Слънчевата енергия е ... Използвайки слънчеви панели

През последните години учените са особено заинтересовани от алтернативни източници на енергия. Нефтът и газта ще свършат рано или късно, затова трябва да помислим как ще оцелеем в тази ситуация сега. В Европа вятърните турбини се използват активно, някой се опитва да извлича енергия от океана и ние ще говорим за слънчевата енергия. В края на краищата звездата, която виждаме почти всеки ден в небето, може да ни помогне да спасим невъзобновяеми ресурси

Малко история

В средата на XIX в. Физикът Александър Едмънд Бекверел открива фотоволтаичния ефект. И до края на века Шарл Фриц създаде първото устройство, способно да преработва слънчевата енергия в електричество. За това се използва селен, покрит с тънък слой злато. Ефектът е слаб, но това изобретение често се свързва с началото на ерата на слънчевата енергия. Някои учени не са съгласни с тази формулировка. Те наричат ​​предшественика на ерата на слънчевата енергия световноизвестният учен Алберт Айнщайн. През 1921 г. получава Нобелова награда за обяснение на законите за външния фотоелектричен ефект.

Изглежда, че слънчевата енергия е обещаващ начин на развитие. Но има много пречки за влизането му във всяка къща - предимно икономическа и екологична. Какво прави цената на слънчевите панели, каква вреда могат да причинят на околната среда и какви други средства за получаване на енергия са, ще видим по-долу.

Начини на натрупване

Най-неотложната задача, свързана с опитомяването на слънчевата енергия, е не само приемането й, но и натрупването й. И това е най-трудното. Понастоящем учените са разработили само 3 начина за пълно оздравяване на слънчевата енергия.

Първото се основава на използването на параболично огледало и е малко като игра с лупа, която всеки знае от детството си. Чрез лещата преминава светлината и се събира в един момент. Ако поставите лист хартия на това място, то ще светне, тъй като температурата на преминаващите слънчеви лъчи е невероятно висока. Парабловото огледало е вдлъбнат диск, наподобяващ плитка купа. Това огледало, за разлика от лупа, не се пропуска, но отразява слънчевата светлина, събирайки го в една точка, която обикновено е насочена към черна тръба с вода. Този цвят се използва, защото абсорбира най-добре светлината. Водата в тръбата под действието слънчева светлина отоплява се и може да се използва за електричество или за отопление на малки къщи.

Плосък нагревател

При този метод се използва напълно различна система. Приемникът на слънчева енергия изглежда като многопластова конструкция. Принципът на работата му е както следва.

Преминавайки през стъклото, лъчите падат върху потъмнял метал, който, както е известно, поглъща по-добре светлината. Слънчевата радиация се трансформира топлинна енергия и загрява водата, която е под желязната плоча. Тогава всичко се случва както в първия метод. Отопляемата вода може да се използва или за отопление на стаи, или за генериране на електрическа енергия. Вярно е, че ефективността на такъв метод не е толкова висока, че да се използва универсално.

По правило получената по този начин слънчева енергия е топлинна. За да се получи електричество, по-често използвайте третия метод.

Слънчеви клетки

Преди всичко ние сме запознати с този начин на получаване на енергия. Това включва използването на различни батерии или слънчеви панели, които могат да бъдат намерени на покривите на много съвременни жилища. Този метод е по-сложен от описания по-рано, но е много по-обещаващ. Той е този, който прави възможно конвертирането на енергията на слънцето в електроенергия в промишлен мащаб.

Специалните панели, предназначени за улавяне на лъчите, са направени от обогатени силиконови кристали. Слънчевата светлина, навлизайки в тях, удря един електронен от орбита. На негово място веднага търси друга, като по този начин се получава непрекъсната мобилна верига, която създава ток. Ако е необходимо, той незабавно се използва за осигуряване на устройства или се натрупва под формата на електричество в специални батерии.

Популярността на този метод е оправдана от факта, че ви позволява да получите повече от 120 вата от само един квадратен метър от слънчевата батерия. В същото време панелите имат сравнително малка дебелина, което им позволява да бъдат разположени почти навсякъде.

Видове силиконови панели

Има няколко типа слънчеви панели. Първите бяха направени с помощта на монокристален силиций. Ефективността им е около 15%. Такива слънчеви панели са най-скъпи.

