Energia budúcnosti, dnes: Ako fungujú solárne panely a heliostaty?

Reklama

Obnoviteľné zdroje. Je to problém, ktorému čelíme každý deň, bez ohľadu na to, či si to uvedomujeme alebo nie. S každou pumpou plynovej rukoväte, s každým stlačením akcelerátora automobilu a každou zástrčkou nabíjačiek našich smartfónov spotrebúvame palivo. A jedného dňa dôjde palivo. Tak prečo nepoužívame jeden zdroj energie, ktorý nevybije - slnko?

Slnko je veľkolepá entita. Poskytuje svetu dostatok energie na to, aby poháňal celú civilizáciu. Jediným problémom je, ako túto energiu zachytíme a využijeme? Aká dobrá je banda voľnej energie, ak ju nedokážeme premeniť na užitočné médium? V tom spočíva problém a je oveľa ťažšie ho vyriešiť, než si viete predstaviť.

“Počkaj minútu" ty hovoríš, "od roku 1980 máme komerčnú solárnu elektrinu!„A mali by ste to pravdu. Problém však nie je ako premeniť slnečnú energiu na elektrickú energiu. Už vieme, ako to urobiť - jednoducho nie na úrovni, ktorú je možné hromadne konzumovať. Aby sme pochopili limity solárnej energie, musíme vedieť, ako solárne panely fungujú.

Pripojte sa teda ku mne, keď som kopal do vnútorných funkcií slnečnej energie. Pozrime sa bližšie na proces transformácie slnečného žiarenia na životaschopný zdroj paliva.

Slnečná energia začína, ako by ste očakávali. Táto obrovská ohnivá guľa, ktorá visí na oblohe, je dokonalým zdrojom energie. Na rozdiel od uhlia slnko našu atmosféru nezaťažuje oxidom uhličitým. Je ľahko prístupný, takže nemusíme vŕtať po celom svete. Práca so slnečnou energiou pre človeka nepredstavuje žiadne nebezpečenstvo (s výnimkou možného spálenia slnkom).

A predovšetkým je solárna energia zadarmo. Okrem budovania skutočných receptorov a údržby zariadenia nemá solárna energia s tým spojené žiadne náklady.

Ako to teda funguje?

Energia je všade okolo nás v rôznych formách. Svetlo je energia. Teplo je energia. Pohyb je energia. Ticho je (potenciálna) energia. Slnko vydáva obrovské množstvo svetla a naším cieľom je premeniť túto svetelnú energiu na niečo, čo môžeme použiť, konkrétne na elektrickú energiu.

Vo väčšine prípadov, keď svetlo dopadne na objekt, premení sa na tepelnú energiu. Spomeňte si na svoju poslednú návštevu pláže. Keď si sedel na slnku, tvoja pokožka bola horúca. Je to jednoduchý fakt života, ktorý sme všetci prežili. Existujú však určité materiály, ktoré prevádzajú svetlo na iné energie ako teplo. Kremík je jedným z týchto materiálov.

Keď svetlo zasiahne kremík, nerozptyľuje sa ako teplo. Namiesto toho sa elektróny v molekule kremíka pohybujú okolo a vytvárajú elektrický prúd. Na použitie kremíka týmto spôsobom však potrebujete veľké kremíkové kryštály, ktoré sú dostatočne veľké na to, aby produkovali značné množstvo elektriny.

Staršie verzie solárnej technológie používali kremíkové kryštály. Ako sa ukázalo, tento spôsob premeny slnečného svetla nebol uskutočniteľný, pretože veľké kryštály kremíka sa ťažko pestujú. Keď je niečo ťažké, cena zostane vysoká. Ak cena zostane vysoká, je rozšírené používanie nepravdepodobné.

V súčasnosti využíva solárna technológia iný materiál. Tento nový materiál sa skladá z medi, india, gália a selénu a vhodne sa nazýva meď-indium-gálium-selenid alebo CIGS. Na rozdiel od kremíka sú kryštály vyrobené z CIGS menšie a lacnejšie, ale pri premene slnečného svetla sú oveľa efektívnejšie ako kremík.

A tam sme dnes. Solárna elektrina predstavuje len veľmi malú časť svetovej výroby energie a zostane tak až do doby vedcov buď nájdite nový materiál, ktorý funguje rovnako ako kremík, alebo objavte metódu lacnej výroby veľkého kremíka kryštály.

Keďže sú solárne panely momentálne neefektívne, existuje niekoľko metód, ktoré sa používajú na zlepšenie zachytávania a uchovávania solárnej energie. Jedným zo spôsobov je použitie batérie, ktorá ukladá energiu a umožňuje spotrebu, keď nie je slnko - v noci a počas oblačných dní. Ďalším spôsobom je použitie heliostatu.

Čo je heliostat? Môžete si to predstaviť ako veľké zrkadlo (alebo veľa zrkadiel) pripevnené na otočný stĺp alebo plošinu (alebo veľa pólov a platforiem). Na rozdiel od solárnych panelov heliostaty neabsorbujú priamo slnko; namiesto toho používajú zrkadlá na presmerovanie slnečného svetla a jeho nasmerovanie na stacionárne solárne panely na absorpciu.

Heliostaty sú väčšinou ovládané počítačmi. Tieto počítače dostávajú určité údaje (umiestnenie heliostatu, umiestnenie slnečnej energie) čas a dátum) a údaje sú rozdrvené, až kým počítač nevypočíta polohu slnka na oblohy. Po dokončení nastavuje počítač uhol zrkadla tak, aby sa slnečné svetlo odrazilo a dopadlo na cieľový solárny panel.

Najväčšou výhodou heliostatu je to, že ich možno usporiadať tak, aby boli zamerané na jeden solárny receptor. Zatiaľ čo solárny panel môže normálne dostávať len určité množstvo slnečného svetla, usporiadanie heliostatov môže drasticky zosilniť množstvo prevádzaného svetla.

Ale aj pri heliostatoch má solárna energia ešte pred sebou veľkú cestu, kým ju bude možné využívať v rozsiahlej miere. Ak to nebolo pre problém konverziu skutočné slnečné svetlo, slnečná energia by bola najobnoviteľnejšou, najdostupnejšou a najzdravšou palivou pre našu civilizáciu. To znamená, až kým slnko exploduje.

Obrázok Kredit: Ilustrácia solárneho panela pomocou Shutterstock, Foto solárneho panela prostredníctvom Shutterstocku