Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, saintis amat berminat dengan sumber tenaga alternatif. Minyak dan gas akan kehabisan lambat laun, jadi kita harus memikirkan bagaimana kita akan bertahan dalam keadaan ini sekarang. Kincir angin digunakan secara aktif di Eropah, seseorang cuba mengekstrak tenaga dari lautan, dan kita akan bercakap tentang tenaga suria. Lagipun, bintang yang kita lihat hampir setiap hari di langit boleh membantu kita menjimatkan sumber yang tidak boleh diperbaharui dan menambah baik alam sekitar. Nilai matahari untuk Bumi adalah sukar untuk dinilai terlalu tinggi - ia memberikan haba, cahaya dan membolehkan semua hidupan di planet ini berfungsi. Jadi mengapa tidak mencari kegunaan lain untuknya?
Sedikit sejarah
Pada pertengahan abad ke-19, ahli fizik Alexander Edmond Becquerel menemui kesan fotovoltan. Dan menjelang akhir abad ini, Charles Fritts mencipta peranti pertama yang mampu menukar tenaga suria kepada elektrik. Untuk ini, selenium yang disalut dengan lapisan nipis emas digunakan. Kesannya lemah, tetapi ciptaan ini sering dikaitkan dengan permulaan era tenaga suria. Sebahagian ulama tidak bersetuju dengan rumusan ini. Mereka menggelar pengasas era tenaga suria sebagai saintis terkenal dunia Albert Einstein. Pada tahun 1921tahun dia menerima Hadiah Nobel kerana menerangkan undang-undang kesan fotoelektrik luaran.
Nampaknya tenaga solar adalah cara pembangunan yang menjanjikan. Tetapi terdapat banyak halangan untuk memasuki setiap rumah - terutamanya ekonomi dan alam sekitar. Apakah yang membentuk kos panel solar, bahaya yang boleh mereka lakukan kepada alam sekitar dan cara lain untuk menjana tenaga, kita akan ketahui di bawah.
Kaedah penjimatan
Tugas paling mendesak yang berkaitan dengan menjinakkan tenaga matahari bukan sahaja penerimaannya, tetapi juga pengumpulannya. Dan itulah yang paling sukar. Pada masa ini, saintis telah membangunkan hanya 3 cara untuk menjinakkan tenaga suria sepenuhnya.
Yang pertama adalah berdasarkan penggunaan cermin parabola dan agak seperti bermain dengan kaca pembesar, yang biasa kepada semua orang sejak zaman kanak-kanak. Cahaya melalui kanta, berkumpul pada satu titik. Jika anda meletakkan sekeping kertas di tempat ini, ia akan menyala, kerana suhu pancaran matahari yang dipancarkan adalah sangat tinggi. Cermin parabola ialah cakera cekung yang menyerupai mangkuk cetek. Cermin ini, tidak seperti kaca pembesar, tidak menghantar, tetapi memantulkan cahaya matahari, mengumpulnya pada satu titik, yang biasanya diarahkan ke paip hitam dengan air. Warna ini digunakan kerana ia paling baik menyerap cahaya. Air dalam paip dipanaskan oleh cahaya matahari dan boleh digunakan untuk menjana elektrik atau memanaskan rumah kecil.
Pemanas Rata
Kaedah ini menggunakansistem yang sama sekali berbeza. Penerima tenaga suria kelihatan seperti struktur berbilang lapisan. Prinsip operasinya kelihatan seperti ini.
Melalui kaca, sinaran mengenai logam gelap, yang, seperti yang anda tahu, menyerap cahaya dengan lebih baik. Sinaran suria bertukar menjadi tenaga haba dan memanaskan air, yang berada di bawah plat besi. Selanjutnya, semuanya berlaku seperti dalam kaedah pertama. Air yang dipanaskan boleh digunakan sama ada untuk pemanasan ruang atau untuk menjana tenaga elektrik. Benar, keberkesanan kaedah ini tidak cukup tinggi untuk digunakan di mana-mana sahaja.