Ефективността на елементите, изработени от поликристален силиций, достига 11%. Те струват по-малко, защото материалът за тях се получава чрез опростена технология. Третият тип е най-икономичен и има най-ниска ефективност. Това са панели от аморфен силиций, т.е. некристални. В допълнение към ниската ефективност, те имат и друг значителен недостатък - уязвимост.

Някои производители използват двете страни на слънчевия панел, отзад и отпред, за да увеличат ефективността. Това ви позволява да заснемате светлина в големи обеми и да увеличавате получената енергия с 15-20%.

Домашни производители

Слънчевата енергия на Земята става все по-широко разпространена. Дори в нашата страна се интересуват от изучаване на тази индустрия. Въпреки факта, че в Русия развитието на алтернативната енергия не е много активно, някои успехи са постигнати. Понастоящем няколко организации са ангажирани в създаването на слънчеви панели, предимно научни институти с различни насоки и фабрики за производство на електрическо оборудване.

1. НПФ "Куарк".
2. Механичен завод ОАО Коров.
3. Все-руски изследователски институт по селскостопанска електрификация.
4. NPO на машиностроенето.
5. АД Виен.
6. Отворено общество ", фабриката" Рязан ", синтеровани метални изделия".
7. AOOT Pravdinsky пилотен завод на текущи източници "Posit".

Това е само малка част от предприятията, които активно участват в развитието на алтернативна енергия в Русия.

Въздействие върху околната среда

Отказът от въглищни и нефтени източници на енергия е свързан не само с факта, че тези ресурси ще бъдат прекратени рано или късно. Факт е, че те сериозно вредят на околната среда - замърсяват почвата, въздуха и водата, стимулират развитието на заболявания при хората и намаляват имунитета. Ето защо алтернативните източници на енергия трябва да бъдат екологично безопасни.

Силиконът, който се използва за производството на фотоклетки, е сам по себе си безопасен, защото е естествен материал. Но след почистване отпадъците остават. Те могат да навредят на хората и околната среда, ако бъдат използвани неправилно.

Освен това, на място, напълно затворено от слънчеви панели, то може да бъде нарушено естествено осветление. Това ще доведе до промени в съществуващата екосистема. Но като цяло влиянието върху околната среда на устройства, предназначени за преобразуване на слънчевата енергия, е минимално.

икономика

Най - големите разходи за производството на слънчеви батерии свързани с високата цена на суровините. Както вече обяснихме, специални панели се създават с помощта на силиций. Въпреки факта, че този минерал е широко разпространен в природата, проблемите му са свързани с големи проблеми. Факт е, че силиций, който представлява повече от една четвърт от масата на земната кора, не е подходящ за производството на слънчеви клетки. За тези цели е подходящ само най-чистият материал, получен по промишлен метод. За съжаление, получаването на най-чистия силиций от пясъка е изключително проблематично.

На цена този ресурс е сравним с уран, използван в атомните електроцентрали. Ето защо цената на слънчевите панели в момента остава на доста високо ниво.

Съвременни технологии

Първите опити за оздравяване на слънчевата енергия се появиха отдавна. Оттогава много учени са активно ангажирани с търсенето на най-ефективното оборудване. Тя трябва да бъде не само ефективна, но и компактна. Ефективността му трябва да се стреми максимално.

Първите стъпки към идеално устройство за получаване и преобразуване на слънчевата енергия бяха направени с изобретението на силиконови батерии. Разбира се, цената е достатъчно висока, но панелите могат да бъдат поставени на покривите и стените на къщите, където те няма да се намесват в никого. А ефективността на такива батерии е неоспорима.

Но най-добрият начин да увеличите популярността на слънчевата енергия е да я направите по-евтино. Германски учени вече са предложили заместването на силиций със синтетични влакна, които могат да бъдат интегрирани в тъкани или други материали. Ефективността на такава слънчева батерия не е много висока. Но ризата с импрегниране на синтетични влакна може поне да осигури електроенергия за смартфон или играч. Работата се извършва активно и в областта на нанотехнологиите. Вероятно те ще позволят на слънцето да се превърне в най-популярния източник на енергия още през този век. Специалистите от AS от Норвегия вече заявиха, че нанотехнологиите ще позволят намаляване на разходите за слънчеви панели с 2 пъти.

