In onlangse jare het wetenskaplikes veral in alternatiewe energiebronne belang gestel. Olie en gas sal vroeër of later opraak, so ons moet dink oor hoe ons nou in hierdie situasie sal oorleef. Windpompe word aktief in Europa gebruik, iemand probeer energie uit die see onttrek, en ons sal oor sonenergie praat.’n Ster wat ons byna elke dag in die lug sien, kan ons immers help om nie-hernubare hulpbronne te bespaar en die omgewing te verbeter. Die waarde van die son vir die Aarde is moeilik om te oorskat – dit gee hitte, lig en laat alle lewe op die planeet funksioneer. So hoekom nie 'n ander gebruik daarvoor vind nie?
'n bietjie geskiedenis
In die middel van die 19de eeu het die fisikus Alexander Edmond Becquerel die fotovoltaïese effek ontdek. En teen die einde van die eeu het Charles Fritts die eerste toestel geskep wat sonenergie in elektrisiteit kan omskakel. Hiervoor is selenium wat met 'n dun lagie goud bedek is, gebruik. Die effek was swak, maar hierdie uitvinding word dikwels geassosieer met die begin van die era van sonenergie. Sommige geleerdes stem nie saam met hierdie formulering nie. Hulle noem die stigter van die era van sonenergie die wêreldberoemde wetenskaplike Albert Einstein. In 1921jaar ontvang hy die Nobelprys vir die verduideliking van die wette van die eksterne foto-elektriese effek.
Dit wil voorkom asof sonenergie 'n belowende manier van ontwikkeling is. Maar daar is baie struikelblokke vir dit om elke huis binne te gaan - hoofsaaklik ekonomies en omgewings. Wat die koste van sonpanele uitmaak, watter skade dit aan die omgewing kan aanrig en watter ander maniere om energie op te wek, sal ons hieronder uitvind.
Spaarmetodes
Die mees dringende taak wat verband hou met die tem van die energie van die son is nie net die ontvangs daarvan nie, maar ook die ophoping daarvan. En dit is wat die moeilikste is. Tans het wetenskaplikes net 3 maniere ontwikkel om sonenergie ten volle te tem.
Die eerste is gebaseer op die gebruik van 'n paraboliese spieël en is 'n bietjie soos om met 'n vergrootglas te speel, wat van kleins af aan almal bekend is. Lig gaan deur die lens en versamel op een punt. As jy 'n stuk papier op hierdie plek sit, sal dit verlig, want die temperatuur van die gekruisde sonstrale is ongelooflik hoog. 'n Paraboliese spieël is 'n konkawe skyf wat soos 'n vlak bak lyk. Hierdie spieël, anders as 'n vergrootglas, gee nie deur nie, maar weerkaats sonlig en versamel dit op 'n punt, wat gewoonlik na 'n swart pyp met water gerig word. Hierdie kleur word gebruik omdat dit lig die beste absorbeer. Die water in die pyp word deur sonlig verhit en kan gebruik word om elektrisiteit op te wek of om klein huisies te verhit.
Plat Verwarmer
Hierdie metode gebruik'n heeltemal ander stelsel. Die sonkrag-ontvanger lyk soos 'n meerlaagstruktuur. Die beginsel van die werking daarvan lyk so.
Deur die glas te gaan, tref die strale die verduisterde metaal, wat, soos jy weet, lig beter absorbeer. Sonstraling verander in termiese energie en verhit die water, wat onder die ysterplaat is. Verder gebeur alles soos in die eerste metode. Die verhitte water kan óf vir ruimteverhitting óf vir die opwekking van elektriese energie gebruik word. Die doeltreffendheid van hierdie metode is weliswaar nie hoog genoeg om oral gebruik te word nie.
In die reël is die sonenergie wat op hierdie manier verkry word, hitte. Om elektrisiteit op te wek word die derde metode baie meer gereeld gebruik.
