Danes je energija prihodnosti: kako delujejo sončni paneli in heliostati?

Oglas

Obnovljivi viri. To je težava, s katero se srečujemo vsak dan, ne glede na to, ali se zavedamo ali ne. Z vsako črpalko plinskega ročaja, z vsakim pritiskom pospeševalnika avtomobila, z vsakim vtičem naših polnilcev pametnih telefonov porabimo gorivo. In nekega dne bo tega goriva zmanjkalo Zakaj torej ne uporabimo enega vira energije, ki ga ne bo zmanjkalo - sonca?

Sonce je veličastna entiteta. Svetu zagotavlja dovolj energije, da napaja vso civilizacijo. Edini problem je, kako ujeti in izkoristiti to energijo? Kakšno dobro je kup brezplačne energije, če je ne moremo pretvoriti v uporaben medij? V tem je vprašanje, ki ga je veliko težje rešiti, kot si morda predstavljate.

“Počakaj minuto" Ti rečeš, "smo imeli komercialno sončno elektriko od osemdesetih let naprej!"In prav bi bilo, če bi to rekel. Vendar težava ni v tem kako pretvoriti sončno energijo v električno energijo. Že to vemo, kako to storiti - samo ne na ravni, ki jo je mogoče množično zaužiti. Da bi razumeli meje sončne energije, moramo vedeti, kako delujejo sončne plošče.

Pridružite se mi, ko se vkopavam v notranje delovanje sončne energije. Oglejmo si podrobneje postopek preoblikovanja sončne svetlobe v dober vir goriva.

Sončna energija se začne, kot bi pričakovali, s soncem. Ta velikanska krogla ognja, ki visi na nebu, je popoln vir energije. Za razliko od premoga naše sonce ne zamaši ogljikovega dioksida. Je lahko dostopen, zato nam ni treba vrtati po svetu. Delo s sončno energijo ne ogroža ljudi (razen morda občasnih sončnih opeklin).

Najbolj pa je, da je sončna energija brezplačna. Poleg gradnje dejanskih receptorjev in vzdrževanja opreme sončna energija z njo nima stroškov.

Kako torej deluje?

Energija je povsod okoli nas v različnih oblikah. Svetloba je energija. Toplota je energija. Gibanje je energija. Tihost je (potencialna) energija. Sonce oddaja ogromno količino svetlobe in naš cilj je pretvoriti to svetlobno energijo v nekaj, kar lahko uporabimo, to je električno energijo.

V večini primerov, ko svetloba zadene predmet, se ta pretvori v toplotno energijo. Pomislite na svoj zadnji obisk plaže. Ko ste sedeli na soncu, vam je koža postajala vroča. Preprosto življenje smo vsi doživeli. Obstajajo pa določeni materiali, ki pretvorijo svetlobo v druge energije, razen v toploto. Silicij je eden teh materialov.

Ko svetloba zadene silicij, ne izgublja toplote. Namesto tega se elektroni v molekuli silicija skočijo naokoli, kar proizvaja električni tok. Da pa boste silicij izkoristili na ta način, potrebujete velike silicijeve kristale, ki so dovolj veliki, da ustvarijo opazne količine električne energije.

V starejših različicah sončne tehnologije so bili uporabljeni silikonski kristali. Kot se je izkazalo, ta metoda pretvorbe sončne svetlobe ni bila zelo izvedljiva, saj je velikih silicijevih kristalov težko rasti. Kadar je nekaj težko, ostane cena visoka. Če cena ostane visoka, postane široka uporaba malo verjetna.

Dandanes sončna tehnologija uporablja drugačen material. Ta nov material je sestavljen iz bakra, indija, galija in selena in je imenovan bakar-indij-galij-selenid ali CIGS. Za razliko od silicija so kristali, izdelani iz CIGS, manjši in cenejši, vendar so pri pretvorbi sončne svetlobe veliko bolj neučinkoviti od silicija.

In tu smo danes. Sončna elektrika predstavlja zelo malo svetovne proizvodnje energije in tako bo ostalo do znanstvenikov bodisi poiščite nov material, ki deluje tako dobro, kot silicij ali odkrijte metodo poceni izdelave velikega silicija kristali.

Ker so sončne plošče trenutno neučinkovite, obstaja nekaj metod, ki se uporabljajo za izboljšanje zajema in shranjevanja sončne električne energije. Eden od načinov je uporaba baterije, ki shranjuje energijo in omogoča porabo, kadar ni sonca - ponoči in v oblačnih dneh. Drug način je uporaba heliostata.

Kaj je heliostat? Lahko si zamislite kot veliko ogledalo (ali veliko ogledal), pritrjeno na vrtljiv drog ali ploščad (ali na številne drogove in platforme). Za razliko od sončnih plošč heliostati ne absorbirajo sonca neposredno; namesto tega z zrcali preusmerijo sončno svetlobo in jo usmerjajo na nepremične sončne plošče za absorpcijo.

Heliostati večinoma nadzorujejo računalniki. Ti računalniki napajajo določene koščke podatkov (lokacija heliostata, lokacija sonca plošča, čas in datum) in podatki se drobijo, dokler računalnik ne more izračunati položaja sonca v nebo. Ko to stori, računalnik prilagodi kot zrcala, da se bo sončna svetloba odbila od njega in udarila v ciljno sončno ploščo.

Največja korist heliostata je, da je mogoče množico le-teh urediti tako, da bo usmerjena na en sam sončni receptor. Medtem ko običajno sončna plošča lahko prejema le nekaj sončne svetlobe, lahko razpored heliostatov drastično poveča količino pretvorjene svetlobe.

Toda tudi pri heliostatih ima sončna energija še veliko poti, preden jo je mogoče uporabiti v širokem obsegu. Če ne bi bil problem pretvarjanje dejanska sončna svetloba bi bila sončna energija najbolj obnovljivo, najbolj dostopno in najbolj zdravo za okolje gorivo za našo civilizacijo. Se pravi, dokler sonce ne eksplodira.

Kreditna slika: Ilustracija sončne plošče Via Shutterstock, Fotografija sončne plošče prek Shutterstocka