De afgelopen jaren zijn wetenschappers vooral geïnteresseerd in alternatieve energiebronnen. Olie en gas raken vroeg of laat op, dus we moeten nadenken over hoe we nu in deze situatie zullen overleven. Windmolens worden actief gebruikt in Europa, iemand probeert energie uit de oceaan te halen en we zullen het hebben over zonne-energie. Een ster die we bijna elke dag aan de hemel zien, kan ons immers helpen niet-hernieuwbare hulpbronnen te sparen en het milieu te verbeteren. De waarde van de zon voor de aarde is moeilijk te overschatten - ze geeft warmte, licht en laat al het leven op aarde functioneren. Dus waarom zou je er geen ander gebruik voor vinden?
Een beetje geschiedenis
In het midden van de 19e eeuw ontdekte natuurkundige Alexander Edmond Becquerel het fotovoltaïsche effect. En tegen het einde van de eeuw creëerde Charles Fritts het eerste apparaat dat in staat is zonne-energie om te zetten in elektriciteit. Hiervoor werd selenium gebruikt, bedekt met een dun laagje goud. Het effect was zwak, maar deze uitvinding wordt vaak geassocieerd met het begin van het tijdperk van zonne-energie. Sommige geleerden zijn het niet eens met deze formulering. Ze noemen de grondlegger van het tijdperk van zonne-energie de wereldberoemde wetenschapper Albert Einstein. in 1921jaar ontving hij de Nobelprijs voor het verklaren van de wetten van het externe foto-elektrische effect.
Het lijkt erop dat zonne-energie een veelbelovende manier van ontwikkeling is. Maar er zijn veel obstakels om elk huis binnen te komen - voornamelijk economisch en ecologisch. Wat de kosten van zonnepanelen uitmaken, welke schade ze aan het milieu kunnen toebrengen en welke andere manieren om energie op te wekken, zullen we hieronder ontdekken.
Besparingsmethoden
De meest urgente taak in verband met het temmen van de energie van de zon is niet alleen de ontvangst ervan, maar ook de accumulatie ervan. En dat is het moeilijkste. Momenteel hebben wetenschappers slechts 3 manieren ontwikkeld om zonne-energie volledig te temmen.
De eerste is gebaseerd op het gebruik van een parabolische spiegel en lijkt een beetje op spelen met een vergrootglas, dat iedereen al van kinds af aan bekend is. Licht gaat door de lens en verzamelt zich op één punt. Als je op deze plek een stuk papier legt, zal het oplichten, omdat de temperatuur van de gekruiste zonnestralen ongelooflijk hoog is. Een parabolische spiegel is een holle schijf die lijkt op een ondiepe kom. Deze spiegel laat, in tegenstelling tot een vergrootglas, geen zonlicht door, maar weerkaatst het zonlicht en verzamelt het op één punt, dat meestal naar een zwarte pijp met water wordt gericht. Deze kleur wordt gebruikt omdat deze het licht het beste absorbeert. Het water in de leiding wordt verwarmd door zonlicht en kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken of om kleine huizen te verwarmen.
Vlakke kachel
Deze methode gebruikteen heel ander systeem. De zonne-energieontvanger ziet eruit als een meerlaagse structuur. Het werkingsprincipe ziet er als volgt uit.
Als ze door het glas gaan, raken de stralen het donkere metaal, dat, zoals je weet, het licht beter absorbeert. Zonnestraling verandert in thermische energie en verwarmt het water dat zich onder de ijzeren plaat bevindt. Verder gebeurt alles zoals bij de eerste methode. Het verwarmde water kan worden gebruikt voor ruimteverwarming of voor het opwekken van elektrische energie. Toegegeven, de effectiviteit van deze methode is niet hoog genoeg om overal te worden gebruikt.
De op deze manier verkregen zonne-energie is in de regel warmte. Om elektriciteit op te wekken, wordt de derde methode veel vaker gebruikt.
