En els darrers anys, els científics s'han interessat especialment en les fonts d'energia alternatives. El petroli i el gas s'acabaran tard o d'hora, així que hem de pensar com sobreviurem ara en aquesta situació. Els molins de vent s'utilitzen activament a Europa, algú està intentant extreure energia de l'oceà i parlarem d'energia solar. Al cap i a la fi, una estrella que veiem gairebé cada dia al cel ens pot ajudar a estalviar recursos no renovables i millorar el medi ambient. El valor del sol per a la Terra és difícil de sobreestimar: dóna calor, llum i permet que tota la vida del planeta funcioni. Aleshores, per què no trobar-ne un altre ús?
Una mica d'història
A mitjans del segle XIX, el físic Alexander Edmond Becquerel va descobrir l'efecte fotovoltaic. I a finals de segle, Charles Fritts va crear el primer dispositiu capaç de convertir l'energia solar en electricitat. Per a això es va utilitzar seleni recobert amb una fina capa d'or. L'efecte va ser feble, però aquest invent s'associa sovint amb l'inici de l'era de l'energia solar. Alguns estudiosos no estan d'acord amb aquesta formulació. Anomenen el fundador de l'era de l'energia solar el científic mundialment famós Albert Einstein. El 1921any va rebre el Premi Nobel per explicar les lleis de l'efecte fotoelèctric extern.
Sembla que l'energia solar és una forma prometedora de desenvolupament. Però hi ha molts obstacles perquè entri a totes les llars, principalment econòmics i ambientals. Què suposa el cost de les plaques solars, quin dany poden fer al medi ambient i quines altres maneres de generar energia, ho descobrirem a continuació.
Mètodes d'estalvi
La tasca més urgent associada a domesticar l'energia del sol no és només la seva recepció, sinó també la seva acumulació. I això és el més difícil. Actualment, els científics només han desenvolupat 3 maneres de controlar completament l'energia solar.
La primera es basa en l'ús d'un mirall parabòlic i és una mica com jugar amb una lupa, que és familiar per a tothom des de la infància. La llum passa a través de la lent, reunint-se en un punt. Si poseu un tros de paper en aquest lloc, s'il·luminarà, perquè la temperatura dels raigs solars creuats és increïblement alta. Un mirall parabòlic és un disc còncau que s'assembla a un bol poc profund. Aquest mirall, a diferència d'una lupa, no transmet, sinó que reflecteix la llum del sol, recollint-la en un punt, que normalment es dirigeix a una canonada negra amb aigua. Aquest color s'utilitza perquè absorbeix millor la llum. L'aigua de la canonada s'escalfa amb la llum solar i es pot utilitzar per generar electricitat o per escalfar cases petites.
Escalfador pla
Aquest mètode utilitzaun sistema completament diferent. El receptor d'energia solar sembla una estructura multicapa. El principi del seu funcionament és aquest.
En passar pel vidre, els raigs incideixen en el metall enfosquit, que, com sabeu, absorbeix millor la llum. La radiació solar es converteix en energia tèrmica i escalfa l'aigua, que es troba sota la placa de ferro. A més, tot passa com en el primer mètode. L'aigua escalfada es pot utilitzar per a la calefacció d'espais o per generar energia elèctrica. És cert que l'efectivitat d'aquest mètode no és prou alta com per utilitzar-lo a tot arreu.
Per regla general, l'energia solar que s'obté d'aquesta manera és calor. Per generar electricitat, el tercer mètode s'utilitza molt més sovint.
Cèl·lules solars
Sobretot estem familiaritzats amb aquesta manera d'obtenir energia. Implica l'ús de diverses bateries o plaques solars, que es poden trobar a les teulades de moltes cases modernes. Aquest mètode és més complicat del que s'ha descrit anteriorment, però és molt més prometedor. És ell qui fa possible convertir l'energia solar en electricitat a escala industrial.
Els panells especials dissenyats per capturar els raigs estan fets de cristalls de silici enriquit. La llum del sol, que cau sobre ells, fa fora de l'òrbita l'electró. Un altre s'esforça immediatament per ocupar el seu lloc, així s'obté una cadena en moviment continu, que crea corrent. Si cal, s'utilitza immediatament per proporcionar dispositius o s'acumula en el formularielectricitat en bateries especials.
La popularitat d'aquest mètode es justifica pel fet que permet obtenir més de 120 watts amb només un metre quadrat de plaques solars. Al mateix temps, els panells tenen un gruix relativament petit, la qual cosa permet col·locar-los gairebé a qualsevol lloc.
