Η Ενέργεια του Μέλλοντος, Σήμερα: Πώς Λειτουργούν τα Ηλιακά Πάνελ και τα Ηλιοστάσια;

Διαφήμιση

Ανανεώσιμες πηγές. Είναι ένα πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε καθημερινά είτε το συνειδητοποιούμε είτε όχι. Με κάθε αντλία λαβής αερίου, με κάθε πρέσα επιταχυντή αυτοκινήτου, με κάθε βύσμα των φορτιστών smartphone, καταναλώνουμε καύσιμα. Και μια μέρα, αυτό το καύσιμο θα εξαντληθεί. Γιατί λοιπόν να μην χρησιμοποιούμε τη μία πηγή ενέργειας που δεν θα τελειώσει - τον ήλιο;

Ο ήλιος είναι μια υπέροχη οντότητα. Παρέχει στον κόσμο αρκετή ενέργεια για να τροφοδοτήσει όλο τον πολιτισμό. Το μόνο πρόβλημα είναι πώς συλλαμβάνουμε και αξιοποιούμε αυτήν την ενέργεια; Τι καλό είναι μια δέσμη δωρεάν ενέργειας εάν δεν μπορούμε να τη μετατρέψουμε σε χρήσιμο μέσο; Εδώ βρίσκεται το ζήτημα και είναι πολύ πιο δύσκολο να επιλυθεί από ό, τι φαντάζεστε.

“Περίμενε ένα λεπτό" λες, "Έχουμε εμπορική ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια από τη δεκαετία του 1980!"Και θα έχετε δίκιο όταν το λέτε αυτό. Ωστόσο, το πρόβλημα δεν είναι πως για να μετατρέψει την ενέργεια του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια. Γνωρίζουμε ήδη πώς να το κάνουμε αυτό - απλά όχι σε επίπεδο που μπορεί να καταναλωθεί μαζικά. Για να κατανοήσουμε τα όρια της ηλιακής ενέργειας, πρέπει να γνωρίζουμε πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ.

Ελάτε λοιπόν μαζί μου καθώς σκάβω τις εσωτερικές λειτουργίες της ηλιακής ενέργειας. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη διαδικασία που συνεπάγεται η μετατροπή του ηλιακού φωτός σε μια βιώσιμη πηγή καυσίμου.

Η ηλιακή ενέργεια ξεκινά, όπως θα περίμενε κανείς, με τον ήλιο. Αυτή η γιγαντιαία μπάλα φωτιάς που κρέμεται στον ουρανό είναι η τέλεια πηγή ενέργειας. Σε αντίθεση με τον άνθρακα, ο ήλιος δεν φράζει την ατμόσφαιρά μας με διοξείδιο του άνθρακα. Είναι εύκολα προσβάσιμο, οπότε δεν χρειάζεται να κάνουμε γεωτρήσεις σε όλο τον κόσμο. Η εργασία με ηλιακή ενέργεια δεν αποτελεί απειλή για τον άνθρωπο (εκτός ίσως από το περιστασιακό ηλιακό έγκαυμα).

Και κυρίως, η ηλιακή ενέργεια είναι δωρεάν. Εκτός από την κατασκευή των πραγματικών υποδοχέων και τη συντήρηση του εξοπλισμού, η ηλιακή ενέργεια δεν σχετίζεται με αυτό.

Πώς λειτουργεί λοιπόν;

Η ενέργεια είναι γύρω μας σε διάφορες μορφές. Το φως είναι ενέργεια. Η θερμότητα είναι ενέργεια. Η κίνηση είναι ενέργεια. Η ακινησία είναι (δυνητική) ενέργεια. Ο ήλιος εκπέμπει μια τεράστια ποσότητα φωτός και στόχος μας είναι να μετατρέψουμε αυτήν την ελαφριά ενέργεια σε κάτι που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε, δηλαδή την ηλεκτρική ενέργεια.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν το φως χτυπά ένα αντικείμενο, μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Σκεφτείτε την τελευταία σας επίσκεψη στην παραλία. Καθώς καθόμασταν στον ήλιο, το δέρμα σας έγινε ζεστό. Είναι ένα απλό γεγονός της ζωής που όλοι βιώσαμε. Υπάρχουν όμως ορισμένα υλικά που μετατρέπουν το φως σε ενέργειες εκτός από τη θερμότητα. Το πυρίτιο είναι ένα από αυτά τα υλικά.

Όταν το φως χτυπά το πυρίτιο, δεν διαλύεται ως θερμότητα. Αντ 'αυτού, τα ηλεκτρόνια στο μόριο του πυριτίου κινούνται γύρω, παράγοντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Ωστόσο, για να χρησιμοποιήσετε το πυρίτιο με αυτόν τον τρόπο, χρειάζεστε μεγάλους κρυστάλλους πυριτίου που είναι αρκετά μεγάλοι για να παράγουν αξιοσημείωτες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.

