در سال های اخیر، دانشمندان به طور خاص به منابع انرژی جایگزین علاقه مند شده اند. نفت و گاز دیر یا زود تمام می شود، بنابراین باید به این فکر کنیم که اکنون در این شرایط چگونه زنده بمانیم. آسیاب های بادی به طور فعال در اروپا استفاده می شود، کسی در تلاش است تا انرژی را از اقیانوس استخراج کند، و ما در مورد انرژی خورشیدی صحبت خواهیم کرد. از این گذشته، ستاره ای که تقریباً هر روز در آسمان می بینیم می تواند به ما در صرفه جویی در منابع تجدید ناپذیر و بهبود محیط زیست کمک کند. ارزش خورشید برای زمین دشوار است که بیش از حد تخمین زده شود - گرما، نور می دهد و اجازه می دهد تا تمام حیات روی این سیاره کار کنند. پس چرا کاربرد دیگری برای آن پیدا نمی کنید؟
کمی از تاریخ
در اواسط قرن نوزدهم، الکساندر ادموند بکرل، فیزیکدان، اثر فتوولتائیک را کشف کرد. و در پایان قرن، چارلز فریتز اولین دستگاهی را ساخت که قادر به تبدیل انرژی خورشیدی به برق بود. برای این کار از سلنیوم روکش شده با لایه نازکی از طلا استفاده شد. اثر ضعیف بود، اما این اختراع اغلب با آغاز عصر انرژی خورشیدی همراه است. برخی از علما با این صورت بندی موافق نیستند. آنها بنیانگذار عصر انرژی خورشیدی را دانشمند مشهور جهان آلبرت انیشتین می نامند. در سال 1921سالی که او جایزه نوبل را برای توضیح قوانین اثر فوتوالکتریک خارجی دریافت کرد.
به نظر می رسد که انرژی خورشیدی روشی امیدوارکننده برای توسعه است. اما موانع زیادی برای ورود آن به هر خانه ای وجود دارد - عمدتاً اقتصادی و زیست محیطی. هزینه پنل های خورشیدی چه چیزی را تشکیل می دهد، چه آسیب هایی می تواند به محیط زیست وارد کند و چه راه های دیگری برای تولید انرژی وجود دارد، در ادامه خواهیم فهمید.
روش های پس انداز
فوری ترین کار مرتبط با رام کردن انرژی خورشید نه تنها دریافت آن، بلکه تجمع آن است. و این سخت ترین چیز است. در حال حاضر، دانشمندان تنها 3 راه برای مهار کامل انرژی خورشیدی ایجاد کرده اند.
اولی بر اساس استفاده از آینه سهموی است و کمی شبیه بازی با ذره بین است که برای همه از دوران کودکی آشناست. نور از عدسی عبور می کند و در یک نقطه جمع می شود. اگر یک تکه کاغذ در این مکان قرار دهید، روشن می شود، زیرا دمای پرتوهای خورشید متقاطع فوق العاده بالا است. آینه سهموی یک صفحه مقعر شبیه یک کاسه کم عمق است. این آینه بر خلاف ذره بین، نور خورشید را از خود عبور نمی دهد، بلکه نور خورشید را منعکس می کند و آن را در یک نقطه جمع می کند که معمولاً به یک لوله سیاه با آب هدایت می شود. این رنگ به این دلیل استفاده می شود که نور را به بهترین نحو جذب می کند. آب داخل لوله توسط نور خورشید گرم می شود و می توان از آن برای تولید برق یا گرم کردن خانه های کوچک استفاده کرد.
هیتر تخت
این روش استفاده می کندیک سیستم کاملا متفاوت گیرنده انرژی خورشیدی شبیه یک ساختار چند لایه است. اصل عملکرد آن به این شکل است.
با عبور از شیشه، پرتوها به فلز تیره شده برخورد می کنند که همانطور که می دانید نور را بهتر جذب می کند. تابش خورشید به انرژی گرمایی تبدیل می شود و آب را که زیر صفحه آهنی است گرم می کند. علاوه بر این، همه چیز مانند روش اول اتفاق می افتد. آب گرم شده را می توان برای گرمایش فضا و یا برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد. درست است، اثربخشی این روش آنقدر بالا نیست که بتوان در همه جا از آن استفاده کرد.
