Ateities energija šiandien: kaip veikia saulės kolektoriai ir hemostatai?

Skelbimas

Atsinaujinantys istekliai. Tai problema, su kuria susiduriame kiekvieną dieną, nesvarbu, ar tai suprantame, ar ne. Su kiekvienu dujų rankenos siurbliu, kiekvienu automobilio akceleratoriaus paspaudimu ir kiekvienu išmaniojo telefono įkroviklio kištuku mes sunaudojame degalus. Ir vieną dieną tas kuras baigsis. Taigi kodėl mes nenaudojame vieno energijos šaltinio, kurio neišsenka - saulės?

Saulė yra nuostabi būtybė. Tai teikia pasauliui pakankamai energijos, kad galėtų valdyti visą civilizaciją. Vienintelė problema yra tai, kaip mes galime sugauti ir panaudoti tą energiją? Ko gera yra krūva laisvos energijos, jei negalime jos paversti naudinga terpe? Čia slypi problema, ir ją išspręsti yra daug sunkiau, nei galite įsivaizduoti.

“Palauk minutęTu sakai:nuo 1980 m. mes prekiaujame saulės energija!Ir tu būsi teisus sakydamas. Tačiau problemos nėra kaip saulės energiją paversti elektra. Mes jau žinome, kaip tai padaryti - tik ne tokiu mastu, kuris gali būti suvartotas masiškai. Norėdami suprasti saulės energijos ribas, turime žinoti, kaip veikia saulės baterijos.

Taigi prisijunkite prie manęs, kai gilinuosi į vidinius saulės energijos darbus. Pažvelkime atidžiau į procesą, susijusį su saulės šviesos pavertimu tinkamu kuro šaltiniu.

Saulės energija, kaip ir galima tikėtis, prasideda nuo saulės. Tas milžiniškas ugnies kamuolys, kuris kabo danguje, yra puikus energijos šaltinis. Priešingai nei anglis, saulė neuždengia mūsų atmosferos anglies dioksidu. Jis lengvai prieinamas, todėl mums nereikia gręžtis po pasaulį. Darbas su saulės energija nekelia pavojaus žmonėms (išskyrus galimus saulės nudegimus).

O svarbiausia, saulės energija yra nemokama. Saulės energija, be faktinių receptorių kūrimo ir įrangos priežiūros, nėra su ja susijusi.

Taigi, kaip visa tai veikia?

Energija yra aplink mus skirtingomis formomis. Šviesa yra energija. Šiluma yra energija. Judėjimas yra energija. Natiurmortas yra (potenciali) energija. Saulė skleidžia didžiulį kiekį šviesos, o mūsų tikslas yra šią šviesos energiją paversti kažkuo, ką galime panaudoti, būtent elektros energija.

Daugeliu atvejų, kai šviesa pataiko į objektą, ji virsta šilumos energija. Pagalvokite apie savo paskutinį apsilankymą paplūdimyje. Jums sėdint saulėje, jūsų oda tapo karšta. Tai paprastas gyvenimo faktas, kurį visi patyrėme. Tačiau yra tam tikrų medžiagų, kurios paverčia šviesą energijomis, išskyrus šilumą. Silicis yra viena iš tų medžiagų.

Kai šviesa patenka į silicį, ji neišsisklaido kaip šiluma. Silicio molekulėje esantys elektronai juda, judėdami, sukurdami elektros srovę. Tačiau norint tokiu būdu panaudoti silicį, jums reikia didelių silicio kristalų, kurie yra pakankamai dideli, kad pagamintų pastebimą kiekį elektros.

Senesnėse saulės technologijos versijose buvo naudojami silicio kristalai. Kaip paaiškėjo, šis saulės šviesos konvertavimo metodas nebuvo labai įmanomas, nes sunku išauginti didelius silicio kristalus. Kai kažkas yra sunku, jo kaina išlieka aukšta. Jei kaina išliks aukšta, plačiai ją naudoti nebus įmanoma.

Šiais laikais saulės technologijai naudojama kita medžiaga. Ši nauja medžiaga yra sudaryta iš vario, indžio, galio ir seleno ir yra tinkamai pavadinta vario-indium-gallio-selenidu arba CIGS. Skirtingai nuo silicio, iš CIGS pagaminti kristalai yra mažesni ir pigesni, tačiau konvertuojant saulės šviesą jie yra daug neefektyvesni nei silicio.

Štai kur mes esame šiandien. Saulės elektra pagamina labai mažai pasaulio energijos, ir tokia ji išliks tol, kol mokslininkai arba suraskite naują medžiagą, kuri veikia taip pat gerai, kaip ir silicį, arba suraskite metodą, kaip pigiai gaminti didelį silicį kristalai.

Kadangi šiuo metu saulės baterijos yra neefektyvios, yra keletas būdų, kurie naudojami siekiant pagerinti saulės energijos kaupimą ir kaupimą. Vienas iš būdų yra naudoti akumuliatorių, kuris kaupia energiją ir leidžia sunaudoti, kai nėra saulės, naktį ir debesuotomis dienomis. Kitas būdas yra naudoti heliostatą.

Kas yra heliostatas? Galite galvoti apie tai kaip didelį veidrodį (arba daug veidrodžių), pritvirtintą prie besisukančio stulpo ar platformos (arba daugelio polių ir platformų). Skirtingai nuo saulės baterijų, heliostatai nėra tiesiogiai sugeriantys saulės; vietoj to jie naudoja veidrodžius nukreipdami saulės šviesą ir nukreipdami ją į nejudančias saulės baterijas.

Heliostatus dažniausiai kontroliuoja kompiuteriai. Šie kompiuteriai tiekiami tam tikrais duomenų elementais (heliostato vieta, saulės vieta) skydelis, laikas ir data) ir duomenys sutraiškomi, kol kompiuteris gali apskaičiuoti saulės buvimo vietą dangus. Tai padaręs, kompiuteris sureguliuoja veidrodžio kampą taip, kad saulės šviesa nuo jo atskristų ir trenktųsi į tikslinį saulės skydelį.

Didžiausias heliostato pranašumas yra tas, kad daugybė jų gali būti išdėstyti taip, kad būtų nukreipti į vieną saulės receptorių. Nors paprastai saulės kolektorius gali tik šiek tiek aprėpti saulės spindulius, spiralių išdėstymas gali drastiškai padidinti konvertuojamos šviesos kiekį.

Tačiau net ir naudojant heliostatus, saulės energija dar turi nueiti ilgą kelią, kad ji galėtų būti naudojama plačiai. Jei tai nebuvo išspręsta konvertuoti tikrieji saulės spinduliai, saulės energija būtų labiausiai atsinaujinantis, prieinamas ir ekologiškiausias degalai mūsų civilizacijai. T. y., Kol saulė sprogs.

Vaizdo kreditas: Saulės skydelio iliustracija per „Shutterstock“, Saulės skydelio nuotrauka per „Shutterstock“