太陽エネルギーの未来は何ですか？

21世紀には、太陽光発電はすでに日常生活の一部になっています。 太陽熱温水プールから太陽電池式の家まで、太陽の清潔で安全で持続可能な電力の有用な応用を実証する多くの例があります。 化石燃料の燃焼の影響、および再生不可能なエネルギー源を使い果たす可能性について懸念が高まるにつれて、太陽​​エネルギーの未来は明るいように見えます。 2013年現在、この技術には問題がないわけではなく、これまでのところ、アプリケーションの大部分は比較的小規模でしたが、この分野で多くの研究が行われており、非常に有望な開発が数多く行われています。

太陽エネルギーの活用

太陽は潜在的に再生可能なクリーンエネルギーの巨大な源です。 太陽光は、21世紀の変わり目に地球が使用したエネルギーの10,000倍の電力を生成できると推定する人もいます。 ただし、そのエネルギーを効果的に活用するには、大きな技術的課題があります。 太陽光を使用して電力を供給するさまざまな技術が利用可能であり、開発中です。

日光は単に水を温めるために使用することができ、その後、水は家庭の中央暖房に使用されます。 あるいは、ソーラーパネルに配置された太陽光発電（PV）セルを使用して発電するために使用できます。 3番目の方法は、太陽光をターゲットに集中させて熱を発生させることです。これは、工業目的に直接使用したり、電気を供給したりすることができます。

ソーラーパネル

これらのパネルは、特定の物質が光にさらされたときに小さな電流を生成する光電効果に依存しています。 太陽電池はこの効果を活用するために構築されており、太陽電池パネルは可能な限り多くの太陽光を受けるように配置されたこれらのデバイスの大きな配列で構成されています。 一緒に、彼らは大量の電気を生成できます。 2013年時点では、これらは比較的非効率的ですが、通常はランニングコストとメンテナンスコストが非常に低く、家に電力を供給するのに非常に効果的です。 効率を改善し、より安価な材料からセルを構築するために、多くの研究が行われています。

ほとんどのソーラーパネルは、結晶シリコン太陽電池で構成されており、太陽光を電気に変換する効率が18〜24％です。 ただし、多くの代替案が調査中です。 薄膜セルは、さまざまな材料から作成できます。 これらは現在、標準のPVセルよりも効率が劣りますが、軽量で柔軟性があり、製造が安価です。 多接合セルは、43％以上の効率を達成できます。 それらは、利用可能なエネルギーの一部を逃す単一の受容体を持つのではなく、セルの異なる部分が特定の波長範囲で太陽光を捕捉するように調整されるように構成されています。

もう1つの有望な分野は、1990年代に最初に開発されたMichael GratzelにちなんでGratzelセルとも呼ばれる色素増感太陽電池（DSSC）です。 これらは染料を使用して太陽エネルギーを捕捉し、電子の流れを生成します。電子の流れは、下の液体電解質層を介して補充されます。 潜在的に安価に生産できますが、効率は約12％に過ぎず、耐久性に問題があり、商業利用に影響を与える可能性があります。 たとえば、液体は寒い状態で凍結したり、暖かいときに膨張したり、漏れたりすることがあります。 研究者たちは、面倒な液体電解質を固体材料に置き換えたセルのバージョンを開発し、安価で耐久性のあるソーラーパネルへの道を開いた。

より安価で効率的な太陽電池の開発に加えて、太陽エネルギーの将来の重要な部分は、新しい建物の建設と多くの古い建物の改造にあります。 一部の専門家は、すべてではないにしても、ほとんどの新しい建物には屋根にソーラーパネルが設置されると予測しています。 これらも簡単に取り付けられるため、古い建物の多くは、太陽からの電力で稼働するためのアップグレードを受ける場合があります。 専門家および環境保護論者は、代替エネルギー使用のための寛大な税制上の優遇措置、免除および助成金を通じて、グリーンエネルギーの構築が政府によって奨励されることを望んでいます。

屋根上のソーラーパネルは、一部の地域では、家のエネルギー需要のすべてまたはほとんどを提供できます。 ただし、人々が高層の宿泊施設に住んでいる場合、屋根のスペースの量は家の数に比べて非常に少ないです。 小規模で個別のアプリケーションは、送電網からある程度の負担を取り除くことができますが、都市や産業の電力需要を太陽が提供するのであれば、その将来は大規模な太陽光発電所にあるに違いありません。

PVセルを使用した太陽エネルギーの利用で直面する最大の問題は、発電所の建設に必要なスペースです。 植物は、代替エネルギー住宅に現在設置されているものとは異なり、何千ものソーラーパネルで構成されています。 このため、常に日当たりの良いエリアとかなりのスペースが必要です。 現在、世界最大の発電所の1つは10平方マイル（16.9 km ² ）をカバーしており、約200,000世帯を運営するのに十分な電力を生み出しています。 一部の専門家は、全米に電力を供給するためには、おそらくアメリカ南西部の砂漠気候のどこかに、片側約100マイル（160.9 km）の面積が必要になると示唆しています。

ソーラーパネルの代替品

太陽の力を大規模に活用するには、他にも多くの可能性があります。 一例として、集光型太陽光発電（CSP）テクノロジーがあります。 これらは直接発電するのではなく、太陽光を集中して水を加熱し、蒸気を供給してタービンを駆動し、従来の発電所と同じように電気を生産します。 それらは、液体で満たされた線形チューブに太陽光を集中させる放物面鏡の配列で構成されます。 あるいは、太陽からの熱を放物面鏡で集束させて、スターリングエンジンを駆動する流体を加熱し、発電用の機械的エネルギーを供給します。

もう1つの実証済みのシステムは「発電塔」です。この発電塔では、太陽追跡フラットミラーのアレイが、発電機に蒸気を供給するために使用される液体の容器に太陽からの熱を集中させます。 多くのプラントが稼働しており、10〜20メガワットの電力を生産しています。 将来のプラントは、最大200メガワットを供給する可能性があります。

未来

太陽エネルギーの将来に関する有望な傾向の1つは、世界の偉大な革新者の多くが、代替エネルギー技術の改善に才能と資金を集中することを選択していることです。 世界中のさまざまな政府が資金を提供している多くの賞のスキームは、経済的かつ大規模な太陽光発電の提供に焦点を当てています。 多くの国では、市民は「グリーン」エネルギー源に切り替え、独自のソーラーパネルを設置するための経済的インセンティブを与えられています。

2013年現在、政府が代替エネルギー源の必要性を認め、太陽エネルギーの研究を促進しているという多くの励ましの兆候がありますが、その答えは世界市民の手に一部あります。 一般市民が購入およびサポートすることを選択するものは、将来の傾向に影響を与えます。 ソーラーパネルを設置し、代替エネルギーに関与する研究機関に寄付し、関連するテーマで大学の学位を取得し、代替エネルギー開発を促進する措置に投票することで、誰もが太陽エネルギーの未来を語ることができます。