Sonneselle
Die meeste van alles is ons bekend met hierdie manier om energie te verkry. Dit behels die gebruik van verskeie batterye of sonpanele, wat op die dakke van baie moderne huise gevind kan word. Hierdie metode is meer ingewikkeld as wat voorheen beskryf is, maar is baie meer belowend. Dit is hy wat dit moontlik maak om sonenergie op industriële skaal in elektrisiteit om te skakel.
Spesiale panele wat ontwerp is om strale vas te vang, word gemaak van verrykte silikonkristalle. Sonlig wat op hulle val, slaan die elektron uit 'n wentelbaan. 'n Ander een streef dadelik daarna om sy plek in te neem, dus word 'n aaneenlopende bewegende ketting verkry, wat 'n stroom skep. Indien nodig, word dit onmiddellik gebruik om toestelle te verskaf of in die vorm opgehoopelektrisiteit in spesiale batterye.
Die gewildheid van hierdie metode word geregverdig deur die feit dat dit jou toelaat om meer as 120 watt van net een vierkante meter sonpanele te kry. Terselfdertyd het die panele 'n relatief klein dikte, wat dit moontlik maak om hulle byna oral geplaas te word.
Tipes silikonpanele
Daar is verskeie soorte sonselle. Die eerste is gemaak met behulp van enkelkristal silikon. Hul doeltreffendheid is ongeveer 15%. Hierdie sonpanele is die duurste.
Doeltreffendheid van elemente gemaak van polikristallyne silikon bereik 11%. Hulle kos minder, aangesien die materiaal vir hulle verkry word met behulp van 'n vereenvoudigde tegnologie. Die derde tipe is die mees ekonomiese en het 'n minimum doeltreffendheid. Dit is panele gemaak van amorfe silikon, dit wil sê, nie-kristallyn. Benewens lae doeltreffendheid het hulle nog 'n beduidende nadeel - broosheid.
Sommige vervaardigers gebruik albei kante van die sonpaneel om doeltreffendheid te verhoog – agter en voor. Dit laat jou toe om lig in groot volumes vas te vang en verhoog die hoeveelheid energie wat ontvang word met 15-20%.
Binnelandse vervaardigers
Sonenergie op Aarde word meer wydverspreid. Selfs in ons land stel hulle belang om hierdie bedryf te bestudeer. Ten spyte van die feit dat die ontwikkeling van alternatiewe energie nie baie aktief in Rusland is nie, is 'n mate van sukses behaal. Tans is verskeie organisasies besig met die skepping van panele vir sonenergie – hoofsaaklikwetenskaplike institute van verskeie velde en fabrieke vir die vervaardiging van elektriese toerusting.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Meganiese Aanleg.
- All-Russiese Navorsingsinstituut vir Elektrifisering van Landbou.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazan-aanleg van metaal-keramiektoestelle".
- JSC Pravdinsky-loodsaanleg van kragbronne Pozit.
Dit is slegs 'n klein deel van die ondernemings wat aktief betrokke is by die ontwikkeling van alternatiewe energie in Rusland.
Omgewingsimpak
Verwerping van steenkool- en oliebronne van energie hou nie net verband met die feit dat hierdie hulpbronne vroeër of later sal opraak nie. Die feit is dat hulle die omgewing baie benadeel - hulle besoedel die grond, lug en water, dra by tot die ontwikkeling van siektes by mense en verminder immuniteit. Daarom moet alternatiewe energiebronne omgewingsvriendelik wees.
Silicon, wat gebruik word om fotovoltaïese selle te maak, is self veilig aangesien dit 'n natuurlike materiaal is. Maar nadat dit skoongemaak is, bly afval oor. Dit is diegene wat mense en die omgewing kan benadeel as dit onbehoorlik gebruik word.