Sebagai peraturan, tenaga suria yang diperoleh dengan cara ini ialah haba. Untuk menjana elektrik, kaedah ketiga lebih kerap digunakan.
Sel suria
Paling penting kita sudah biasa dengan cara mendapatkan tenaga ini. Ia melibatkan penggunaan pelbagai bateri atau panel solar, yang boleh didapati di bumbung banyak rumah moden. Kaedah ini lebih rumit daripada yang diterangkan sebelum ini, tetapi jauh lebih menjanjikan. Dialah yang memungkinkan untuk menukar tenaga suria kepada elektrik pada skala perindustrian.
Panel khas yang direka untuk menangkap sinar dibuat daripada kristal silikon yang diperkaya. Cahaya matahari, jatuh pada mereka, mengetuk elektron keluar dari orbit. Satu lagi segera berusaha untuk mengambil tempatnya, dengan itu rantai bergerak berterusan diperolehi, yang menghasilkan arus. Jika perlu, ia segera digunakan untuk menyediakan peranti atau terkumpul dalam bentukelektrik dalam bateri khas.
Kepopularan kaedah ini dibenarkan oleh fakta bahawa ia membolehkan anda mendapatkan lebih daripada 120 watt daripada hanya satu meter persegi panel solar. Pada masa yang sama, panel mempunyai ketebalan yang agak kecil, yang membolehkannya diletakkan hampir di mana-mana sahaja.
Jenis panel silikon
Terdapat beberapa jenis sel suria. Yang pertama dibuat menggunakan silikon kristal tunggal. Kecekapan mereka adalah kira-kira 15%. Panel solar ini adalah yang paling mahal.
Kecekapan unsur yang diperbuat daripada silikon polihablur mencapai 11%. Kosnya lebih murah, kerana bahan untuk mereka diperoleh menggunakan teknologi yang dipermudahkan. Jenis ketiga adalah yang paling menjimatkan dan mempunyai kecekapan minimum. Ini adalah panel yang diperbuat daripada silikon amorf, iaitu, bukan kristal. Selain kecekapan rendah, ia mempunyai satu lagi kelemahan ketara - kerapuhan.
Sesetengah pengeluar menggunakan kedua-dua belah panel solar untuk meningkatkan kecekapan - belakang dan depan. Ini membolehkan anda menangkap cahaya dalam jumlah yang besar dan meningkatkan jumlah tenaga yang diterima sebanyak 15-20%.
Pengeluar domestik
Tenaga suria di Bumi semakin meluas. Malah di negara kita, mereka berminat untuk mengkaji industri ini. Walaupun pembangunan tenaga alternatif tidak begitu aktif di Rusia, beberapa kejayaan telah dicapai. Pada masa ini, beberapa organisasi terlibat dalam penciptaan panel untuk tenaga suria - terutamanyainstitut saintifik pelbagai bidang dan kilang untuk pengeluaran peralatan elektrik.
- NPF "Kvark".
- Loji Mekanikal OJSC Kovrov.
- Institut Penyelidikan Elektrifikasi Pertanian Seluruh Rusia.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Loji Ryazan peranti logam-seramik".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Ini hanya sebahagian kecil daripada perusahaan yang terlibat secara aktif dalam pembangunan tenaga alternatif di Rusia.
Impak alam sekitar
Penolakan sumber tenaga arang batu dan minyak dikaitkan bukan sahaja dengan fakta bahawa sumber ini akan kehabisan lambat laun. Hakikatnya ialah mereka sangat merosakkan alam sekitar - mereka mencemarkan tanah, udara dan air, menyumbang kepada perkembangan penyakit pada manusia dan mengurangkan imuniti. Itulah sebabnya sumber tenaga alternatif mestilah mesra alam.
Silikon, yang digunakan untuk membuat sel fotovoltaik, adalah selamat kerana ia adalah bahan semula jadi. Tetapi selepas membersihkannya, sisa kekal. Merekalah yang boleh membahayakan manusia dan alam sekitar jika digunakan secara tidak wajar.
