Hvad er fremtiden for solenergi?

I det 21. århundrede er solenergi allerede blevet en del af dagligdagen. Fra solopvarmede svømmebassiner til soldrevne hjem, der er mange eksempler, der viser den nyttige anvendelse af solens rene, sikre, bæredygtige kraft. Når bekymring vokser over virkningerne af forbrænding af fossile brændstoffer og muligheden for at udtømme ikke-vedvarende energikilder, ser fremtiden for solenergi lys ud. Fra 2013 er teknologien ikke uden problemer, og indtil videre har applikationer stort set været relativt lille skala, men der foregår en hel del forskning på dette område, og der har været en række meget lovende udviklinger.

Udnyttelse af solenergi

Solen er potentielt en enorm kilde til vedvarende, ren energi. Nogle anslår, at sollys kunne producere 10.000 gange så meget strøm som Jorden, der blev brugt ved århundredeskiftet. Der er dog store teknologiske udfordringer, der skal imødegås ved at udnytte den energi effektivt. Der er en række forskellige teknologier tilgængelige og under udvikling, der bruger sollys til at levere strøm.

Sollys kan bruges til at opvarme vand, som derefter bruges til at give centralvarme til huse. Alternativt kan det bruges til at generere elektricitet ved hjælp af fotovoltaiske (PV) celler arrangeret på solcellepaneler. En tredje metode er at koncentrere sollys på et mål for at generere varme, der kan bruges direkte til industrielle formål eller til at levere elektricitet.

Solpaneler

Disse paneler er afhængige af den fotoelektriske effekt, hvor visse stoffer producerer en lille elektrisk strøm, når de udsættes for lys. Fotovoltaiske celler er konstrueret til at udnytte denne effekt, og solcellepaneler består af store matriser af disse enheder, der er positioneret til at modtage så meget sollys som muligt. Sammen kan de generere betydelige mængder elektricitet. Selv om de fra 2013 er relativt ineffektive, har de normalt meget lave drifts- og vedligeholdelsesomkostninger og kan være meget effektive til at levere strøm til boliger. Der foregår en hel del forskning for at forbedre effektiviteten og konstruere celler fra billigere materialer.

De fleste solcellepaneler består af krystallinske silicium-PV-celler, som er 18-24% effektive til at konvertere sollys til elektricitet. En række alternativer er imidlertid under efterforskning. Tynde filmceller kan fremstilles af forskellige materialer. Selvom disse i øjeblikket er mindre effektive end standard PV-celler, er de lette, fleksible og billigere at fremstille. Multijunktionsceller kan opnå en effektivitet på mere end 43%. De er strukturerede, så forskellige dele af cellen er indstillet til at fange sollys i specifikke bølgelængdeområder, snarere end at have en enkelt receptor, der går glip af en del af den tilgængelige energi.

Et andet lovende område er den farvestofsensibiliserede solcelle (DSSC), nogle gange kaldet Gratzel-cellen, efter Michael Gratzel, der først udviklede den i 1990'erne. Disse bruger et farvestof til at indfange solenergi og producere en strøm af elektroner, der genopfyldes via et flydende elektrolytlag nedenfor. Selvom de potentielt er billige at fremstille, er de kun omkring 12% effektive, og der er problemer med holdbarhed, der kan påvirke kommerciel brug. For eksempel kan væsken fryse under kolde forhold eller ekspandere, når den er varm, og kan lække. Forskere har udviklet en version af cellen, hvor den besværlige flydende elektrolyt erstattes med et fast materiale, hvilket åbner vejen for billige og holdbare solcellepaneler.

Ud over udviklingen af ​​billigere og mere effektive solceller ligger en vigtig del af solenergiens fremtid i opførelsen af ​​nye bygninger og eftermontering af mange ældre. Nogle eksperter forudsiger, at de fleste, hvis ikke alle, nye bygninger vil have solcellepaneler installeret på tagene. Da disse også let monteres, kan mange ældre bygninger muligvis få opgraderinger til at køre med strøm fra solen. Eksperter og miljøforkæmpere håber, at opbygning af grøn energi vil blive opmuntret af regeringerne gennem generøse skatteincitamenter, undtagelser og tilskud til alternativ energianvendelse.

Solcellepaneler på et tag kan i nogle områder tilvejebringe hele eller det meste af hjemmets energibehov. I tilfælde, hvor folk bor i flere etager, er mængden af ​​tagplads imidlertid meget lille sammenlignet med antallet af boliger. Mens små, individuelle applikationer kan fjerne noget af belastningen fra det elektriske net, hvis solen skal tilvejebringe strømbehovene i byer og industrier, skal dens fremtid ligge i store solcelledrevne elproduktionsstationer.

Det største problem, der står over for udnyttelse af solenergi ved hjælp af PV-celler, er den plads, der kræves til at bygge kraftværker. Et anlæg består af tusinder af solcellepaneler, ikke i modsætning til dem, der i øjeblikket er installeret på alternative energihuse. På grund af dette kræver de et konsekvent solrigt område og en betydelig mængde plads. I øjeblikket dækker en af ​​de største kraftværker i verden over 16,9 km ² og skaber nok strøm til at køre omkring 200.000 hjem. Nogle eksperter foreslår, at der for at give strøm til hele De Forenede Stater kræves et område ca. 160 km (160,9 km) pr. Side, sandsynligvis et sted i ørkenklimaet i det amerikanske sydvest.

Alternativer til solpaneler

Der findes en række andre muligheder for storstilet udnyttelse af solens magt. Et eksempel er koncentreret teknologi for solenergi (CSP). I stedet for at producere elektricitet direkte, koncentrerer disse sollys til varme vand, hvilket giver damp til at drive en turbin, der producerer elektricitet ligesom et konventionelt kraftværk. De kan bestå af matriser af parabolske spejle, der fokuserer sollys på et lineært rør fyldt med væske. Alternativt kan varme fra solen fokuseres af et parabolsk spejl for at varme en væske, der driver en Stirling-motor, der leverer den mekaniske energi til elproduktion.

Et andet velprøvet system er ”power tower”, hvor en række solsporede flade spejle fokuserer varme fra solen på en beholder med væske, der bruges til at skabe damp til en generator. Et antal anlæg er i drift og producerer 10-20 megawatt elektricitet. Fremtidige planter leverer muligvis op til 200 megawatt.

Fremtiden

En opmuntrende tendens i forbindelse med fremtiden for solenergi er, at mange af verdens største innovatører vælger at fokusere deres talenter og midler på forbedring af alternativ energiteknologi. Mange tildelingsordninger - finansieret af forskellige regeringer over hele verden - fokuserer på at levere solenergi økonomisk og i stor skala. I mange lande får borgerne økonomiske incitamenter til at skifte til “grønne” energikilder og installere deres egne solcellepaneler.

Selv om der fra 2013 er mange opmuntrende tegn på, at regeringerne anerkender behovet for alternative energikilder og fremmer forskning i solenergi, ligger svaret delvis i hænderne på verdens borgere. Hvad almindelige borgere vælger at købe og støtte, vil påvirke fremtidens tendenser. Ved at installere solcellepaneler, donere til forskningsorganisationer, der er involveret i alternative energier, tage en universitetsgrad i et beslægtet emne og stemme for foranstaltninger, der fremmer alternativ energiudvikling, kan enhver have en mening om fremtiden for solenergi.