به عنوان یک قاعده، انرژی خورشیدی به دست آمده از این طریق، گرما است. برای تولید برق، روش سوم بسیار بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
سلول های خورشیدی
بیشتر از همه ما با این روش به دست آوردن انرژی آشنا هستیم. این شامل استفاده از باتری‌ها یا پنل‌های خورشیدی مختلف است که در پشت بام بسیاری از خانه‌های مدرن یافت می‌شوند. این روش پیچیده‌تر از آنچه قبلاً توضیح داده شد است، اما بسیار امیدوارکننده‌تر است. اوست که تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته را در مقیاس صنعتی ممکن می سازد.
پانل های ویژه ای که برای جذب پرتوها طراحی شده اند از کریستال های سیلیکون غنی شده ساخته شده اند. نور خورشید که بر روی آنها می افتد، الکترون را از مدار خارج می کند. یکی دیگر بلافاصله تلاش می کند تا جای خود را بگیرد، بنابراین یک زنجیره متحرک پیوسته به دست می آید که جریانی ایجاد می کند. در صورت لزوم، بلافاصله برای تهیه دستگاه ها استفاده می شود یا در فرم انباشته می شودبرق در باتری های ویژه.
محبوبیت این روش با این واقعیت توجیه می شود که به شما امکان می دهد تنها از یک متر مربع پنل خورشیدی بیش از 120 وات دریافت کنید. در عین حال، پانل ها دارای ضخامت نسبتا کمی هستند که به آنها اجازه می دهد تقریباً در هر مکانی قرار گیرند.
انواع پانل های سیلیکونی
انواع مختلفی از سلول های خورشیدی وجود دارد. اولین ها با استفاده از سیلیکون تک کریستال ساخته می شوند. راندمان آنها حدود 15 درصد است. این پنل‌های خورشیدی گران‌ترین هستند.
بازده عناصر ساخته شده از سیلیکون پلی کریستالی به ۱۱ درصد می رسد. آنها هزینه کمتری دارند، زیرا مواد برای آنها با استفاده از یک فناوری ساده به دست می آید. نوع سوم مقرون به صرفه ترین و دارای حداقل بازده است. این پانل های ساخته شده از سیلیکون آمورف، یعنی غیر کریستالی هستند. آنها علاوه بر راندمان پایین، یک نقطه ضعف قابل توجه دیگر نیز دارند - شکنندگی.
برخی از تولیدکنندگان از هر دو طرف پنل خورشیدی برای افزایش کارایی - پشت و جلو - استفاده می کنند. این به شما امکان می دهد نور را در حجم های زیاد جذب کنید و مقدار انرژی دریافتی را بین 15 تا 20% افزایش می دهد.
تولیدکنندگان داخلی
انرژی خورشیدی در زمین در حال گسترش بیشتر است. حتی در کشور ما نیز علاقه مند به تحصیل در این صنعت هستند. علیرغم این واقعیت که توسعه انرژی جایگزین در روسیه چندان فعال نیست، موفقیت هایی حاصل شده است. در حال حاضر، چندین سازمان در ایجاد پانل های انرژی خورشیدی - عمدتاً - مشغول هستندموسسات علمی رشته های مختلف و کارخانجات تولید تجهیزات الکتریکی.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Mechanical Plant.
- موسسه تحقیقاتی تمام روسیه برق رسانی کشاورزی.
- مهندسی NGO.
- AO VIEN.
- OJSC "کارخانه دستگاههای فلز سرامیک ریازان".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
این تنها بخش کوچکی از شرکت‌هایی است که فعالانه در توسعه انرژی جایگزین در روسیه مشارکت دارند.
تاثیر زیست محیطی
رد منابع انرژی زغال سنگ و نفت نه تنها با این واقعیت مرتبط است که این منابع دیر یا زود تمام می شوند. واقعیت این است که آنها به شدت به محیط زیست آسیب می رسانند - آنها خاک، هوا و آب را آلوده می کنند، به توسعه بیماری ها در افراد کمک می کنند و ایمنی را کاهش می دهند. به همین دلیل است که منابع انرژی جایگزین باید سازگار با محیط زیست باشند.
سیلیکون، که برای ساخت سلول های فتوولتائیک استفاده می شود، به خودی خود ایمن است زیرا یک ماده طبیعی است. اما پس از تمیز کردن آن، زباله ها باقی می مانند. آنها هستند که در صورت استفاده نادرست می توانند به انسان و محیط زیست آسیب برسانند.
