Jaká je budoucnost sluneční energie?
V 21. století se sluneční energie již stala součástí každodenního života. Od solárně vyhřívaných bazénů po domy se slunečními paprsky existuje mnoho příkladů, které ukazují užitečnou aplikaci čisté, bezpečné a udržitelné energie slunce. S tím, jak roste obava z účinků spalování fosilních paliv a možnosti vyčerpání neobnovitelných zdrojů energie, vypadá budoucnost sluneční energie jasná. Od roku 2013 tato technologie není bez problémů a aplikace dosud byly většinou relativně malé, ale v této oblasti probíhá značný počet výzkumů a došlo k řadě velmi slibných vývojů.
Využití sluneční energie
Slunce je potenciálně obrovským zdrojem obnovitelné čisté energie. Někteří odhadují, že sluneční světlo by mohlo produkovat 10 000krát tolik energie, jakou Země používala na přelomu 21. a 21. století. Při účinném využívání této energie je však třeba čelit velkým technologickým výzvám. K dispozici je řada různých technologií, které se vyvíjejí a které využívají sluneční energii k napájení.
Sluneční světlo lze jednoduše použít k ohřevu vody, která se potom používá k ústřednímu vytápění domácností. Alternativně ji lze použít k výrobě elektřiny pomocí fotovoltaických (PV) článků uspořádaných na solárních panelech. Třetím způsobem je soustředit sluneční světlo na cíl za účelem výroby tepla, které může být použito přímo pro průmyslové účely, nebo k poskytování elektřiny.
Solární panely
Tyto panely se spoléhají na fotoelektrický jev, kdy určité látky při vystavení světlu produkují malý elektrický proud. Fotovoltaické články jsou konstruovány tak, aby využívaly tento efekt, a solární panely se skládají z velkých polí těchto zařízení umístěných tak, aby přijímaly co nejvíce slunečního světla. Společně mohou vyrábět značné množství elektřiny. Přestože jsou od roku 2013 relativně neefektivní, obvykle mají velmi nízké provozní náklady a náklady na údržbu a mohou být velmi efektivní při poskytování energie pro domácnosti. Probíhá velká část výzkumu zaměřeného na zlepšení účinnosti a konstrukci buněk z levnějších materiálů.
Většina solárních panelů sestává z krystalických křemíkových PV článků, které jsou 18-24% účinné při přeměně slunečního světla na elektřinu. Řada alternativ je však předmětem šetření. Tenké filmové buňky mohou být vyrobeny z různých materiálů. Ačkoli jsou v současné době méně účinné než standardní FV články, jsou lehké, flexibilní a levnější z hlediska výroby. Multijunkční buňky mohou dosáhnout účinnosti více než 43%. Jsou strukturovány tak, že různé části buňky jsou vyladěny tak, aby zachytávaly sluneční světlo ve specifických rozsazích vlnových délek, než aby měly jediný receptor, který postrádá část dostupné energie.
Další slibnou oblastí jsou barvivo senzitizované solární články (DSSC), někdy nazývané Gratzelova buňka, po Michaelovi Gratzelovi, který ji poprvé vyvinul v 90. letech. Tito používají barvivo zachytit sluneční energii a produkovat tok elektronů, které jsou doplněny přes kapalnou elektrolytovou vrstvu dole. Ačkoli je produkce potenciálně levná, jsou účinné pouze asi 12% a existují problémy s trvanlivostí, které mohou ovlivnit komerční využití. Kapalina například může mrznout v chladných podmínkách nebo expandovat, když je teplá, a může unikat. Vědci vyvinuli verzi článku, ve kterém je problematický kapalný elektrolyt nahrazen pevným materiálem, což otevírá cestu levným a odolným solárním panelům.