Boonop, in 'n gebied wat heeltemal met sonpanele gevul is, kan natuurlike beligting ontwrig word. Dit sal lei tot veranderinge in die bestaande ekosisteem. Maar oor die algemeen is die omgewingsimpak van toestelle wat ontwerp is om sonenergie om te skakel minimaal.
Ekonomie
Die grootste koste vir die vervaardiging van sonpanele word geassosieer met die hoë koste van grondstowwe. Soos ons reeds uitgevind het, word spesiale panele met silikon geskep. Ten spyte van die feit dat hierdie mineraal wydverspreid in die natuur voorkom, is daar groot probleme verbonde aan die ontginning daarvan. Die feit is dat silikon, wat meer as 'n kwart van die massa van die aardkors uitmaak, nie geskik is vir die vervaardiging van sonselle nie. Vir hierdie doeleindes is slegs die suiwerste materiaal wat deur 'n industriële metode verkry word, geskik. Ongelukkig is dit uiters problematies om die suiwerste silikon uit sand te kry.
Die prys van hierdie hulpbron is vergelykbaar met die uraan wat in kernkragsentrales gebruik word. Dit is hoekom die koste van sonpanele tans op 'n redelik hoë vlak bly.
Moderne tegnologie
Die eerste pogings om sonenergie te tem het lank gelede verskyn. Sedertdien is baie wetenskaplikes aktief betrokke by die soeke na die doeltreffendste toerusting. Dit moet nie net koste-effektief wees nie, maar ook kompak. Die doeltreffendheid daarvan moet tot die maksimum streef.
Die eerste stappe na 'n ideale toestel vir die ontvangs en omskakeling van sonenergie is gemaak met die uitvinding van silikonbatterye. Die prys is natuurlik redelik hoog, maar die panele kan op die dakke en mure van huise geplaas word, waar dit niemand sal pla nie. En die doeltreffendheid van sulke batterye is onbetwisbaar.
Maar die beste manier om die gewildheid van sonkrag te verhoog, is om dit goedkoper te maak. Duitse wetenskaplikes het reeds voorgestel om silikon te vervang met sintetiese vesels waarin geïntegreer kan wordstof of ander materiale. Die doeltreffendheid van so 'n sonkragbattery is nie baie hoog nie. Maar 'n hemp afgewissel met sintetiese vesels kan ten minste elektrisiteit aan 'n slimfoon of speler verskaf. Werk word ook aktief op die gebied van nanotegnologie uitgevoer. Dit is waarskynlik dat hulle die son hierdie eeu sal toelaat om die gewildste bron van energie te word. Scates AS-spesialiste van Noorweë het reeds verklaar dat nanotegnologie die koste van sonpanele met 2 keer sal verminder.
Sonenergie vir die huis
Selfonderhoudende behuising is 'n droom van baie: geen afhanklikheid van gesentraliseerde verwarming, geen probleme met die betaling van rekeninge en geen skade aan die omgewing nie. Baie lande bou reeds aktief behuising wat slegs energie verbruik wat van alternatiewe bronne verkry word. 'n Treffende voorbeeld is die sogenaamde sonkraghuis.
Gedurende die konstruksieproses sal dit meer belegging verg as die tradisionele een. Maar na 'n paar jaar se bedryf sal alle kostes betaal word - jy hoef nie vir verwarming, warm water en elektrisiteit te betaal nie. In 'n sonkraghuis is al hierdie kommunikasie gekoppel aan spesiale fotovoltaïese panele wat op die dak geplaas is. Boonop word die energiebronne wat op hierdie manier verkry word nie net aan huidige behoeftes bestee nie, maar ook opgehoop vir gebruik in die nag en in bewolkte weer.
Tans word die bou van sulke huise nie net in lande naby die ewenaar uitgevoer nie, waar dit die maklikste is om sonkrag te verkry. Hulle word ook opgerig inKanada, Finland en Swede.