Παλαιότερες εκδόσεις της ηλιακής τεχνολογίας χρησιμοποίησαν κρύσταλλους πυριτίου. Όπως αποδείχθηκε, αυτή η μέθοδος μετατροπής ηλιακού φωτός δεν ήταν πολύ εφικτή, επειδή οι μεγάλοι κρύσταλλοι πυριτίου είναι δύσκολο να αναπτυχθούν. Όταν κάτι είναι δύσκολο, η τιμή του παραμένει υψηλή. Εάν η τιμή παραμείνει υψηλή, η ευρεία χρήση γίνεται απίθανη.

Σήμερα, η ηλιακή τεχνολογία χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό υλικό. Αυτό το νέο υλικό αποτελείται από χαλκό, ίνδιο, γάλλιο και σελήνιο και ονομάζεται κατάλληλα χαλκός-ίνδιο-γάλλιο-σεληνίδιο ή CIGS. Σε αντίθεση με το πυρίτιο, οι κρύσταλλοι από CIGS είναι μικρότεροι και φθηνότεροι, αλλά είναι πολύ πιο αναποτελεσματικοί από το πυρίτιο στη μετατροπή του ηλιακού φωτός.

Και εκεί είμαστε σήμερα. Η ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια αντιπροσωπεύει πολύ λίγο την παγκόσμια παραγωγή ενέργειας και θα παραμείνει έτσι μέχρι τους επιστήμονες είτε να βρείτε ένα νέο υλικό που να λειτουργεί όπως και το πυρίτιο ή να ανακαλύψετε μια μέθοδο φθηνής παραγωγής μεγάλου πυριτίου κρύσταλλα.

Τόσο αναποτελεσματικοί όσο οι ηλιακοί συλλέκτες είναι τώρα, υπάρχουν μερικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της δέσμευσης και αποθήκευσης ηλιακού ηλεκτρισμού. Ένας τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία που αποθηκεύει την ενέργεια, επιτρέποντας την κατανάλωση όταν δεν υπάρχει ήλιος - τη νύχτα και κατά τη διάρκεια συννεφιασμένων ημερών. Ένας άλλος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε ένα ηλιοστάσιο.

Τι είναι ένας ηλιοστάτης; Μπορείτε να το θεωρήσετε ως έναν μεγάλο καθρέφτη (ή πολλούς καθρέφτες) που συνδέεται με έναν περιστρεφόμενο πόλο ή πλατφόρμα (ή πολλούς πόλους και πλατφόρμες). Σε αντίθεση με τους ηλιακούς συλλέκτες, οι ηλιοστάτες δεν απορροφούν άμεσα τον ήλιο. Αντ 'αυτού, χρησιμοποιούν καθρέφτες για να ανακατευθύνουν το φως του ήλιου και στοχεύουν στα στατικά ηλιακά πάνελ για απορρόφηση.

Τα Heliostats ελέγχονται κυρίως από υπολογιστές. Σε αυτούς τους υπολογιστές τροφοδοτούνται ορισμένα κομμάτια δεδομένων (η θέση του ηλιοστάτη, η θέση του ηλιακού πίνακα, την ώρα και την ημερομηνία) και τα δεδομένα είναι περιορισμένα έως ότου ο υπολογιστής μπορεί να υπολογίσει τη θέση του ήλιου στο ουρανός. Μόλις γίνει αυτό, ο υπολογιστής προσαρμόζει τη γωνία του καθρέφτη έτσι ώστε το φως του ήλιου να αναπηδήσει από αυτό και να χτυπήσει το ηλιακό πλαίσιο.

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του ηλιοστάτη είναι ότι ένα πλήθος από αυτά μπορεί να διευθετηθεί ώστε να στοχεύει σε έναν μόνο ηλιακό δέκτη. Ενώ κανονικά ένα ηλιακό πάνελ μπορεί να λάβει μόνο κάλυψη του ηλιακού φωτός, μια διάταξη ηλιοστατικών μπορεί να ενισχύσει δραστικά την ποσότητα του φωτός που μετατρέπεται.

Αλλά ακόμη και με ηλιοστάτες, η ηλιακή ενέργεια έχει ακόμη πολύ δρόμο για να μπορέσει να χρησιμοποιηθεί σε ευρεία κλίμακα. Εάν δεν ήταν για το πρόβλημα του μετατροπή το πραγματικό φως του ήλιου, η ηλιακή ενέργεια θα ήταν το πιο ανανεώσιμο, πιο προσιτό και πιο υγιεινό για το περιβάλλον καύσιμο για τον πολιτισμό μας. Δηλαδή, μέχρι να εκραγεί ο ήλιος.

Πιστωτική εικόνα: Εικόνα ηλιακού πλαισίου μέσω του Shutterstock, Φωτογραφία ηλιακού πλαισίου μέσω του Shutterstock