Zonnecellen
We zijn vooral bekend met deze manier van energie verkrijgen. Het gaat om het gebruik van verschillende batterijen of zonnepanelen, die op de daken van veel moderne huizen te vinden zijn. Deze methode is ingewikkelder dan eerder beschreven, maar is veel veelbelovender. Hij is het die het mogelijk maakt om op industriële schaal zonne-energie om te zetten in elektriciteit.
Speciale panelen die zijn ontworpen om stralen op te vangen, zijn gemaakt van verrijkte siliciumkristallen. Zonlicht, dat erop v alt, slaat het elektron uit zijn baan. Een ander streeft er onmiddellijk naar om zijn plaats in te nemen, waardoor een continu bewegende ketting wordt verkregen, die een stroom creëert. Indien nodig wordt het onmiddellijk gebruikt om apparaten te verstrekken of geaccumuleerd in de vormelektriciteit in speciale batterijen.
De populariteit van deze methode wordt gerechtvaardigd door het feit dat je hiermee meer dan 120 watt kunt halen uit slechts één vierkante meter zonnepanelen. Tegelijkertijd hebben de panelen een relatief geringe dikte, waardoor ze bijna overal geplaatst kunnen worden.
Soorten siliconen panelen
Er zijn verschillende soorten zonnecellen. De eerste zijn gemaakt met behulp van monokristallijn silicium. Hun efficiëntie is ongeveer 15%. Deze zonnepanelen zijn het duurst.
Efficiëntie van elementen gemaakt van polykristallijn silicium bereikt 11%. Ze kosten minder, omdat het materiaal voor hen wordt verkregen met behulp van een vereenvoudigde technologie. Het derde type is het meest zuinig en heeft een minimaal rendement. Dit zijn panelen gemaakt van amorf silicium, dat wil zeggen niet-kristallijn. Naast hun lage efficiëntie hebben ze nog een ander belangrijk nadeel: kwetsbaarheid.
Sommige fabrikanten gebruiken beide zijden van het zonnepaneel om de efficiëntie te verhogen - voor en achter. Hierdoor kunt u licht in grote volumes opvangen en neemt de hoeveelheid ontvangen energie toe met 15-20%.
Binnenlandse producenten
Zonne-energie op aarde wordt steeds meer verspreid. Zelfs in ons land zijn ze geïnteresseerd in het bestuderen van deze industrie. Ondanks het feit dat de ontwikkeling van alternatieve energie in Rusland niet erg actief is, is er toch enig succes geboekt. Momenteel zijn verschillende organisaties bezig met het maken van panelen voor zonne-energie - voornamelijkwetenschappelijke instituten van verschillende gebieden en fabrieken voor de productie van elektrische apparatuur.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov mechanische fabriek.
- All-Russian Research Institute of Electrification of Agriculture.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Ryazan-fabriek van metaal-keramische apparaten".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Dit is slechts een klein deel van de ondernemingen die actief betrokken zijn bij de ontwikkeling van alternatieve energie in Rusland.
Milieu-impact
Het afstoten van kolen- en oliebronnen houdt niet alleen verband met het feit dat deze bronnen vroeg of laat opraken. Het feit is dat ze het milieu enorm schaden - ze vervuilen de bodem, lucht en water, dragen bij aan de ontwikkeling van ziekten bij mensen en verminderen de immuniteit. Daarom moeten alternatieve energiebronnen milieuvriendelijk zijn.
Silicium, dat wordt gebruikt om fotovoltaïsche cellen te maken, is zelf veilig omdat het een natuurlijk materiaal is. Maar na het schoonmaken blijft er afval over. Zij zijn degenen die schadelijk kunnen zijn voor mens en milieu bij onjuist gebruik.
