V posledných rokoch sa vedci zaujímali najmä o alternatívne zdroje energie. Ropa a plyn sa skôr či neskôr minú, takže musíme myslieť na to, ako v tejto situácii prežijeme už teraz. V Európe sa aktívne využívajú veterné mlyny, niekto sa snaží získavať energiu z oceánu a budeme hovoriť o slnečnej energii. Hviezda, ktorú vidíme takmer každý deň na oblohe, nám totiž môže pomôcť zachrániť neobnoviteľné zdroje a zlepšiť životné prostredie. Hodnotu slnka pre Zem je ťažké preceňovať – dáva teplo, svetlo a umožňuje fungovanie všetkého života na planéte. Tak prečo pre to nenájdete iné využitie?
Trošku histórie
V polovici 19. storočia fyzik Alexander Edmond Becquerel objavil fotovoltaický efekt. A do konca storočia vytvoril Charles Fritts prvé zariadenie schopné premeniť slnečnú energiu na elektrinu. Na to bol použitý selén potiahnutý tenkou vrstvou zlata. Účinok bol slabý, no tento vynález sa často spája so začiatkom éry slnečnej energie. Niektorí vedci s touto formuláciou nesúhlasia. Za zakladateľa éry slnečnej energie nazývajú svetoznámeho vedca Alberta Einsteina. V roku 1921roku dostal Nobelovu cenu za vysvetlenie zákonov vonkajšieho fotoelektrického javu.
Zdá sa, že solárna energia je sľubným spôsobom rozvoja. Do každej domácnosti však bráni množstvo prekážok – najmä ekonomických a ekologických. Čo tvoria náklady na solárne panely, aké škody môžu spôsobiť životné prostredie a aké ďalšie spôsoby výroby energie sa dozvieme nižšie.
Metódy sporenia
Najnaliehavejšou úlohou spojenou s krotením slnečnej energie je nielen jej príjem, ale aj jej akumulácia. A to je to najťažšie. V súčasnosti vedci vyvinuli iba 3 spôsoby, ako úplne skrotiť slnečnú energiu.
Prvá je založená na použití parabolického zrkadla a je tak trochu ako hra s lupou, ktorú pozná každý už od detstva. Svetlo prechádza šošovkou a zhromažďuje sa v jednom bode. Ak na toto miesto vložíte papierik, rozsvieti sa, pretože teplota skrížených slnečných lúčov je neskutočne vysoká. Parabolické zrkadlo je konkávny disk pripomínajúci plytkú misku. Toto zrkadlo, na rozdiel od lupy, neprepúšťa, ale odráža slnečné svetlo, zhromažďuje ho v jednom bode, ktorý je zvyčajne nasmerovaný na čiernu rúrku s vodou. Táto farba sa používa, pretože najlepšie absorbuje svetlo. Voda v potrubí sa ohrieva slnečným žiarením a môže sa použiť na výrobu elektriny alebo na vykurovanie malých domov.
Plochý ohrievač
Táto metóda používaúplne iný systém. Prijímač solárnej energie vyzerá ako viacvrstvová štruktúra. Princíp jeho fungovania vyzerá takto.
Lúče, ktoré prechádzajú cez sklo, dopadajú na stmavnutý kov, ktorý, ako viete, lepšie pohlcuje svetlo. Slnečné žiarenie sa mení na tepelnú energiu a ohrieva vodu, ktorá je pod železnou doskou. Ďalej sa všetko deje ako v prvej metóde. Ohriata voda môže byť použitá buď na vykurovanie priestorov alebo na výrobu elektrickej energie. Je pravda, že účinnosť tejto metódy nie je dostatočne vysoká, aby sa dala použiť všade.
Slnečná energia získaná týmto spôsobom je spravidla teplo. Na výrobu elektriny sa oveľa častejšie používa tretí spôsob.
Solárne články
Zo všetkého najviac poznáme tento spôsob získavania energie. Ide o využitie rôznych batérií či solárnych panelov, ktoré nájdeme na strechách mnohých moderných domov. Táto metóda je zložitejšia ako predtým opísané, ale je oveľa sľubnejšia. Je to on, kto umožňuje premeniť slnečnú energiu na elektrickú energiu v priemyselnom meradle.
Špeciálne panely určené na zachytávanie lúčov sú vyrobené z obohatených kremíkových kryštálov. Slnečné svetlo, ktoré na ne dopadá, vytlačí elektrón z obežnej dráhy. Iný sa okamžite snaží zaujať jeho miesto, čím sa získa súvislý pohyblivý reťazec, ktorý vytvára prúd. Ak je to potrebné, okamžite sa použije na poskytnutie zariadení alebo sa nahromadí vo formeelektrina v špeciálnych batériách.
Obľúbenosť tejto metódy je odôvodnená skutočnosťou, že umožňuje získať viac ako 120 wattov len z jedného štvorcového metra solárnych panelov. Panely majú zároveň relatívne malú hrúbku, čo umožňuje ich umiestnenie takmer kdekoľvek.