Tipus de panells de silici
Hi ha diversos tipus de cèl·lules solars. Els primers estan fets amb silici monocristall. La seva eficiència és d'un 15%. Aquests panells solars són els més cars.
L'eficiència dels elements de silici policristalí arriba a l'11%. Costen menys, ja que el material per a ells s'obté mitjançant una tecnologia simplificada. El tercer tipus és el més econòmic i té una eficiència mínima. Són panells fets de silici amorf, és a dir, no cristal·lí. A més de la baixa eficiència, tenen un altre inconvenient important: la fragilitat.
Alguns fabricants utilitzen els dos costats del panell solar per augmentar l'eficiència, posterior i frontal. Això us permet capturar llum en grans volums i augmenta la quantitat d'energia rebuda entre un 15 i un 20%.
Productors nacionals
L'energia solar a la Terra s'està estenent cada cop més. Fins i tot al nostre país, estan interessats a estudiar aquesta indústria. Tot i que el desenvolupament d'energies alternatives no és molt actiu a Rússia, s'ha aconseguit un cert èxit. Actualment, diverses organitzacions es dediquen a la creació de panells per a l'energia solar, principalmentinstituts científics de diversos camps i fàbriques per a la producció d'equips elèctrics.
- NPF "Kvark".
- Planta mecànica OJSC Kovrov.
- Institut de Recerca d'Electrificació de l'Agricultura de tot Rússia.
- Enginyeria de les ONG.
- AO VIEN.
- OJSC "Planta de Ryazan de dispositius de metall-ceràmica".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Aquesta és només una petita part de les empreses que participen activament en el desenvolupament d'energies alternatives a Rússia.
Impacte ambiental
El rebuig de les fonts d'energia del carbó i del petroli no només està relacionat amb el fet que aquests recursos s'esgotaran tard o d'hora. El fet és que perjudiquen molt el medi ambient: contaminen el sòl, l'aire i l'aigua, contribueixen al desenvolupament de mal alties a les persones i redueixen la immunitat. És per això que les fonts d'energia alternatives han de ser respectuoses amb el medi ambient.
El silici, que s'utilitza per fabricar cèl·lules fotovoltaiques, és segur ja que és un material natural. Però després de netejar-lo, queden residus. Són els que poden danyar els humans i el medi ambient si s'utilitzen de manera inadequada.
A més, en una zona completament plena de plaques solars, la il·luminació natural es pot interrompre. Això comportarà canvis en l'ecosistema existent. Però, en general, l'impacte ambiental dels dispositius dissenyats per convertir l'energia solar és mínim.
Economia
Els majors costos de producció de plaques solars estan associats a l' alt cost de les matèries primeres. Com ja hem descobert, es creen panells especials amb silici. Tot i que aquest mineral està àmpliament distribuït a la natura, hi ha grans problemes associats a la seva extracció. El cas és que el silici, que representa més d'una quarta part de la massa de l'escorça terrestre, no és apte per a la producció de cèl·lules solars. Per a aquests propòsits, només és adequat el material més pur obtingut per un mètode industrial. Malauradament, obtenir el silici més pur de la sorra és extremadament problemàtic.
El preu d'aquest recurs és comparable al de l'urani utilitzat a les centrals nuclears. És per això que el cost dels panells solars es manté actualment en un nivell força elevat.
Tecnologies modernes
Els primers intents de domar l'energia solar van aparèixer fa molt de temps. Des de llavors, molts científics s'han implicat activament en la recerca de l'equip més eficient. No només hauria de ser rendible, sinó també compacte. La seva eficiència hauria d'esforçar-se al màxim.
Els primers passos cap a un dispositiu ideal per rebre i convertir l'energia solar es van fer amb la invenció de les bateries de silici. Per descomptat, el preu és bastant alt, però els panells es poden col·locar als sostres i parets de les cases, on no molestaran a ningú. I l'eficiència d'aquestes bateries és innegable.
Però la millor manera d'augmentar la popularitat de l'energia solar és fer-la més barata. Científics alemanys ja han proposat substituir el silici per fibres sintètiques que es puguin integrarteixit o altres materials. L'eficiència d'aquesta bateria solar no és molt alta. Però una samarreta intercalada amb fibres sintètiques com a mínim pot proporcionar electricitat a un telèfon intel·ligent o reproductor. També s'està treballant activament en el camp de la nanotecnologia. És probable que permetin que el sol es converteixi en la font d'energia més popular d'aquest segle. Els especialistes de Scates AS de Noruega ja han afirmat que la nanotecnologia reduirà el cost dels panells solars dues vegades.
