Возобновляемые ресурсы. Это проблема, с которой мы сталкиваемся каждый день, осознаем мы это или нет. С каждым насосом газовой ручки, с каждым нажатием акселератора автомобиля, с каждым штекером наших зарядных устройств для смартфонов мы потребляем топливо. И однажды это топливо закончится. Так почему бы нам не использовать один источник энергии, который не иссякнет — солнце?
Солнце — великолепное существо. Он дает миру достаточно энергии, чтобы привести в действие всю цивилизацию. Единственная проблема заключается в том, как мы собираем и используем эту энергию? Что хорошего в куче свободной энергии, если мы не можем превратить ее в полезную среду? В этом и заключается проблема, и ее гораздо сложнее решить, чем вы можете себе представить.
« Подождите минутку, — говорите вы, — у нас было коммерческое солнечное электричество с 1980-х годов! И ты был бы прав, сказав это. Однако проблема не в том, как преобразовать солнечную энергию в электричество. Мы уже знаем, как это сделать, но не на таком уровне, который можно потреблять массово. Чтобы понять границы солнечной энергии, нам нужно знать, как работают солнечные батареи.
Так что присоединяйтесь ко мне, когда я копаюсь во внутренней работе солнечной энергии. Давайте подробнее рассмотрим процесс превращения солнечного света в жизнеспособный источник топлива.
Солнечная энергия начинается, как и следовало ожидать, с солнца. Тот гигантский огненный шар, который висит в небе, является идеальным источником энергии. В отличие от угля, солнце не забивает нашу атмосферу углекислым газом. Он легко доступен, поэтому нам не нужно бурить по всему миру. Работа с солнечной энергией не представляет угрозы для людей (за исключением, возможно, случайного солнечного ожога).
И больше всего солнечная энергия бесплатна. Помимо создания фактических рецепторов и обслуживания оборудования, солнечная энергия не имеет связанных с этим затрат.
Так как же все это работает?
Энергия вокруг нас в разных формах. Свет это энергия. Тепло это энергия. Движение — это энергия. Неподвижность — это (потенциальная) энергия. Солнце испускает огромное количество света, и наша цель — преобразовать эту световую энергию во что-то, что мы можем использовать, а именно в электрическую энергию.
В большинстве случаев, когда свет попадает на объект, он превращается в тепловую энергию. Вспомните свой последний визит на пляж. Когда вы сидели на солнце, ваша кожа стала горячей. Это простой факт жизни, который мы все пережили. Но существуют определенные материалы, которые преобразуют свет в энергии, отличные от тепла. Кремний является одним из таких материалов.
Когда свет попадает на кремний, он не рассеивается в виде тепла. Вместо этого электроны в молекуле кремния прыгают вокруг, производя электрический ток. Однако, чтобы использовать кремний таким способом, вам нужны большие кристаллы кремния, достаточно большие, чтобы производить заметное количество электричества.
В старых версиях солнечной технологии использовались кристаллы кремния. Как оказалось, этот метод преобразования солнечного света был не очень выполним, потому что большие кристаллы кремния трудно выращивать. Когда что-то сложно, цена остается высокой. Если цена остается высокой, широкое использование становится маловероятным.
В настоящее время солнечная технология использует другой материал. Этот новый материал состоит из меди, индия, галлия и селена и точно назван медь-индий-галлий-селенид, или CIGS. В отличие от кремния, кристаллы, сделанные из CIGS, меньше и дешевле, но они гораздо более неэффективны, чем кремний, в преобразовании солнечного света.
И вот где мы сегодня. Солнечное электричество составляет очень мало мирового производства энергии, и оно останется таким до тех пор, пока ученые не найдут новый материал, который работает так же хорошо, как кремний, или не найдут способ дешевого производства крупных кристаллов кремния.
Несмотря на то, что солнечные панели сейчас неэффективны, есть несколько методов, которые используются для улучшения сбора и хранения солнечной электроэнергии. Одним из способов является использование аккумулятора, который накапливает энергию, позволяя потреблять энергию, когда нет солнца — ночью и в пасмурные дни. Другой способ — использовать гелиостат.
Что такое гелиостат? Вы можете думать о нем как о большом зеркале (или множестве зеркал), прикрепленном к вращающемуся столбу или платформе (или множеству столбов и платформ). В отличие от солнечных батарей, гелиостаты не поглощают солнце напрямую; вместо этого они используют зеркала, чтобы перенаправить солнечный свет и направить его на неподвижные солнечные панели для поглощения.
Гелиостаты в основном контролируются компьютерами. Эти компьютеры получают определенные данные (местоположение гелиостата, расположение солнечной панели, время и дату), и данные обрабатываются до тех пор, пока компьютер не сможет рассчитать положение солнца на небе. Как только это будет сделано, компьютер отрегулирует угол зеркала так, чтобы солнечный свет отражался от него и попадал на целевую солнечную панель.
Наибольшим преимуществом гелиостата является то, что множество из них можно расположить так, чтобы они были направлены на один солнечный рецептор. В то время как обычно солнечная панель может получать только некоторое количество солнечного света, расположение гелиостатов может значительно увеличить количество преобразуемого света.
Но даже при использовании гелиостатов солнечной энергии еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем ее можно будет широко использовать. Если бы не проблема преобразования действительного солнечного света, солнечная энергия была бы самым возобновляемым, наиболее доступным и наиболее полезным для окружающей среды топливом для нашей цивилизации. То есть пока не взорвется солнце.
Изображение предоставлено: Солнечная панель , фото через Shutterstock , Солнечная панель, фото через Shutterstock