Kromě vývoje levnějších a efektivnějších fotovoltaických článků je důležitou součástí budoucnosti sluneční energie i výstavba nových budov a dodatečné vybavení mnoha starších. Někteří odborníci předpovídají, že ve většině nových budov, pokud ne ve všech, budou instalovány solární panely na střechách. Protože jsou také snadno namontovatelné, může mnoho starších budov dostávat upgrady, aby mohly běžet na slunci. Odborníci a ochránci životního prostředí doufají, že vlády podporují budování ekologické energie prostřednictvím štědrých daňových pobídek, osvobození a grantů na alternativní využití energie.
Solární panely na střeše mohou v některých oblastech zajistit všechny nebo většinu domácích energetických potřeb. V případech, kdy lidé žijí ve vícepodlažním ubytování, je však velikost střešního prostoru ve srovnání s počtem domů velmi malá. I když malé, individuální aplikace mohou odlehčit část elektrické energie, má-li Slunce zajišťovat energetické potřeby měst a průmyslu, musí jeho budoucnost spočívat ve velkých solárních elektrárnách.
Největším problémem při využívání sluneční energie pomocí FV článků je prostor potřebný k výstavbě elektráren. Zařízení se skládá z tisíců solárních panelů, na rozdíl od těch, které jsou v současné době instalovány v domech s alternativní energií. Z tohoto důvodu vyžadují trvale slunnou oblast a značné množství prostoru. V současné době jedna z největších elektráren na světě pokrývá více než 16,9 km 2 a vytváří dostatek elektřiny pro provoz asi 200 000 domácností. Někteří odborníci naznačují, že k zajištění energie pro celé Spojené státy by byla zapotřebí oblast přibližně 160,9 km na stranu, pravděpodobně někde v pouštním klimatu amerického jihozápadu.
Alternativy k solárním panelům
Existuje velké množství dalších možností, jak využít sluneční energii ve velkém měřítku. Jedním příkladem je soustředění technologie sluneční energie (CSP). Spíše než přímá výroba elektřiny, koncentrují sluneční záření na ohřev vody a poskytují páru k pohonu turbíny, která vyrábí elektřinu stejně jako konvenční elektrárna. Mohou sestávat z polí parabolických zrcadel, která zaostřují sluneční světlo na lineární trubici naplněné kapalinou. Alternativně může být teplo ze Slunce zaostřeno parabolickým zrcadlem pro zahřátí tekutiny, která pohání Stirlingův motor, který poskytuje mechanickou energii pro výrobu elektřiny.
Dalším osvědčeným systémem je „energetická věž“, ve které řada plochých zrcadel zaměřujících sluneční záření zaměřuje teplo ze Slunce na nádobu s kapalinou, která se používá pro výrobu páry pro generátor. Je v provozu řada elektráren, které vyrábějí 10–20 megawattů elektřiny. Budoucí rostliny mohou dodávat až 200 megawattů.
Budoucnost
Jedním povzbudivým trendem souvisejícím s budoucností sluneční energie je skutečnost, že mnoho z největších inovátorů na světě se rozhodlo zaměřit svůj talent a finanční prostředky na zdokonalení technologie alternativní energie. Mnoho systémů odměňování - financovaných různými vládami po celém světě - se zaměřuje na poskytování solární energie ekonomicky a ve velkém měřítku. V mnoha zemích dostávají občané finanční pobídky k přechodu na „zelené“ zdroje energie a instalaci vlastních solárních panelů.
Přestože od roku 2013 existuje mnoho povzbudivých signálů, že vlády uznávají potřebu alternativních zdrojů energie a podporují výzkum sluneční energie, ale odpověď spočívá částečně v rukou občanů světa. To, co se obyčejní občané rozhodnou koupit a podporovat, ovlivní trendy budoucnosti. Instalací solárních panelů, darováním výzkumným organizacím zapojeným do alternativních energií, absolvováním vysokoškolského studia v příbuzném předmětu a hlasováním o opatřeních podporujících rozvoj alternativní energie může kdokoli říci budoucnost sluneční energie.