Bovendien kan in een gebied dat volledig is gevuld met zonnepanelen, de natuurlijke verlichting worden verstoord. Dit zal leiden tot veranderingen in het bestaande ecosysteem. Maar over het algemeen is de milieu-impact van apparaten die zijn ontworpen om zonne-energie om te zetten minimaal.
Economie
De grootste kosten voor de productie van zonnepanelen houden verband met de hoge kosten van grondstoffen. Zoals we al hebben ontdekt, worden speciale panelen gemaakt van silicium. Ondanks het feit dat dit mineraal wijdverbreid is in de natuur, zijn er grote problemen verbonden aan de winning ervan. Feit is dat silicium, dat meer dan een kwart van de massa van de aardkorst uitmaakt, niet geschikt is voor de productie van zonnecellen. Voor deze doeleinden is alleen het zuiverste materiaal, verkregen door een industriële methode, geschikt. Helaas is het uiterst problematisch om het zuiverste silicium uit zand te halen.
De prijs van deze grondstof is vergelijkbaar met het uranium dat in kerncentrales wordt gebruikt. Daarom blijven de kosten van zonnepanelen momenteel op een redelijk hoog niveau.
Moderne technologieën
De eerste pogingen om zonne-energie te temmen deden zich al lang geleden voor. Sindsdien zijn veel wetenschappers actief bezig geweest met het zoeken naar de meest efficiënte apparatuur. Het moet niet alleen kosteneffectief zijn, maar ook compact. De efficiëntie ervan moet maximaal streven.
De eerste stappen naar een ideaal apparaat voor het ontvangen en omzetten van zonne-energie werden gemaakt met de uitvinding van siliciumbatterijen. Natuurlijk is de prijs vrij hoog, maar de panelen kunnen op de daken en muren van huizen worden geplaatst, waar ze niemand storen. En de efficiëntie van dergelijke batterijen v alt niet te ontkennen.
Maar de beste manier om de populariteit van zonne-energie te vergroten, is door het goedkoper te maken. Duitse wetenschappers hebben al voorgesteld om silicium te vervangen door synthetische vezels die kunnen worden geïntegreerd instof of andere materialen. Het rendement van zo'n zonnebatterij is niet heel hoog. Maar een shirt afgewisseld met synthetische vezels kan in ieder geval elektriciteit leveren aan een smartphone of speler. Ook op het gebied van nanotechnologie wordt actief gewerkt. Waarschijnlijk zullen ze ervoor zorgen dat de zon deze eeuw de meest populaire energiebron wordt. Scates AS-specialisten uit Noorwegen hebben al verklaard dat nanotechnologie de kosten van zonnepanelen verdubbelt.
Zonne-energie voor thuis
Zelfvoorzienende huisvesting is een droom van velen: geen afhankelijkheid van centrale verwarming, geen problemen met het betalen van rekeningen en geen schade aan het milieu. Veel landen zijn al actief bezig met het bouwen van woningen die alleen energie verbruiken die is verkregen uit alternatieve bronnen. Een sprekend voorbeeld is het zogenaamde zonnehuis.
Tijdens het bouwproces zal het meer investeringen vergen dan de traditionele. Maar na een aantal jaren gebruik zullen alle kosten hun vruchten afwerpen - u hoeft niet te betalen voor verwarming, warm water en elektriciteit. In een zonnehuis zijn al deze communicaties verbonden met speciale fotovoltaïsche panelen die op het dak zijn geplaatst. Bovendien worden de op deze manier verkregen energiebronnen niet alleen besteed aan de huidige behoeften, maar ook verzameld voor gebruik 's nachts en bij bewolkt weer.
Momenteel wordt de bouw van dergelijke huizen niet alleen uitgevoerd in landen dicht bij de evenaar, waar het het gemakkelijkst is om zonne-energie te verkrijgen. Ze zijn ook opgesteld inCanada, Finland en Zweden.
