Jaka jest przyszłość energii słonecznej?

W XXI wieku energia słoneczna stała się już częścią codziennego życia. Od basenów ogrzewanych energią słoneczną po domy zasilane słońcem, istnieje wiele przykładów, które pokazują użyteczne zastosowanie czystej, bezpiecznej i zrównoważonej energii słonecznej. W miarę narastania obaw związanych ze skutkami spalania paliw kopalnych oraz możliwości wyczerpania nieodnawialnych źródeł energii przyszłość energii słonecznej wygląda jasno. Od 2013 r. Technologia nie jest bezproblemowa, a do tej pory aplikacje były w większości na stosunkowo małą skalę, ale w tej dziedzinie prowadzi się wiele badań i wprowadzono wiele bardzo obiecujących zmian.

Wykorzystanie energii słonecznej

Słońce jest potencjalnie ogromnym źródłem odnawialnej, czystej energii. Niektórzy szacują, że światło słoneczne może wytworzyć 10.000 razy więcej energii niż Ziemia z przełomu XXI wieku. Istnieją jednak poważne wyzwania technologiczne, które należy pokonać, aby skutecznie wykorzystać tę energię. Istnieje wiele różnych dostępnych i opracowywanych technologii, które wykorzystują światło słoneczne do zasilania.

Światła słonecznego można użyć do ogrzania wody, która jest następnie wykorzystywana do centralnego ogrzewania domów. Alternatywnie można go wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą ogniw fotowoltaicznych (PV) umieszczonych na panelach słonecznych. Trzecią metodą jest skoncentrowanie światła słonecznego na celu w celu wytworzenia ciepła, które może być wykorzystane bezpośrednio do celów przemysłowych lub w celu dostarczenia energii elektrycznej.

Panele słoneczne

Panele te polegają na działaniu fotoelektrycznym, w którym pewne substancje wytwarzają niewielki prąd elektryczny pod wpływem światła. Ogniwa fotowoltaiczne są konstruowane w celu wykorzystania tego efektu, a panele słoneczne składają się z dużych układów tych urządzeń ustawionych tak, aby odbierać jak najwięcej światła słonecznego. Razem mogą wytwarzać znaczne ilości energii elektrycznej. Chociaż od 2013 r. Są one stosunkowo nieefektywne, zwykle mają bardzo niskie koszty eksploatacji i konserwacji i mogą być bardzo skuteczne w dostarczaniu energii do domów. Wiele badań dotyczy poprawy wydajności i budowy ogniw z tańszych materiałów.

Większość paneli słonecznych składa się z ogniw PV z krzemu krystalicznego, które są 18–24% wydajne w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną. Wiele alternatyw jest jednak badanych. Cienkowarstwowe ogniwa mogą być wykonane z różnych materiałów. Chociaż są one obecnie mniej wydajne niż standardowe ogniwa fotowoltaiczne, są lekkie, elastyczne i tańsze w produkcji. Ogniwa wielofunkcyjne mogą osiągnąć sprawność ponad 43%. Są one tak skonstruowane, że różne części komórki są dostrojone tak, aby przechwytywać światło słoneczne w określonych zakresach długości fal, zamiast mieć pojedynczy receptor, który traci część dostępnej energii.

Innym obiecującym obszarem jest barwione ogniwo słoneczne (DSSC), zwane czasem ogniwem Gratzela, na cześć Michaela Gratzela, który opracował go w latach 90. Wykorzystują one barwnik do wychwytywania energii słonecznej i wytwarzania przepływu elektronów, które są uzupełniane przez warstwę ciekłego elektrolitu poniżej. Mimo że są potencjalnie tanie w produkcji, są one tylko około 12% wydajne i występują problemy z trwałością, które mogą mieć wpływ na zastosowanie komercyjne. Na przykład ciecz może zamarzać w niskich temperaturach lub rozszerzać się, gdy jest ciepła, i może wyciekać. Naukowcy opracowali wersję ogniwa, w którym kłopotliwy ciekły elektrolit jest zastępowany stałym materiałem, otwierając drogę dla tanich i wytrzymałych paneli słonecznych.

