Energia przyszłości dzisiaj: Jak działają panele słoneczne i heliostaty?

Reklama

Zasoby odnawialne. Jest to problem, z którym zmagamy się każdego dnia, niezależnie od tego, czy zdajemy sobie z tego sprawę, czy nie. Z każdą pompą uchwytu gazowego, każdym naciśnięciem pedału przyspieszenia samochodu, każdą wtyczką ładowarki do smartfona zużywamy paliwo. I pewnego dnia paliwo się skończy. Dlaczego więc nie wykorzystać jednego źródła energii, które się nie skończy - słońca?

Słońce jest wspaniałą istotą. Zapewnia światu wystarczającą energię, aby zasilić całą cywilizację. Jedynym problemem jest to, w jaki sposób przechwytujemy i wykorzystujemy tę energię? Co dobrego daje wiązka darmowej energii, jeśli nie możemy przekształcić jej w użyteczne medium? Na tym polega problem i jest o wiele trudniejszy do rozwiązania, niż można sobie wyobrazić.

“Poczekaj minutę" mówisz, "mamy komercyjną energię słoneczną od 1980 roku!”I miałbyś rację mówiąc to. Jednak kłopotów nie ma w jaki sposób przekształcać energię słoneczną w elektryczność. Wiemy już, jak to zrobić - po prostu nie na poziomie, który można konsumować masowo. Aby zrozumieć granice energii słonecznej, musimy wiedzieć, jak działają panele słoneczne.

Dołącz więc do mnie, gdy zagłębię się w wewnętrzne działanie energii słonecznej. Przyjrzyjmy się bliżej procesowi przekształcania światła słonecznego w realne źródło paliwa.

Energia słoneczna zaczyna się, jak można się spodziewać, od słońca. Ta gigantyczna kula ognia, która wisi na niebie, jest idealnym źródłem energii. W przeciwieństwie do węgla słońce nie zatyka atmosfery dwutlenkiem węgla. Jest łatwo dostępny, więc nie musimy iść do wiercenia na całym świecie. Praca z energią słoneczną nie stanowi zagrożenia dla ludzi (z wyjątkiem sporadycznych oparzeń słonecznych).

A przede wszystkim energia słoneczna jest bezpłatna. Oprócz budowy rzeczywistych receptorów i konserwacji sprzętu energia słoneczna nie wiąże się z żadnymi kosztami.

Jak to wszystko działa?

Energia jest wszędzie wokół nas w różnych formach. Światło to energia. Ciepło to energia. Ruch to energia. Spokój jest (potencjalną) energią. Słońce emituje ogromną ilość światła, a naszym celem jest przekształcenie tej energii światła w coś, co możemy wykorzystać, a mianowicie energię elektryczną.

W większości przypadków, gdy światło uderza w obiekt, jest przekształcane w energię cieplną. Wróć do ostatniej wizyty na plaży. Kiedy siedziałeś na słońcu, twoja skóra zrobiła się gorąca. To prosty fakt z życia, którego wszyscy doświadczyliśmy. Ale istnieją pewne materiały, które przekształcają światło w energie inne niż ciepło. Krzem jest jednym z tych materiałów.

Kiedy światło uderza w krzem, nie rozprasza się w postaci ciepła. Zamiast tego elektrony w cząsteczce krzemu skaczą wokół, wytwarzając prąd elektryczny. Aby jednak wykorzystać krzem w ten sposób, potrzebujesz dużych kryształów krzemu, które są wystarczająco duże, aby wytworzyć zauważalne ilości energii elektrycznej.

Starsze wersje technologii słonecznej wykorzystywały kryształy krzemu. Jak się okazało, ta metoda konwersji światła słonecznego była bardzo niewykonalna, ponieważ trudno jest wyhodować duże kryształy krzemu. Gdy coś jest trudne, jego cena pozostaje wysoka. Jeśli cena pozostaje wysoka, powszechne stosowanie staje się mało prawdopodobne.

Obecnie technologia słoneczna wykorzystuje inny materiał. Ten nowy materiał składa się z miedzi, indu, galu i selenu i jest trafnie nazwany selenkiem miedzi-indu-galu lub CIGS. W przeciwieństwie do krzemu kryształy wykonane z CIGS są mniejsze i tańsze, ale są znacznie bardziej nieefektywne niż krzem w przetwarzaniu światła słonecznego.

I tu jesteśmy dzisiaj. Energia słoneczna stanowi niewielką część światowej produkcji energii i tak pozostanie do czasu naukowców albo znajdź nowy materiał, który działa równie dobrze jak krzem, albo odkryj metodę taniej produkcji dużego krzemu kryształy

Choć panele słoneczne są obecnie nieefektywne, istnieje kilka metod poprawy wychwytywania i magazynowania energii słonecznej. Jednym ze sposobów jest użycie baterii, która magazynuje energię, umożliwiając zużycie, gdy nie ma słońca - w nocy iw pochmurne dni. Innym sposobem jest użycie heliostatu.

Co to jest heliostat? Możesz myśleć o tym jak o dużym zwierciadle (lub wielu zwierciadłach) przymocowanym do obrotowego słupa lub platformy (lub wielu masztów i platform). W przeciwieństwie do paneli słonecznych heliostaty nie pochłaniają bezpośrednio słońca; zamiast tego używają lusterek do przekierowania światła słonecznego i skierowania go na stacjonarne panele słoneczne w celu absorpcji.

Heliostaty są w większości kontrolowane przez komputery. Komputery te są zasilane pewnymi fragmentami danych (lokalizacja heliostatu, lokalizacja słońca panel, czas i datę), a dane są skurczone, dopóki komputer nie obliczy położenia Słońca w niebo. Gdy to zrobisz, komputer dostosuje kąt lustra, aby światło słoneczne odbiło się od niego i uderzyło w docelowy panel słoneczny.

Największą zaletą heliostatu jest to, że wiele z nich można ustawić tak, aby były skierowane na pojedynczy receptor słoneczny. Podczas gdy zwykle panel słoneczny może jedynie pokrywać część światła słonecznego, układ heliostatów może radykalnie zwiększyć ilość przetwarzanego światła.

Ale nawet w przypadku heliostatów energia słoneczna ma jeszcze długą drogę, zanim będzie mogła zostać wykorzystana na szeroką skalę. Gdyby nie problem konwersja faktyczne światło słoneczne, energia słoneczna byłyby najbardziej odnawialnym, najtańszym i najbardziej zdrowym paliwem dla naszej cywilizacji. To znaczy, dopóki słońce nie wybuchnie.

Źródło zdjęcia: Ilustracja panelu słonecznego za pośrednictwem Shutterstock, Zdjęcie panelu słonecznego za pośrednictwem Shutterstock