Selain itu, di kawasan yang dipenuhi sepenuhnya dengan panel solar, pencahayaan semula jadi mungkin terganggu. Ini akan membawa kepada perubahan dalam ekosistem sedia ada. Tetapi secara umum, kesan persekitaran peranti yang direka untuk menukar tenaga suria adalah minimum.
Ekonomi
Kos terbesar untuk pengeluaran panel solar dikaitkan dengan kos bahan mentah yang tinggi. Seperti yang telah kita ketahui, panel khas dibuat menggunakan silikon. Walaupun fakta bahawa mineral ini diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi, terdapat masalah besar yang berkaitan dengan pengekstrakannya. Hakikatnya ialah silikon, yang membentuk lebih daripada satu perempat daripada jisim kerak bumi, tidak sesuai untuk pengeluaran sel suria. Untuk tujuan ini, hanya bahan paling tulen yang diperoleh melalui kaedah perindustrian yang sesuai. Malangnya, mendapatkan silikon paling tulen daripada pasir adalah sangat bermasalah.
Harga sumber ini setanding dengan uranium yang digunakan dalam loji tenaga nuklear. Itulah sebabnya kos panel solar pada masa ini kekal pada tahap yang agak tinggi.
Teknologi moden
Percubaan pertama untuk menjinakkan tenaga suria telah muncul lama dahulu. Sejak itu, ramai saintis telah terlibat secara aktif dalam mencari peralatan yang paling cekap. Ia sepatutnya bukan sahaja kos efektif, tetapi juga padat. Kecekapannya harus diusahakan secara maksimum.
Langkah pertama ke arah peranti yang ideal untuk menerima dan menukar tenaga suria telah dibuat dengan ciptaan bateri silikon. Sudah tentu, harganya agak tinggi, tetapi panel boleh diletakkan di atas bumbung dan dinding rumah, di mana mereka tidak akan mengganggu sesiapa pun. Dan kecekapan bateri sedemikian tidak dapat dinafikan.
Tetapi cara terbaik untuk meningkatkan populariti tenaga suria adalah dengan menjadikannya lebih murah. Para saintis Jerman telah pun mencadangkan untuk menggantikan silikon dengan gentian sintetik yang boleh disepadukankain atau bahan lain. Kecekapan bateri solar sedemikian tidak begitu tinggi. Tetapi baju yang diselangi dengan gentian sintetik sekurang-kurangnya boleh membekalkan elektrik kepada telefon pintar atau pemain. Kerja-kerja juga sedang giat dijalankan dalam bidang nanoteknologi. Berkemungkinan mereka akan membenarkan matahari menjadi sumber tenaga paling popular abad ini. Pakar Scates AS dari Norway telah pun menyatakan bahawa teknologi nano akan mengurangkan kos panel solar sebanyak 2 kali ganda.
Tenaga suria untuk rumah
Perumahan mandiri adalah impian ramai: tiada pergantungan pada pemanasan berpusat, tiada masalah dengan membayar bil dan tiada bahaya kepada alam sekitar. Sudah, banyak negara sedang giat membina perumahan yang hanya menggunakan tenaga yang diperoleh daripada sumber alternatif. Contoh yang menarik ialah rumah solar yang dipanggil.
Semasa proses pembinaan, ia akan memerlukan lebih banyak pelaburan daripada yang tradisional. Tetapi selepas beberapa tahun beroperasi, semua kos akan dibayar - anda tidak perlu membayar untuk pemanasan, air panas dan elektrik. Di rumah solar, semua komunikasi ini diikat pada panel fotovoltaik khas yang diletakkan di atas bumbung. Selain itu, sumber tenaga yang diperoleh dengan cara ini bukan sahaja dibelanjakan untuk keperluan semasa, tetapi juga terkumpul untuk kegunaan pada waktu malam dan dalam cuaca mendung.
Pada masa ini, pembinaan rumah sedemikian dijalankan bukan sahaja di negara berhampiran khatulistiwa, di mana ia adalah paling mudah untuk mendapatkan tenaga suria. Mereka juga didirikan diKanada, Finland dan Sweden.