Oprócz opracowania tańszych i bardziej wydajnych ogniw fotowoltaicznych, ważną częścią przyszłości energii słonecznej jest budowa nowych budynków i modernizacja wielu starszych. Niektórzy eksperci przewidują, że większość, jeśli nie wszystkie, nowe budynki będą miały panele słoneczne zainstalowane na dachach. Ponieważ można je również łatwo zamontować, wiele starszych budynków może otrzymać ulepszenia, które będą zasilane energią słoneczną. Eksperci i ekolodzy mają nadzieję, że rządy będą zachęcać do budowania zielonej energii poprzez hojne zachęty podatkowe, zwolnienia i dotacje na alternatywne wykorzystanie energii.

Panele słoneczne na dachu mogą, w niektórych obszarach, zaspokoić wszystkie lub większość potrzeb energetycznych domu. Jednak w przypadkach, gdy ludzie mieszkają w mieszkaniach wielopiętrowych, ilość miejsca na dachu jest bardzo mała w porównaniu z liczbą domów. Choć małe, indywidualne zastosowania mogą odciążyć sieć elektryczną od obciążenia, jeśli Słońce ma zaspokoić potrzeby energetyczne miast i przemysłu, jego przyszłość musi leżeć w dużych elektrowniach zasilanych energią słoneczną.

Największym problemem związanym z wykorzystywaniem energii słonecznej za pomocą ogniw fotowoltaicznych jest przestrzeń wymagana do budowy elektrowni. Zakład składa się z tysięcy paneli słonecznych, podobnie jak obecnie instalowane w domach z alternatywnymi źródłami energii. Z tego powodu wymagają one stale słonecznego obszaru i znacznej ilości miejsca. Obecnie jedna z największych elektrowni na świecie obejmuje ponad 10 mil kwadratowych (16,9 km ² ) i wytwarza wystarczającą ilość energii elektrycznej do obsługi około 200 000 domów. Niektórzy eksperci sugerują, że aby zapewnić energię dla całych Stanów Zjednoczonych, wymagany byłby obszar o długości około 100 mil (160,9 km) na stronę, prawdopodobnie gdzieś w pustynnym klimacie południowo-zachodniej Ameryki.

Alternatywy dla paneli słonecznych

Istnieje wiele innych możliwości wykorzystania mocy Słońca na dużą skalę. Jednym z przykładów jest technologia koncentracji energii słonecznej (CSP). Zamiast bezpośrednio wytwarzać energię elektryczną, koncentrują światło słoneczne w celu podgrzewania wody, dostarczając parę do napędzania turbiny wytwarzającej energię elektryczną, podobnie jak konwencjonalna elektrownia. Mogą składać się z układów zwierciadeł parabolicznych, które skupiają światło słoneczne na liniowej rurce wypełnionej cieczą. Alternatywnie, ciepło ze Słońca może być skupione przez lustro paraboliczne w celu podgrzania płynu, który napędza silnik Stirlinga, który zapewnia energię mechaniczną do wytwarzania energii elektrycznej.

Innym sprawdzonym systemem jest „wieża mocy”, w której szereg płaskich zwierciadeł śledzących słońce skupia ciepło ze Słońca na pojemniku z płynem, który służy do wytwarzania pary do generatora. Działają liczne zakłady produkujące 10-20 megawatów energii elektrycznej. Przyszłe zakłady mogą dostarczać do 200 megawatów.

Przyszłość

Jednym z zachęcających trendów związanych z przyszłością energii słonecznej jest to, że wielu największych na świecie innowatorów decyduje się skoncentrować swoje talenty i fundusze na ulepszaniu technologii energii alternatywnej. Wiele programów przyznawania nagród - finansowanych przez różne rządy na całym świecie - koncentruje się na ekonomicznym dostarczaniu energii słonecznej na dużą skalę. W wielu krajach obywatele otrzymują zachęty finansowe do przejścia na „zielone” źródła energii i instalowania własnych paneli słonecznych.

Chociaż od 2013 r. Istnieje wiele zachęcających sygnałów, że rządy uznają potrzebę alternatywnych źródeł energii i promują badania nad energią słoneczną, odpowiedź leży częściowo w gestii obywateli świata. To, co zwykli obywatele zdecydują się kupić i uzyskać wsparcie, wpłynie na trendy w przyszłości. Instalując panele słoneczne, przekazując darowizny organizacjom badawczym zajmującym się energią alternatywną, zdobywając stopień naukowy uniwersytetu w pokrewnym temacie i głosując na środki promujące rozwój energii alternatywnej, każdy może mieć wpływ na przyszłość energii słonecznej.