Energija budućnosti danas: Kako djeluju solarni paneli i heliostati?

Oglas

Obnovljivi izvori. Problem je s kojim se svakodnevno susrećemo bez obzira shvaćamo li to ili ne. Sa svakom pumpom plinske ručice, svakim pritiskom akceleratora automobila, sa svim utikačima naših punjača za pametne telefone trošimo gorivo. I jednog dana će nestati goriva. Pa zašto ne koristimo jedan izvor energije koji nam neće nestati - sunce?

Sunce je veličanstvena cjelina. Ona pruža svijetu dovoljno energije da napaja cijelu civilizaciju. Jedini problem je kako iskoristiti i iskoristiti tu energiju? Kakva je korist gomila besplatne energije ako je ne možemo pretvoriti u koristan medij? U tome je problem, a to je puno teže riješiti nego što možete zamisliti.

“Pričekaj minutu" Ti kažeš, "imali smo komercijalnu solarnu struju od 1980-ih!"I u pravu biste kad to kažete. Međutim, problem nije u tome kako za pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju. To već znamo kako to učiniti - samo ne na razini koja se može masovno konzumirati. Da bismo razumjeli granice solarne energije, moramo znati kako djeluju solarni paneli.

Pridružite mi se dok ja kopam u unutarnjem djelovanju solarne energije. Pogledajmo pobliže postupak pretvorbe sunčeve svjetlosti u održiv izvor goriva.

Sunčeva energija započinje, kao što biste i očekivali, sa suncem. Ta divovska vatrena kugla koja visi na nebu savršen je izvor energije. Za razliku od ugljena, sunce ne zagrijava našu atmosferu ugljičnim dioksidom. Lako je dostupan tako da ne moramo ići na bušenje širom svijeta. Rad sa solarnom energijom ne predstavlja nikakvu prijetnju za ljude (osim možda za povremene sunčane opekline).

I najviše od svega, solarna energija je besplatna. Osim što gradi prave receptore i održava opremu, solarna energija nema nikakve troškove povezane s tim.

Pa kako to sve radi?

Energija je svuda oko nas u različitim oblicima. Svjetlost je energija. Toplina je energija. Kretanje je energija. Tihost je (potencijalna) energija. Sunce odaje ogromnu količinu svjetlosti i naš je cilj pretvoriti tu svjetlosnu energiju u nešto što možemo koristiti, a to je električnu energiju.

U većini slučajeva, kada svjetlost pogodi objekt, pretvara se u toplinsku energiju. Prisjetite se svog posljednjeg posjeta plaži. Dok ste sjedili na suncu, koža vam je postajala vruća. To smo svi jednostavno proživjeli iz života. Ali postoje određeni materijali koji svjetlost pretvaraju u energije koje nisu toplina. Silicij je jedan od tih materijala.

Kad svjetlost udari u silicij, ne rasipa se kao toplina. Umjesto toga, elektroni u molekuli silicija preskaču se u pokretu, proizvodeći električnu struju. Da biste na taj način iskoristili silicij, potrebni su vam silicijski kristali koji su dovoljno veliki da stvaraju uočljive količine električne energije.

Starije verzije solarne tehnologije koristile su se silikonski kristali. Kako se ispostavilo, ova metoda pretvaranja sunčeve svjetlosti nije bila vrlo izvediva, jer je velike kristale silicijuma teško uzgajati. Kad je nešto teško, cijena toga ostaje visoka. Ako cijena ostane visoka, raširena uporaba postaje malo vjerojatna.

U današnje vrijeme solarna tehnologija koristi drugačiji materijal. Ovaj novi materijal sastoji se od bakra, indija, galija i selena i pravilno je nazvan bakar-indijum-galij-selenid, ili CIGS. Za razliku od silikona, kristali napravljeni od CIGS-a su manji i jeftiniji, ali mnogo su neučinkovitiji od silicija u pretvaranju sunčeve svjetlosti.

I to je ono što smo danas. Solarna električna energija čini vrlo malo svjetske proizvodnje energije, a to će ostati tako sve dok znanstvenici bilo da pronađete novi materijal koji djeluje jednako kao i silicij ili otkrijete metodu jeftine proizvodnje velikog silicija kristali.

Kao što su solarni paneli trenutno neučinkoviti, postoji nekoliko metoda koje se koriste za poboljšanje zauzimanja i skladištenja solarne električne energije. Jedan od načina je upotreba baterije koja pohranjuje energiju, omogućavajući potrošnju kada nema sunca - noću i za vrijeme oblačnih dana. Drugi način je upotreba heliostata.

Što je heliostat? Možete to smatrati velikim zrcalom (ili mnogim ogledalima) pričvršćenim na rotirajući stup ili platformu (ili na mnoge stupove i platforme). Za razliku od solarnih panela, heliostati ne apsorbiraju izravno sunce; umjesto toga, oni koriste ogledala za preusmjeravanje sunčeve svjetlosti i ciljaju je na stacionarne solarne ploče radi apsorpcije.

Heliostati uglavnom upravljaju računalima. Na ta se računala napajaju određeni dijelovi podataka (lokacija heliostata, lokacija Sunca ploča, vrijeme i datum) i podaci se krče dok računalo ne može izračunati položaj Sunca u nebo. Kad to učini, računalo prilagođava kut ogledala tako da sunčeva svjetlost odbija od njega i udari u ciljni solarni panel.

Najveća je korist heliostata ta što se mnoštvo njih može organizirati tako da cilja jedan solarni receptor. Dok obično solarna ploča može dobiti samo izvjesnu pokrivenost sunčevom svjetlošću, raspored heliostata može drastično pojačati količinu svjetlosti koja se pretvara.

Ali čak i sa heliostatima, solarna energija još uvijek mora prijeći dug put prije nego što se može koristiti u širokoj mjeri. Da nije bilo problema za pretvaranje stvarna sunčeva svjetlost, solarna bi energija bila naj obnovljivije, najpovoljnije i najzdravije gorivo za okoliš za našu civilizaciju. Odnosno, sve dok sunce ne eksplodira.

Kreditna slika: Ilustracija solarne ploče putem Shutterstoka, Fotografija solarne ploče putem Shutterstoka