Voor- en nadele
Die ontwikkeling van tegnologieë wat die gebruik van sonkrag oral moontlik maak, kan meer aktief wees. Maar daar is sekere redes waarom dit steeds nie 'n prioriteit is nie. Soos ons hierbo gesê het, word tydens die vervaardiging van panele stowwe geproduseer wat skadelik is vir die omgewing. Daarbenewens bevat die voltooide toerusting gallium, arseen, kadmium en lood.
Die behoefte om fotovoltaïese panele te herwin laat ook baie vrae ontstaan. Na 50 jaar se werking sal hulle onbruikbaar word en op een of ander manier vernietig moet word. Sal dit enorme skade aan die natuur veroorsaak? Dit is ook die moeite werd om te oorweeg dat sonenergie 'n wispelturige hulpbron is, waarvan die doeltreffendheid afhang van die tyd van die dag en weer. En dit is 'n beduidende nadeel.
Maar, natuurlik, daar is pluspunte. Sonenergie kan byna enige plek op aarde ontgin word, en die toerusting om dit te vervaardig en om te skakel, kan klein genoeg wees om op die agterkant van 'n slimfoon te pas. Nog belangriker, dit is 'n hernubare hulpbron, dit wil sê die hoeveelheid sonenergie sal vir ten minste nog duisend jaar onveranderd bly.
Vooruitsigte
Die ontwikkeling van tegnologieë op die gebied van sonenergie behoort tot 'n vermindering in die koste van die skep van elemente te lei. Glaspanele verskyn reeds wat op vensters geïnstalleer kan word. Die ontwikkeling van nanotegnologie het dit moontlik gemaak om’n verf uit te vind wat op sonpanele gespuit sal word en die silikonlaag kan vervang. As die koste van sonenergie werklik 'n paar keer daal, sal die gewildheid daarvan ook baie keer toeneem.
Die skep van klein panele vir individuele gebruik sal mense in staat stel om sonenergie in enige omgewing te gebruik – by die huis, in die motor of selfs buite die stad. Danksy hul verspreiding sal die las op die gesentraliseerde kragnetwerk verminder, aangesien mense self klein elektronika sal kan laai.
Shell-kenners glo dat teen 2040 ongeveer die helfte van die wêreld se energie uit hernubare hulpbronne gegenereer sal word. Reeds nou in Duitsland groei die verbruik van sonenergie aktief, en die batterykrag is meer as 35 Gigawatt. Japan is ook aktief besig om hierdie bedryf te ontwikkel. Hierdie twee lande is die leiers in die verbruik van sonenergie in die wêreld. Die Verenigde State sal waarskynlik binnekort by hulle aansluit.
Ander alternatiewe energiebronne
Wetenskaplikes hou nie op om te kopkrap oor wat nog gebruik kan word om elektrisiteit of hitte op te wek nie. Hier is voorbeelde van die mees belowende alternatiewe energiebronne.
Windpompe kan nou in byna enige land gevind word. Selfs op die strate van baie Russiese stede word lanterns geïnstalleer wat hulself van elektrisiteit van windenergie voorsien. Hulle koste is sekerlik hoër as die gemiddelde, maar met verloop van tyd sal hulle vir hierdie verskil opmaak.
Baie lank gelede is 'n tegnologie uitgevind wat jou toelaat om energie te gebruikverskil in watertemperatuur aan die oppervlak van die see en op die diepte. China gaan aktief hierdie rigting ontwikkel. In die komende jare, aan die kus van die Middelryk, gaan hulle die grootste kragsentrale bou wat op hierdie tegnologie werk. Daar is ander maniere om die see te gebruik. Byvoorbeeld, in Australië beplan hulle om 'n kragsentrale te skep wat energie opwek uit die krag van die strome.
Daar is baie ander maniere om elektrisiteit of hitte op te wek. Maar teen die agtergrond van baie ander opsies is sonenergie werklik 'n belowende rigting in die ontwikkeling van wetenskap.
