Возобновляемые ресурсы. Это проблема, с которой мы сталкиваемся каждый день, независимо от того, осознаем мы это или нет. С каждым нажатием на ручку бензоколонки, с каждым нажатием на педаль газа автомобиля, с каждым подключением зарядных устройств наших смартфонов мы потребляем топливо. И однажды это топливо закончится. Так почему бы нам не использовать единственный источник энергии, который не иссякнет, – солнце? Солнце – великолепная сущность. Оно дает миру достаточно энергии, чтобы обеспечить энергией всю цивилизацию
Возобновляемые ресурсы. Это проблема, с которой мы сталкиваемся каждый день, осознаем мы это или нет. С каждым нажатием на ручку бензоколонки, с каждым нажатием на педаль газа автомобиля, с каждым подключением зарядных устройств наших смартфонов мы потребляем топливо. И однажды это топливо закончится. Так почему бы нам не использовать единственный источник энергии, который не иссякнет, – солнце?
Солнце – великолепная сущность. Она обеспечивает мир энергией, достаточной для питания всей цивилизации. Единственная проблема заключается в том, как мы можем получить и использовать эту энергию? Что толку в куче свободной энергии, если мы не можем преобразовать ее в полезную среду? Вот в чем проблема, и решить ее гораздо сложнее, чем вы можете себе представить
‘Погодите-ка’, – скажете вы, – ‘у нас есть коммерческое солнечное электричество с 1980-х годов!’. И вы будете правы, сказав это. Однако проблема не в том, как преобразовать солнечную энергию в электричество. Мы уже знаем, как это сделать – просто не на том уровне, который может быть массовым. Чтобы понять пределы солнечной энергии, нам нужно знать, как работают солнечные батареи
Так что присоединяйтесь ко мне, пока я копаюсь во внутреннем устройстве солнечной энергии. Давайте подробнее рассмотрим процесс превращения солнечного света в жизнеспособный источник топлива
Солнечная энергия начинается, как и следовало ожидать, с солнца. Этот гигантский огненный шар, висящий в небе, – идеальный источник энергии. В отличие от угля, солнце не засоряет нашу атмосферу углекислым газом. Оно легко доступно, поэтому нам не нужно бурить скважины по всему миру. Работа с солнечной энергией не представляет никакой угрозы для человека (за исключением, может быть, случайного солнечного ожога)
И самое главное, солнечная энергия бесплатна. За исключением строительства фактических рецепторов и обслуживания оборудования, солнечная энергия не имеет никаких затрат, связанных с ней
Так как же все это работает?
Энергия окружает нас в разных формах. Свет – это энергия. Тепло – это энергия. Движение – это энергия. Неподвижность – это (потенциальная) энергия. Солнце излучает огромное количество света, и наша цель – преобразовать эту световую энергию в то, что мы можем использовать, а именно в электрическую энергию
В большинстве случаев, когда свет попадает на объект, он преобразуется в тепловую энергию. Вспомните свой последний поход на пляж. Когда вы сидели на солнце, ваша кожа нагрелась. Это простой факт жизни, с которым мы все сталкивались. Но существуют определенные материалы, которые преобразуют свет в энергию, отличную от тепловой. Кремний – один из таких материалов
Когда свет попадает на кремний, он не рассеивается в виде тепла. Вместо этого электроны в молекуле кремния прыгают вокруг, создавая электрический ток. Однако для того, чтобы использовать кремний таким образом, необходимы крупные кристаллы кремния, достаточно большие для производства заметного количества электроэнергии
В старых версиях солнечной технологии использовались кристаллы кремния. Как оказалось, этот метод преобразования солнечного света не очень осуществим, потому что большие кристаллы кремния трудно вырастить. Когда что-то трудно, цена на это остается высокой. Если цена остается высокой, широкое использование становится маловероятным
В настоящее время в солнечной технологии используется другой материал. Этот новый материал состоит из меди, индия, галлия и селена и получил меткое название медь-индий-галлий-селенид, или CIGS. В отличие от кремния, кристаллы из CIGS меньше и дешевле, но они гораздо более неэффективны, чем кремний, в преобразовании солнечного света
И вот к чему мы пришли сегодня. Солнечное электричество составляет очень малую часть мирового производства энергии, и так будет продолжаться до тех пор, пока ученые либо не найдут новый материал, который работает так же хорошо, как кремний, либо не откроют метод дешевого производства больших кристаллов кремния
Как бы ни были неэффективны солнечные батареи в настоящее время, есть несколько методов, которые используются для улучшения улавливания и хранения солнечной электроэнергии. Один из способов – использование аккумулятора, который накапливает энергию, позволяя использовать ее в отсутствие солнца – ночью и в пасмурные дни. Другой способ – использование гелиостата
Что такое гелиостат? Вы можете представить его как большое зеркало (или много зеркал), прикрепленное к вращающемуся шесту или платформе (или многим шестам и платформам). В отличие от солнечных батарей, гелиостаты не поглощают солнечный свет напрямую; вместо этого они используют зеркала для перенаправления солнечного света и направления его на стационарные солнечные панели для поглощения
Гелиостаты в основном управляются компьютерами. Этим компьютерам передаются определенные данные (местоположение гелиостата, местоположение солнечной панели, время и дата), и эти данные обрабатываются до тех пор, пока компьютер не сможет вычислить положение солнца на небе. После этого компьютер настраивает угол наклона зеркала так, чтобы солнечный свет отражался от него и попадал на целевую солнечную панель
Самое большое преимущество гелиостата заключается в том, что множество из них могут быть направлены на один солнечный рецептор. В то время как обычно солнечная панель может получать только некоторое количество солнечного света, расположение гелиостатов может значительно усилить количество преобразуемого света
Но даже с гелиостатами солнечной энергии предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем ее можно будет использовать в широких масштабах. Если бы не проблема преобразования солнечного света, солнечная энергия была бы самым возобновляемым, самым доступным и самым полезным для окружающей среды топливом для нашей цивилизации. То есть, пока солнце не взорвется
Image Credit: Solar Panel Illustration Via Shutterstock Broken URL Removed , Solar Panel Photo Via Shutterstock
Комментировать