علاوه بر این، در منطقه ای که کاملاً با پنل های خورشیدی پر شده است، نور طبیعی ممکن است مختل شود. این امر منجر به تغییراتی در اکوسیستم موجود خواهد شد. اما به طور کلی، تأثیر زیست محیطی دستگاه هایی که برای تبدیل انرژی خورشیدی طراحی شده اند، حداقل است.
اقتصاد
بزرگترین هزینه برای تولید پنل های خورشیدی با هزینه بالای مواد اولیه مرتبط است. همانطور که قبلا متوجه شدیم، پانل های ویژه با استفاده از سیلیکون ایجاد می شوند. علیرغم اینکه این ماده معدنی به طور گسترده در طبیعت توزیع می شود، مشکلات بزرگی در استخراج آن وجود دارد. واقعیت این است که سیلیکون که بیش از یک چهارم جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد، برای تولید سلول های خورشیدی مناسب نیست. برای این اهداف، تنها خالص ترین مواد به دست آمده با روش صنعتی مناسب است. متأسفانه، دریافت خالص ترین سیلیکون از شن و ماسه بسیار مشکل ساز است.
قیمت این منبع با اورانیوم مورد استفاده در نیروگاه های هسته ای قابل مقایسه است. به همین دلیل است که هزینه پنل های خورشیدی در حال حاضر در سطح نسبتاً بالایی باقی مانده است.
فناوری مدرن
اولین تلاش برای رام کردن انرژی خورشیدی مدتها پیش ظاهر شد. از آن زمان، بسیاری از دانشمندان به طور فعال در جستجوی کارآمدترین تجهیزات بودند. نه تنها باید مقرون به صرفه باشد، بلکه باید جمع و جور نیز باشد. کارایی آن باید به حداکثر برسد.
نخستین گام ها به سوی یک دستگاه ایده آل برای دریافت و تبدیل انرژی خورشیدی با اختراع باتری های سیلیکونی انجام شد. البته قیمت آن بسیار بالا است، اما پانل ها را می توان روی سقف و دیوار خانه ها قرار داد، جایی که هیچ کس را اذیت نکند. و کارایی چنین باتری هایی غیرقابل انکار است.
اما بهترین راه برای افزایش محبوبیت انرژی خورشیدی ارزان‌تر کردن آن است. دانشمندان آلمانی قبلاً پیشنهاد کرده‌اند که سیلیکون با الیاف مصنوعی جایگزین شود.پارچه یا مواد دیگر راندمان چنین باتری خورشیدی خیلی زیاد نیست. اما یک پیراهن که با الیاف مصنوعی در هم آمیخته شده است حداقل می تواند برق گوشی هوشمند یا پخش کننده را تامین کند. در زمینه نانوتکنولوژی نیز کار به طور فعال در حال انجام است. این احتمال وجود دارد که آنها به خورشید اجازه خواهند داد تا به محبوب ترین منبع انرژی در این قرن تبدیل شود. متخصصان Scates AS از نروژ قبلاً اعلام کرده اند که فناوری نانو هزینه پنل های خورشیدی را تا 2 برابر کاهش می دهد.
انرژی خورشیدی برای خانه
مسکن خودپایه رویای بسیاری است: عدم وابستگی به گرمایش متمرکز، بدون مشکل در پرداخت قبوض و بدون آسیب به محیط زیست. در حال حاضر، بسیاری از کشورها به طور فعال در حال ساخت مسکن هستند که فقط انرژی به دست آمده از منابع جایگزین را مصرف می کند. نمونه بارز آن خانه خورشیدی است.
در طول فرآیند ساخت و ساز، نسبت به روش سنتی به سرمایه گذاری بیشتری نیاز دارد. اما پس از چندین سال بهره برداری، تمام هزینه ها پرداخت می شود - نیازی به پرداخت هزینه گرمایش، آب گرم و برق نخواهید داشت. در یک خانه خورشیدی، تمام این ارتباطات به پانل های فتوولتائیک ویژه ای که روی سقف قرار داده شده اند، گره خورده است. علاوه بر این، منابع انرژی به دست آمده از این طریق نه تنها صرف نیازهای فعلی می شود، بلکه برای استفاده در شب و هوای ابری نیز انباشته می شود.
در حال حاضر، ساخت چنین خانه هایی نه تنها در کشورهای نزدیک به خط استوا انجام می شود، جایی که به راحتی می توان انرژی خورشیدی را به دست آورد. آنها نیز درکانادا، فنلاند و سوئد.
