Енергията на бъдещето днес: Как работят слънчевите панели и хелиостатите?

реклама

Възобновяеми ресурси. Проблем е, с който се сблъскваме всеки ден, независимо дали го осъзнаваме или не. С всяка помпа на газова дръжка, с всяко натискане на ускорител на автомобила, с всяка тапа зарядни устройства за смартфони, ние консумираме гориво. И един ден това гориво ще изтече. Така че защо не използваме един източник на енергия, който няма да изтече - слънцето?

Слънцето е великолепна цялост. Тя осигурява на света достатъчно енергия, за да захранва цялата цивилизация. Единственият проблем е как да улавим и използваме тази енергия? Каква полза е куп свободна енергия, ако не можем да я превърнем в полезна среда? В това се крие проблемът и е много по-трудно да се реши, отколкото може да си представите.

“Чакай малко" ти каза, "ние имаме търговско слънчево електричество от 80-те години!„И бихте прав с това. Проблемът обаче не е в това как да преобразува слънчевата енергия в електричество. Вече знаем как да направим това - просто не на ниво, което може да се консумира масово. За да разберем границите на слънчевата енергия, трябва да знаем как работят слънчевите панели.

Затова се присъединете към мен, докато се ровя във вътрешната работа на слънчевата енергия. Нека разгледаме по-отблизо процеса на трансформиране на слънчевата светлина в жизнеспособен източник на гориво.

Слънчевата енергия започва, както бихте очаквали, със слънцето. Тази гигантска огнена топка, която виси в небето, е перфектният източник на енергия. За разлика от въглищата, слънцето не запушва атмосферата ни с въглероден диоксид. Той е лесно достъпен, така че не е нужно да ходим по сондажи по целия свят. Работата със слънчева енергия не представлява заплаха за хората (освен може би за случайните слънчеви изгаряния).

И най-вече - слънчевата енергия е безплатна. Освен изграждането на действителните рецептори и поддържането на оборудването, слънчевата енергия няма разходи, свързани с нея.

И така, как работи всичко?

Енергията е навсякъде около нас под различни форми. Светлината е енергия. Топлината е енергия. Движението е енергия. Тишината е (потенциална) енергия. Слънцето излъчва огромно количество светлина и нашата цел е да превърнем тази светлинна енергия в нещо, което можем да използваме, а именно електрическа енергия.

В повечето случаи, когато светлината удари предмет, тя се превръща в топлинна енергия. Помислете за последното си посещение на плажа. Докато седяхте на слънце, кожата ви се нажежаваше. Това е прост факт от живота, който всички ние преживяхме. Но съществуват определени материали, които превръщат светлината в енергии, различни от топлина. Силицият е един от тези материали.

Когато светлината удари силиций, тя не се разсейва като топлина. Вместо това електроните в молекулата на силиция прескачат движение, произвеждайки електрически ток. За да използвате силиция по този начин обаче, ви трябват големи силициеви кристали, които са достатъчно големи, за да произвеждат забележими количества електроенергия.

В по-старите версии на слънчевата технология са използвани силициеви кристали. Както се оказа, този метод на преобразуване на слънчевата светлина не беше много възможен, тъй като големите силициеви кристали са трудни за отглеждане. Когато нещо е трудно, цената на него остава висока. Ако цената остане висока, широкото използване става малко вероятно.

В днешно време соларната технология използва различен материал. Този нов материал е съставен от мед, индий, галий и селен и е подходящо наречен мед-индий-галий-селенид или CIGS. За разлика от силиция, кристалите, направени от CIGS, са по-малки и по-евтини, но са много по-неефективни от силиция при преобразуването на слънчевата светлина.

И точно тук сме днес. Слънчевата електроенергия представлява много малко от производството на енергия в света и това ще остане така, докато учените или да намерите нов материал, който да работи толкова добре, колкото силиций, или да откриете метод за евтино производство на голям силиций кристали.

Колкото и неефективни да са слънчевите панели в момента, има няколко метода, които се използват за подобряване на улавянето и съхранението на слънчева електроенергия. Един от начините е да използвате батерия, която съхранява енергията, позволяваща консумация, когато няма слънце - през нощта и през облачни дни. Друг начин е да използвате хелиостат.

Какво е хелиостат? Можете да мислите за това като голямо огледало (или много огледала), прикрепено към въртящ се стълб или платформа (или много стълбове и платформи). За разлика от слънчевите панели, хелиостатите не абсорбират директно слънцето; вместо това те използват огледала, за да пренасочват слънчевата светлина и я насочват към неподвижни слънчеви панели за абсорбция.

Хелиостатите се контролират предимно от компютрите. Тези компютри се подават определени части от данни (местоположението на хелиостата, местоположението на слънчевата енергия панел, час и дата) и данните се смазват, докато компютърът не може да изчисли положението на слънцето в небе. След като свърши, компютърът регулира ъгъла на огледалото, така че слънчевата светлина да отскочи от него и да удари целевия слънчев панел.

Най-голямото предимство на хелиостата е, че множество от тях могат да бъдат подредени така, че да бъдат насочени към един единствен слънчев рецептор. Докато обикновено слънчевият панел може да получи само малко покритие от слънчева светлина, подреждането на хелиостати може драстично да увеличи количеството на преобразуваната светлина.

Но дори и при хелиостатите, слънчевата енергия все още има дълъг път, преди да може да се използва в широко разпространен мащаб. Ако не беше проблемът на конвертиране действителната слънчева светлина, слънчевата енергия ще бъде най-възобновяемото, най-достъпното и най-здравословното за околната среда гориво за нашата цивилизация. Тоест, докато слънцето не избухне.

Кредит за изображение: Илюстрация на слънчеви панели чрез Shutterstock, Снимка на слънчевия панел чрез Shutterstock