Energia solar per a la llar
L'habitatge autònom és un somni de molts: no dependre de la calefacció centralitzada, sense problemes per pagar les factures i sense danys al medi ambient. Ja, molts països estan construint de manera activa habitatges que només consumeixen energia obtinguda de fonts alternatives. Un exemple sorprenent és l'anomenada casa solar.
Durant el procés de construcció, requerirà més inversió que la tradicional. Però després de diversos anys de funcionament, tots els costos es compensaran: no hauràs de pagar la calefacció, l'aigua calenta i l'electricitat. En una casa solar, totes aquestes comunicacions estan lligades a plaques fotovoltaiques especials col·locades a la teulada. A més, els recursos energètics obtinguts d'aquesta manera no només es destinen a les necessitats actuals, sinó que també s'acumulen per utilitzar-los a la nit i en temps ennuvolat.
Actualment, la construcció d'aquestes cases no només es realitza als països propers a l'equador, on és més fàcil obtenir energia solar. També s'aixequen aCanadà, Finlàndia i Suècia.
Pros i contres
El desenvolupament de tecnologies que permetin l'ús de l'energia solar a tot arreu podria ser més actiu. Però hi ha certes raons per les quals això encara no és una prioritat. Com hem dit anteriorment, durant la producció de panells es produeixen substàncies nocives per al medi ambient. A més, l'equip acabat conté gal·li, arsènic, cadmi i plom.
La necessitat de reciclar plaques fotovoltaiques també planteja moltes preguntes. Després de 50 anys de funcionament, es tornaran inutilitzables i hauran de ser destruïts d'alguna manera. Causarà un dany enorme a la natura? També val la pena tenir en compte que l'energia solar és un recurs voluble, l'eficiència del qual depèn de l'hora del dia i del temps. I aquest és un inconvenient important.
Però, és clar, hi ha avantatges. L'energia solar es pot extreure gairebé a qualsevol lloc de la Terra, i l'equip per produir-la i convertir-la pot ser prou petit com per cabre a la part posterior d'un telèfon intel·ligent. Més important encara, és un recurs renovable, és a dir, la quantitat d'energia solar es mantindrà in alterada almenys durant mil anys més.
Perspectives
El desenvolupament de tecnologies en el camp de l'energia solar hauria de comportar una reducció del cost de creació d'elements. Ja estan apareixent panells de vidre que es poden instal·lar a les finestres. El desenvolupament de la nanotecnologia ha permès inventar una pintura que es ruixarà sobre plaques solars i pot substituir la capa de silici. Si realment el cost de l'energia solar baixa diverses vegades, la seva popularitat també augmentarà moltes vegades.
La creació de petits panells per a ús individual permetrà a la gent utilitzar l'energia solar en qualsevol entorn: a casa, al cotxe o fins i tot fora de la ciutat. Gràcies a la seva distribució, la càrrega a la xarxa elèctrica centralitzada disminuirà, ja que les persones podran carregar ells mateixos els petits aparells electrònics.
Els experts de
Shell creuen que l'any 2040 aproximadament la meitat de l'energia mundial es generarà amb recursos renovables. Ara a Alemanya, el consum d'energia solar està creixent activament i la potència de la bateria és de més de 35 gigawatts. El Japó també està desenvolupant activament aquesta indústria. Aquests dos països són els líders mundials en consum d'energia solar. És probable que els Estats Units s'uneixin aviat.
Altres fonts d'energia alternatives
Els científics no deixen de desconcertar sobre què més es pot utilitzar per generar electricitat o calor. Aquests són exemples de les fonts d'energia alternatives més prometedores.
Ara es poden trobar molins de vent a gairebé qualsevol país. Fins i tot als carrers de moltes ciutats russes s'instal·len fanals que s'aproven d'electricitat a partir de l'energia eòlica. Segurament el seu cost és superior a la mitjana, però amb el temps compensaran aquesta diferència.
Fa força temps, es va inventar una tecnologia que permet obtenir energia utilitzantdiferència de temperatura de l'aigua a la superfície de l'oceà i a la profunditat. La Xina desenvoluparà activament aquesta direcció. En els propers anys, davant de la costa de l'Imperi Mitjà, construiran la central elèctrica més gran que funcioni amb aquesta tecnologia. Hi ha altres maneres d'utilitzar el mar. Per exemple, a Austràlia tenen previst crear una central elèctrica que generi energia a partir de la força dels corrents.
Hi ha moltes altres maneres de generar electricitat o calor. Però en el context de moltes altres opcions, l'energia solar és realment una direcció prometedora en el desenvolupament de la ciència.