مزایا و معایب
توسعه فناوری هایی که امکان استفاده از انرژی خورشیدی در همه جا را فراهم می کند می تواند فعال تر باشد. اما دلایل خاصی وجود دارد که چرا این هنوز در اولویت نیست. همانطور که در بالا گفتیم در طول تولید پانل ها مواد مضر برای محیط زیست تولید می شود. علاوه بر این، تجهیزات نهایی حاوی گالیم، آرسنیک، کادمیوم و سرب است.
نیاز به بازیافت پانل های فتوولتائیک نیز سوالات بسیاری را ایجاد می کند. پس از 50 سال کار، آنها غیر قابل استفاده می شوند و باید به نحوی از بین بروند. آیا آسیب زیادی به طبیعت وارد می کند؟ همچنین قابل توجه است که انرژی خورشیدی یک منبع بی ثبات است که کارایی آن به زمان روز و آب و هوا بستگی دارد. و این یک اشکال قابل توجه است.
اما، البته، نکات مثبتی هم وجود دارد. انرژی خورشیدی را می توان تقریباً در هر نقطه از زمین استخراج کرد و تجهیزات تولید و تبدیل آن می تواند به اندازه کافی کوچک باشد که در پشت تلفن هوشمند قرار بگیرد. مهمتر از آن، این یک منبع تجدید پذیر است، یعنی مقدار انرژی خورشیدی حداقل تا هزار سال دیگر بدون تغییر باقی می ماند.
چشم انداز
توسعه فناوری ها در زمینه انرژی خورشیدی باید به کاهش هزینه های ایجاد عناصر منجر شود. پانل های شیشه ای در حال حاضر ظاهر می شوند که می توانند روی ویندوز نصب شوند. توسعه فناوری نانو امکان اختراع رنگی را فراهم کرده است که روی صفحات خورشیدی اسپری می شود و می تواند جایگزین لایه سیلیکونی شود.اگر هزینه انرژی خورشیدی واقعا چندین برابر کاهش یابد، محبوبیت آن نیز چندین برابر خواهد شد.
ایجاد پنل های کوچک برای استفاده فردی به مردم این امکان را می دهد که از انرژی خورشیدی در هر محیطی استفاده کنند - در خانه، ماشین یا حتی خارج از شهر. به لطف توزیع آنها، بار روی شبکه متمرکز برق کاهش می یابد، زیرا مردم می توانند وسایل الکترونیکی کوچک را خودشان شارژ کنند.
کارشناسان شل بر این باورند که تا سال 2040 حدود نیمی از انرژی جهان از منابع تجدیدپذیر تولید خواهد شد. در حال حاضر در آلمان، مصرف انرژی خورشیدی به طور فعال در حال رشد است و قدرت باتری بیش از 35 گیگاوات است. ژاپن نیز به طور فعال در حال توسعه این صنعت است. این دو کشور پیشرو در مصرف انرژی خورشیدی در جهان هستند. احتمالاً ایالات متحده به زودی به آنها ملحق خواهد شد.
سایر منابع انرژی جایگزین
دانشمندان از اینکه چه چیز دیگری می توان برای تولید برق یا گرما استفاده کرد دست از سرگردانی نمی کشند. در اینجا نمونه هایی از امیدوارکننده ترین منابع انرژی جایگزین آورده شده است.
آسیاب های بادی اکنون تقریباً در هر کشوری یافت می شوند. حتی در خیابان های بسیاری از شهرهای روسیه، فانوس هایی نصب شده است که برق خود را از انرژی باد تامین می کنند. مطمئنا هزینه آنها بالاتر از میانگین است، اما به مرور زمان این تفاوت را جبران خواهند کرد.
خیلی وقت پیش، فناوری اختراع شد که به شما امکان می دهد با استفاده از انرژی انرژی بگیرید.تفاوت دمای آب در سطح اقیانوس و در عمق. چین به طور فعال در حال توسعه این جهت است. در سال‌های آینده، در سواحل پادشاهی میانه، آنها قرار است بزرگترین نیروگاهی را که با این فناوری کار می‌کند، بسازند. راه های دیگری برای استفاده از دریا وجود دارد. برای مثال، در استرالیا قصد دارند نیروگاهی ایجاد کنند که از نیروی جریان انرژی تولید کند.
راه های زیادی برای تولید برق یا گرما وجود دارد. اما در مقابل بسیاری از گزینه‌های دیگر، انرژی خورشیدی واقعاً یک جهت امیدوارکننده در توسعه علم است.
