dar există anumite motive pentru care acest lucru nu este încă o prioritate. Așa cum am spus deja, producția de panouri produce substanțe nocive pentru mediu. În plus, echipamentul finit conține galia, arsenul, cadmiul și plumbul în compoziția sa.

O mulțime de întrebări sunt cauzate de necesitatea de a recicla panourile fotovoltaice. După 50 de ani de muncă, ei vor deveni necorespunzători serviciului și vor trebui să fie cumva distruși. Acest lucru nu va face rău mare naturii? De asemenea, ar trebui să se țină seama de faptul că energia solară este o resursă non-permanentă, a cărei eficiență depinde de timpul zilei și de vreme. Și acesta este un dezavantaj semnificativ.

Dar sunt pluses, desigur. Energia solară poate fi extrasă aproape oriunde în lume, iar echipamentul pentru recepționarea și conversia acesteia poate fi atât de mic încât se potrivește pe spatele smartphone-ului. Ce este mai important, este o resursă regenerabilă, adică cantitatea de energie solară va rămâne neschimbată pentru cel puțin o mie de ani.

perspective

Dezvoltarea tehnologiilor în domeniul energiei solare ar trebui să conducă la scăderea costurilor pentru crearea elementelor. Deja există panouri de sticlă care pot fi instalate pe ferestre. Dezvoltarea nanotehnologiei a permis inventarea unei vopsele care ar fi pulverizat pe panouri solare și ar putea înlocui stratul de siliciu. Dacă costul energiei solare scade de mai multe ori, popularitatea sa va crește de multe ori.

Crearea panourilor mici pentru utilizare individuală va permite oamenilor în orice condiții să utilizeze energia solară - acasă, în mașină sau chiar în afara orașului. Datorită distribuției lor, sarcina asupra rețelelor de alimentare centralizată va scădea, deoarece oamenii pot încărca în mod independent electronice mici.

Experții Shell cred că până în 2040, aproximativ jumătate din energia mondială va fi generată din resurse regenerabile. Deja în Germania, consumul de energie solară crește rapid, iar capacitatea bateriei este mai mare de 35 de Gigawați. Japonia dezvoltă, de asemenea, în mod activ această industrie. Aceste două țări sunt liderii consumului de energie solară în lume. Probabil că în curând s-ar alătura Statele Unite.

Alte surse alternative de energie

Oamenii de stiinta nu inceteaza sa mai puzzoneasca ce altceva va puteti folosi pentru a obtine electricitate sau caldura. Să oferim exemple de surse alternative de energie cele mai promițătoare.

Moara de vânt poate fi găsită acum în aproape orice țară. Chiar și pe străzile multor orașe rusești, se instalează lanterne, care înseși furnizează electricitate datorită energiei eoliene. Cu siguranță, costul lor primar este mai mare decât media, dar cu timpul acestea vor compensa această diferență.

De mult timp a fost inventată o tehnologie care permite obținerea de energie utilizând diferența de temperatură a apei de la suprafața oceanului și la adâncime. China intenționează să dezvolte în mod activ această direcție. În următorii ani, lângă țărmurile Imperiului Ceresc, se va construi cea mai mare centrală care operează pe această tehnologie. Există și alte modalități de a folosi marea. De exemplu, în Australia intenționează să creeze o centrală electrică care generează energie din forța curenților.

Există multe alte modalități de a obține electricitate sau căldură. Dar, pe fondul multor alte opțiuni, energia solară este într-adevăr o direcție promițătoare pentru dezvoltarea științei.