Слънчева енергия за дома

Много хора със сигурност сънуват жилища, които сами по себе си ще осигурят: няма зависимост от централизираното отопление, трудностите при плащането на сметки и вредните последици за околната среда. Вече в много страни активно се изгражда жилище, което консумира само енергия, получена от алтернативни източници. Яркият пример е така наречената слънчева къща.

В процеса на изграждане ще е необходимо повече инвестиции от традиционните. Но след няколко години работа всички разходи ще се изплатят - не трябва да плащате за отопление, топла вода и електричество. В една слънчева къща всички тези комуникации са свързани със специални фотоволтаични панели, поставени на покрива. Получените по този начин енергийни ресурси не само се изразходват за настоящи нужди, но и се натрупват за употреба през нощта и при облачно време.

Понастоящем изграждането на такива къщи е не само в страни, близки до екватора, където е най-лесният начин за получаване на слънчева енергия. Те също така се строят в Канада, Финландия и Швеция.

Плюсове и минуси

Разработването на технологии, които позволяват използването на слънчева енергия навсякъде, би могло да бъде по-активно. Но има някои причини, поради които това все още не е приоритет. Както вече казахме, производството на панели произвежда вредни вещества за околната среда. В допълнение, готовото оборудване съдържа в себе си галий, арсен, кадмий и олово.

Много въпроси са причинени от необходимостта от рециклиране на фотоволтаични панели. След 50 години работа ще станат неподходящи за служба и ще трябва да бъдат унищожени по някакъв начин. Това няма ли да причини голяма вреда на природата? Трябва също така да се има предвид, че слънчевата енергия е непостоянен ресурс, чиято ефективност зависи от времето и времето. И това е значителен недостатък.

Но има плюсове, разбира се. Слънчевата енергия може да се добива почти навсякъде по света, а оборудването за приемане и конвертиране може да бъде толкова малко, че да пасва на гърба на смартфона. Още по-важно е, че то е възобновяем ресурс, т.е. количеството слънчева енергия ще остане непроменено за още още хиляда години.

перспективи

Разработването на технологии в областта на слънчевата енергия трябва да доведе до по-ниски разходи за създаването на елементи. Вече има стъклени панели, които могат да бъдат монтирани на прозорците. Развитието на нанотехнологиите позволи измислянето на боя, която да се пръска върху слънчеви панели и да замести силиконовия слой. Ако цената на слънчевата енергия наистина намалява няколко пъти, нейната популярност също ще нараства многократно.

Създаването на малки панели за индивидуална употреба ще позволи на хората при всякакви условия да използват слънчева енергия - у дома, в колата или дори извън града. Поради тяхното разпределение натоварването на централизираните електрически мрежи ще намалее, тъй като хората могат да зареждат независимо малка електроника.

Специалистите от Shell смятат, че до 2040 г. около половината от световната енергия ще бъде генерирана от възобновяеми източници. Вече в Германия потреблението на слънчева енергия бързо се увеличава, а капацитетът на батерията е над 35 гигавата. Япония активно развива тази индустрия. Тези две страни са лидерите на потреблението на слънчева енергия в света. Вероятно скоро те ще се присъединят към Съединените щати.

Други алтернативни източници на енергия

Учените не престават да се замислят за това, какво друго можете да използвате, за да получите електричество или топлина. Нека да дадем примери за най-обещаващите алтернативни енергийни източници.

Вятърните мелници сега могат да бъдат намерени в почти всяка страна. Дори и по улиците на много руски градове, са инсталирани фенери, които сами си осигуряват електричество поради вятърната енергия. Със сигурност цената им е по-висока от средната, но с времето те ще компенсират тази разлика.

Отдавна е изобретена технология, която позволява да се получи енергия, използвайки разликата в температурата на водата на повърхността на океана и на дълбочина. Китай активно ще развива тази посока. През следващите години в близост до бреговете на Небесната империя ще построи най-голямата електроцентрала, която работи на тази технология. Има и други начини за използване на морето. Например в Австралия те планират да създадат електроцентрала, която генерира енергия от силата на течения.

Има много други начини да получите електричество или топлина. Но на фона на много други варианти, слънчевата енергия наистина е обещаваща посока за развитието на науката.