Kebaikan dan keburukan
Pembangunan teknologi yang membolehkan penggunaan tenaga suria di mana-mana boleh menjadi lebih aktif. Tetapi ada sebab tertentu mengapa ini masih tidak menjadi keutamaan. Seperti yang kami katakan di atas, semasa pengeluaran panel, bahan berbahaya kepada alam sekitar dihasilkan. Selain itu, peralatan siap mengandungi galium, arsenik, kadmium dan plumbum.
Keperluan untuk mengitar semula panel fotovoltaik juga menimbulkan banyak persoalan. Selepas 50 tahun beroperasi, ia akan menjadi tidak boleh digunakan dan perlu dimusnahkan entah bagaimana. Adakah ia akan menyebabkan kemudaratan yang besar kepada alam semula jadi? Ia juga patut dipertimbangkan bahawa tenaga suria adalah sumber yang berubah-ubah, kecekapannya bergantung pada masa hari dan cuaca. Dan ini adalah kelemahan yang ketara.
Tetapi, sudah tentu, ada kelebihannya. Tenaga suria boleh dilombong hampir di mana-mana sahaja di Bumi, dan peralatan untuk menghasilkan dan menukarnya boleh cukup kecil untuk dimuatkan di belakang telefon pintar. Lebih penting lagi, ia adalah sumber yang boleh diperbaharui, iaitu, jumlah tenaga suria akan kekal tidak berubah untuk sekurang-kurangnya seribu tahun lagi.
Prospek
Pembangunan teknologi dalam bidang tenaga suria seharusnya membawa kepada pengurangan kos penciptaan unsur. Panel kaca sudah muncul yang boleh dipasang pada tingkap. Perkembangan nanoteknologi telah memungkinkan untuk mencipta cat yang akan disembur ke panel solar dan boleh menggantikan lapisan silikon. Jika kos tenaga solar benar-benar turun beberapa kali, popularitinya juga akan meningkat berlipat kali ganda.
Mencipta panel kecil untuk kegunaan individu akan membolehkan orang ramai menggunakan tenaga solar dalam sebarang persekitaran - di rumah, di dalam kereta atau malah di luar bandar. Terima kasih kepada pengedarannya, beban pada grid kuasa terpusat akan berkurangan, kerana orang ramai akan dapat mengecas sendiri elektronik kecil.
Pakar shell percaya bahawa menjelang 2040 kira-kira separuh daripada tenaga dunia akan dijana daripada sumber boleh diperbaharui. Kini di Jerman, penggunaan tenaga suria semakin aktif, dan kuasa bateri melebihi 35 Gigawatt. Jepun juga sedang giat membangunkan industri ini. Kedua-dua negara ini adalah peneraju dalam penggunaan tenaga suria di dunia. Amerika Syarikat mungkin akan menyertai mereka tidak lama lagi.
Sumber tenaga alternatif lain
Para saintis tidak berhenti membingungkan tentang apa lagi yang boleh digunakan untuk menjana elektrik atau haba. Berikut ialah contoh sumber tenaga alternatif yang paling menjanjikan.
Kincir angin kini boleh ditemui di hampir mana-mana negara. Malah di jalan-jalan di banyak bandar Rusia, tanglung dipasang yang menyediakan diri mereka dengan elektrik daripada tenaga angin. Sudah tentu kos mereka lebih tinggi daripada purata, tetapi lama-kelamaan mereka akan menebus perbezaan ini.
Sudah lama dahulu, teknologi dicipta yang membolehkan anda mendapatkan tenaga menggunakanperbezaan suhu air di permukaan lautan dan di kedalaman. China sedang giat membangunkan hala tuju ini. Pada tahun-tahun akan datang, di luar pantai Kerajaan Tengah, mereka akan membina loji kuasa terbesar yang beroperasi pada teknologi ini. Terdapat cara lain untuk menggunakan laut. Contohnya, di Australia mereka merancang untuk mencipta loji kuasa yang menjana tenaga daripada daya arus.
Terdapat banyak cara lain untuk menjana elektrik atau haba. Tetapi dengan latar belakang banyak pilihan lain, tenaga suria benar-benar arah yang menjanjikan dalam pembangunan sains.