Voors en tegens
De ontwikkeling van technologieën die het gebruik van zonne-energie overal mogelijk maken, zou actiever kunnen zijn. Maar er zijn bepaalde redenen waarom dit nog steeds geen prioriteit heeft. Zoals we hierboven al zeiden, komen bij de productie van panelen stoffen vrij die schadelijk zijn voor het milieu. Bovendien bevat de afgewerkte apparatuur gallium, arseen, cadmium en lood.
De noodzaak om fotovoltaïsche panelen te recyclen roept ook veel vragen op. Na 50 jaar gebruik zullen ze onbruikbaar worden en op de een of andere manier moeten worden vernietigd. Brengt het enorme schade toe aan de natuur? Het is ook de moeite waard om te overwegen dat zonne-energie een wispelturige hulpbron is, waarvan de efficiëntie afhangt van het tijdstip van de dag en het weer. En dit is een belangrijk nadeel.
Maar er zijn natuurlijk pluspunten. Zonne-energie kan bijna overal op aarde worden gewonnen en de apparatuur om het te produceren en om te zetten kan klein genoeg zijn om op de achterkant van een smartphone te passen. Wat nog belangrijker is, het is een hernieuwbare hulpbron, dat wil zeggen dat de hoeveelheid zonne-energie nog minstens duizend jaar onveranderd zal blijven.
Vooruitzichten
De ontwikkeling van technologieën op het gebied van zonne-energie moet leiden tot een verlaging van de kosten voor het maken van elementen. Er verschijnen al glaspanelen die op ramen kunnen worden geïnstalleerd. Door de ontwikkeling van nanotechnologie is het mogelijk een verf uit te vinden die op zonnepanelen wordt gespoten en de siliciumlaag kan vervangen. Als de kosten van zonne-energie echt meerdere keren dalen, zal de populariteit ervan ook vele malen groter worden.
Door kleine panelen voor individueel gebruik te maken, kunnen mensen zonne-energie in elke omgeving gebruiken - thuis, in de auto of zelfs buiten de stad. Dankzij hun distributie zal de belasting van het centrale elektriciteitsnet afnemen, aangezien mensen zelf kleine elektronica kunnen opladen.
Shell-experts zijn van mening dat in 2040 ongeveer de helft van de energie in de wereld zal worden opgewekt uit hernieuwbare bronnen. Nu al in Duitsland groeit het verbruik van zonne-energie actief en is het batterijvermogen meer dan 35 Gigawatt. Japan is ook actief bezig met de ontwikkeling van deze industrie. Deze twee landen zijn de leiders in het verbruik van zonne-energie in de wereld. De Verenigde Staten zullen zich waarschijnlijk binnenkort bij hen voegen.
Andere alternatieve energiebronnen
Wetenschappers stoppen niet met puzzelen over wat er nog meer kan worden gebruikt om elektriciteit of warmte op te wekken. Hier zijn voorbeelden van de meest veelbelovende alternatieve energiebronnen.
Windmolens zijn nu in bijna elk land te vinden. Zelfs in de straten van veel Russische steden worden lantaarns geïnstalleerd die zichzelf voorzien van elektriciteit uit windenergie. Hun kosten zijn zeker hoger dan gemiddeld, maar na verloop van tijd zullen ze dit verschil goedmaken.
Heel lang geleden is er een technologie uitgevonden waarmee je energie kunt krijgen met behulp vanverschil in watertemperatuur aan het oppervlak van de oceaan en op diepte. China gaat deze richting actief ontwikkelen. Voor de kust van het Middenrijk gaan ze de komende jaren de grootste elektriciteitscentrale bouwen die op deze technologie draait. Er zijn andere manieren om de zee te gebruiken. In Australië zijn ze bijvoorbeeld van plan een energiecentrale te bouwen die energie opwekt uit de kracht van de stroming.
Er zijn veel andere manieren om elektriciteit of warmte op te wekken. Maar tegen de achtergrond van vele andere opties is zonne-energie echt een veelbelovende richting in de ontwikkeling van de wetenschap.