Typy silikónových panelov
Existuje niekoľko typov solárnych článkov. Prvé sú vyrobené s použitím monokryštálového kremíka. Ich účinnosť je asi 15%. Tieto solárne panely sú najdrahšie.
Účinnosť prvkov vyrobených z polykryštalického kremíka dosahuje 11%. Sú lacnejšie, pretože materiál pre nich sa získava pomocou zjednodušenej technológie. Tretí typ je najhospodárnejší a má minimálnu účinnosť. Ide o panely vyrobené z amorfného kremíka, teda nekryštalického. Okrem nízkej účinnosti majú ešte jednu významnú nevýhodu - krehkosť.
Niektorí výrobcovia používajú na zvýšenie účinnosti obe strany solárneho panelu – zadnú aj prednú. To vám umožní zachytiť svetlo vo veľkých objemoch a zvýšiť množstvo prijatej energie o 15-20 %.
Domáci výrobcovia
Slnečná energia na Zemi je čoraz rozšírenejšia. Aj u nás je o štúdium tohto odvetvia záujem. Napriek tomu, že rozvoj alternatívnej energie nie je v Rusku veľmi aktívny, dosiahol sa určitý úspech. V súčasnosti sa tvorbou panelov pre solárnu energiu zaoberá viacero organizácií – predovšetkýmvedecké ústavy rôznych oblastí a továrne na výrobu elektrických zariadení.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Mechanický závod.
- Celoruský výskumný ústav elektrifikácie poľnohospodárstva.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazanský závod kovokeramických zariadení".
- JSC Pravdinsky Pilotný závod zdrojov energie Pozit.
Toto je len malá časť podnikov aktívne zapojených do rozvoja alternatívnej energie v Rusku.
Vplyv na životné prostredie
Odmietanie zdrojov energie z uhlia a ropy je spojené nielen s tým, že tieto zdroje sa skôr či neskôr vyčerpajú. Faktom je, že veľmi poškodzujú životné prostredie - znečisťujú pôdu, vzduch a vodu, prispievajú k rozvoju chorôb u ľudí a znižujú imunitu. Preto musia byť alternatívne zdroje energie šetrné k životnému prostrediu.
Kremík, ktorý sa používa na výrobu fotovoltaických článkov, je sám o sebe bezpečný, keďže ide o prírodný materiál. Ale po jeho vyčistení zostáva odpad. Sú to tie, ktoré môžu poškodiť ľudí a životné prostredie, ak sa používajú nesprávne.
Okrem toho v oblasti úplne vyplnenej solárnymi panelmi môže dôjsť k narušeniu prirodzeného osvetlenia. To povedie k zmenám v existujúcom ekosystéme. Vo všeobecnosti je však vplyv zariadení navrhnutých na premenu solárnej energie na životné prostredie minimálny.
Ekonomika
Najväčšie náklady na výrobu solárnych panelov sú spojené s vysokými nákladmi na suroviny. Ako sme už zistili, špeciálne panely sú vytvorené pomocou kremíka. Napriek tomu, že tento minerál je v prírode veľmi rozšírený, s jeho ťažbou sú spojené veľké problémy. Kremík, ktorý tvorí viac ako štvrtinu hmotnosti zemskej kôry, totiž nie je vhodný na výrobu solárnych článkov. Na tieto účely je vhodný len najčistejší materiál získaný priemyselnou metódou. Bohužiaľ, získanie najčistejšieho kremíka z piesku je mimoriadne problematické.
Cena tohto zdroja je porovnateľná s uránom používaným v jadrových elektrárňach. To je dôvod, prečo sú náklady na solárne panely v súčasnosti na pomerne vysokej úrovni.
Moderné technológie
Prvé pokusy skrotiť slnečnú energiu sa objavili už dávno. Odvtedy sa mnohí vedci aktívne zapájajú do hľadania najefektívnejších zariadení. Mal by byť nielen cenovo výhodný, ale aj kompaktný. Jeho účinnosť by sa mala snažiť dosiahnuť maximum.
Prvé kroky k ideálnemu zariadeniu na príjem a premenu slnečnej energie boli urobené s vynálezom kremíkových batérií. Samozrejme, cena je dosť vysoká, ale panely je možné umiestniť na strechy a steny domov, kde nebudú nikomu prekážať. A účinnosť takýchto batérií je nepopierateľná.
Najlepší spôsob, ako zvýšiť popularitu solárnej energie, je zlacniť ju. Nemeckí vedci už navrhli nahradiť kremík syntetickými vláknami, do ktorých je možné integrovaťtkaniny alebo iných materiálov. Účinnosť takejto solárnej batérie nie je príliš vysoká. Ale košeľa popretkávaná syntetickými vláknami môže aspoň smartfónu či prehrávaču poskytnúť elektrinu. Aktívne sa pracuje aj v oblasti nanotechnológií. Je pravdepodobné, že umožnia, aby sa slnko stalo najobľúbenejším zdrojom energie v tomto storočí. Špecialisti Scates AS z Nórska už uviedli, že nanotechnológia zníži náklady na solárne panely 2-krát.
Slnečná energia pre domácnosť
Samostatné bývanie je snom mnohých: žiadna závislosť od centralizovaného vykurovania, žiadne problémy s platením účtov a žiadne poškodzovanie životného prostredia. Mnohé krajiny už aktívne stavajú bývanie, ktoré spotrebúva iba energiu získanú z alternatívnych zdrojov. Pozoruhodným príkladom je takzvaný solárny dom.
Počas procesu výstavby si bude vyžadovať väčšie investície ako tradičné. Ale po niekoľkých rokoch prevádzky sa vám všetky náklady vrátia – nebudete musieť platiť za kúrenie, teplú vodu a elektrinu. V solárnom dome sú všetky tieto komunikácie viazané na špeciálne fotovoltaické panely umiestnené na streche. Navyše, takto získané zdroje energie sa nevynakladajú len na aktuálne potreby, ale sa aj akumulujú na použitie v noci a pri zamračenom počasí.
V súčasnosti sa výstavba takýchto domov realizuje nielen v krajinách blízko rovníka, kde je najjednoduchšie získavať slnečnú energiu. Sú tiež postavené vKanada, Fínsko a Švédsko.
Pre a proti
Vývoj technológií, ktoré umožňujú všade využívať slnečnú energiu, by mohol byť aktívnejší. Existujú však určité dôvody, prečo to stále nie je prioritou. Ako sme uviedli vyššie, pri výrobe panelov vznikajú látky škodlivé pre životné prostredie. Okrem toho hotové zariadenie obsahuje gálium, arzén, kadmium a olovo.
Potreba recyklovať fotovoltaické panely tiež vyvoláva veľa otázok. Po 50 rokoch prevádzky sa stanú nepoužiteľnými a bude ich treba nejako zlikvidovať. Spôsobí to obrovské škody prírode? Za zváženie tiež stojí, že slnečná energia je vrtkavý zdroj, ktorého účinnosť závisí od dennej doby a počasia. A to je významná nevýhoda.
Ale, samozrejme, sú tu aj plusy. Slnečnú energiu možno ťažiť takmer kdekoľvek na Zemi a zariadenie na jej výrobu a premenu môže byť dostatočne malé, aby sa zmestilo na zadnú stranu smartfónu. Ešte dôležitejšie je, že ide o obnoviteľný zdroj, to znamená, že množstvo slnečnej energie zostane nezmenené najmenej ďalších tisíc rokov.
Vyhliadky
Vývoj technológií v oblasti solárnej energie by mal viesť k zníženiu nákladov na vytváranie prvkov. Už sa objavujú sklenené panely, ktoré je možné inštalovať na okná. Rozvoj nanotechnológie umožnil vynájsť farbu, ktorá sa nastrieka na solárne panely a dokáže nahradiť kremíkovú vrstvu. Ak cena solárnej energie skutočne niekoľkonásobne klesne, jej popularita mnohonásobne vzrastie.
Vytvorenie malých panelov na individuálne použitie umožní ľuďom využívať solárnu energiu v akomkoľvek prostredí – doma, v aute alebo aj mimo mesta. Vďaka ich distribúcii sa zníži zaťaženie centralizovanej elektrickej siete, keďže si ľudia budú môcť sami nabíjať drobnú elektroniku.
Odborníci spoločnosti Shell sa domnievajú, že do roku 2040 sa bude približne polovica svetovej energie vyrábať z obnoviteľných zdrojov. Už teraz v Nemecku spotreba solárnej energie aktívne rastie a výkon batérie je viac ako 35 gigawattov. Japonsko tiež aktívne rozvíja toto odvetvie. Tieto dve krajiny sú lídrami v spotrebe solárnej energie na svete. Spojené štáty sa k nim pravdepodobne čoskoro pridajú.
Iné alternatívne zdroje energie
Vedci si neprestávajú lámať hlavu nad tým, čo ešte možno použiť na výrobu elektriny alebo tepla. Tu sú príklady najsľubnejších alternatívnych zdrojov energie.
Veterné mlyny teraz nájdete takmer v každej krajine. Dokonca aj v uliciach mnohých ruských miest sú inštalované lampáše, ktoré si zabezpečujú elektrinu z veternej energie. Ich cena je určite vyššia ako priemer, ale časom tento rozdiel vyrovnajú.
Pomerne dávno bola vynájdená technológia, ktorá vám umožňuje získavať energiu pomocourozdiel v teplote vody na povrchu oceánu a v hĺbke. Čína sa aktívne chystá rozvíjať tento smer. V najbližších rokoch sa pri pobreží Ríše stredu chystajú postaviť najväčšiu elektráreň fungujúcu na tejto technológii. Sú aj iné spôsoby využitia mora. Napríklad v Austrálii plánujú vybudovať elektráreň, ktorá vyrába energiu zo sily prúdov.
Existuje mnoho ďalších spôsobov výroby elektriny alebo tepla. Ale na pozadí mnohých iných možností je solárna energia skutočne sľubným smerom rozvoja vedy.
