In den letzten Jahren interessierten sich Wissenschaftler besonders für alternative Energiequellen. Öl und Gas werden früher oder später zur Neige gehen, also müssen wir uns jetzt Gedanken machen, wie wir in dieser Situation überleben. Windmühlen werden in Europa aktiv genutzt, jemand versucht, Energie aus dem Ozean zu gewinnen, und wir werden über Solarenergie sprechen. Denn ein Stern, den wir fast täglich am Himmel sehen, kann uns dabei helfen, nicht erneuerbare Ressourcen einzusparen und die Umwelt zu verbessern. Der Wert der Sonne für die Erde ist schwer zu überschätzen - sie spendet Wärme, Licht und lässt alles Leben auf dem Planeten funktionieren. Warum also nicht eine andere Verwendung dafür finden?
Ein bisschen Geschichte
Mitte des 19. Jahrhunderts entdeckte der Physiker Alexander Edmond Becquerel den photovoltaischen Effekt. Und gegen Ende des Jahrhunderts schuf Charles Fritts das erste Gerät, das Sonnenenergie in Elektrizität umwandeln konnte. Dazu wurde mit einer dünnen Goldschicht überzogenes Selen verwendet. Die Wirkung war schwach, aber diese Erfindung wird oft mit dem Beginn der Ära der Solarenergie in Verbindung gebracht. Einige Gelehrte stimmen dieser Formulierung nicht zu. Den Begründer des Zeit alters der Solarenergie nennen sie den weltberühmten Wissenschaftler Albert Einstein. 1921Jahr erhielt er den Nobelpreis für die Erklärung der Gesetze des äußeren photoelektrischen Effekts.
Solarenergie scheint ein vielversprechender Entwicklungsweg zu sein. Aber es gibt viele Hindernisse, damit es in jedes Haus eindringt – hauptsächlich wirtschaftliche und ökologische. Was die Kosten von Solarmodulen ausmachen, welche Schäden sie der Umwelt anrichten können und welche anderen Möglichkeiten zur Energiegewinnung es gibt, erfahren wir im Folgenden.
Sparmethoden
Die vordringlichste Aufgabe, die mit der Zähmung der Sonnenenergie verbunden ist, ist nicht nur ihr Empfang, sondern auch ihre Akkumulation. Und das ist das Schwierigste. Derzeit haben Wissenschaftler nur 3 Wege entwickelt, um die Sonnenenergie vollständig zu zähmen.
Das erste basiert auf der Verwendung eines Parabolspiegels und ist ein bisschen wie das Spielen mit einer Lupe, die jeder seit seiner Kindheit kennt. Licht fällt durch die Linse und sammelt sich an einem Punkt. Wenn Sie an dieser Stelle ein Stück Papier platzieren, leuchtet es auf, da die Temperatur der gekreuzten Sonnenstrahlen unglaublich hoch ist. Ein Parabolspiegel ist eine konkave Scheibe, die einer flachen Schüssel ähnelt. Dieser Spiegel lässt im Gegensatz zu einer Lupe das Sonnenlicht nicht durch, sondern reflektiert es und sammelt es an einem Punkt, der normalerweise auf ein schwarzes Rohr mit Wasser gerichtet ist. Diese Farbe wird verwendet, weil sie Licht am besten absorbiert. Das Wasser in der Leitung wird durch Sonnenlicht erhitzt und kann zur Stromerzeugung oder zum Heizen kleiner Häuser verwendet werden.
Flachheizung
Diese Methode verwendetein ganz anderes System. Der Solarenergieempfänger sieht aus wie eine mehrschichtige Struktur. Das Funktionsprinzip sieht so aus.
Beim Durchgang durch das Glas treffen die Strahlen auf das dunkle Metall, das bekanntlich Licht besser absorbiert. Sonnenstrahlung wird in Wärmeenergie umgewandelt und erwärmt das Wasser, das sich unter der Eisenplatte befindet. Weiterhin geschieht alles wie bei der ersten Methode. Das erwärmte Wasser kann entweder zur Raumheizung oder zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden. Allerdings ist die Wirksamkeit dieser Methode nicht hoch genug, um überall eingesetzt zu werden.
Die so gewonnene Sonnenenergie ist in der Regel Wärme. Um Strom zu erzeugen, wird die dritte Methode viel häufiger verwendet.
Solarzellen
Am meisten kennen wir diese Art der Energiegewinnung. Dabei werden verschiedene Batterien oder Sonnenkollektoren verwendet, die auf den Dächern vieler moderner Häuser zu finden sind. Diese Methode ist komplizierter als zuvor beschrieben, aber viel erfolgversprechender. Er macht es möglich, Sonnenenergie im industriellen Maßstab in Strom umzuwandeln.
Spezielle Panels zum Einfangen von Strahlen werden aus angereicherten Siliziumkristallen hergestellt. Sonnenlicht, das auf sie fällt, stößt das Elektron aus der Umlaufbahn. Ein anderer strebt sofort danach, seinen Platz einzunehmen, wodurch eine kontinuierlich bewegte Kette entsteht, die eine Strömung erzeugt. Bei Bedarf werden sie sofort zur Bereitstellung von Geräten verwendet oder in der Form angesammeltStrom in speziellen Batterien.
Die Popularität dieser Methode ist durch die Tatsache gerechtfertigt, dass Sie mehr als 120 Watt aus nur einem Quadratmeter Solarpanel herausholen können. Gleichzeitig haben die Paneele eine relativ geringe Dicke, wodurch sie fast überall platziert werden können.
Arten von Siliziumplatten
Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen. Die ersten werden aus einkristallinem Silizium hergestellt. Ihr Wirkungsgrad liegt bei etwa 15 %. Diese Solarmodule sind die teuersten.
Die Effizienz von Elementen aus polykristallinem Silizium erreicht 11%. Sie kosten weniger, da das Material für sie mit einer vereinfachten Technologie gewonnen wird. Der dritte Typ ist der wirtschaftlichste und hat einen minimalen Wirkungsgrad. Dies sind Platten aus amorphem Silizium, also nicht kristallin. Neben der geringen Effizienz haben sie einen weiteren erheblichen Nachteil - die Zerbrechlichkeit.
Einige Hersteller verwenden beide Seiten des Solarmoduls, um die Effizienz zu steigern - hinten und vorne. Dadurch können Sie Licht in großen Mengen einfangen und die empfangene Energiemenge um 15-20 % erhöhen.
Inländische Hersteller
Solarenergie auf der Erde wird immer weiter verbreitet. Auch in unserem Land sind sie daran interessiert, diese Branche zu studieren. Trotz der Tatsache, dass die Entwicklung alternativer Energien in Russland nicht sehr aktiv ist, wurden einige Erfolge erzielt. Derzeit beschäftigen sich mehrere Organisationen mit der Erstellung von Solarmodulen - hauptsächlichwissenschaftliche Institute verschiedener Fachrichtungen und Fabriken zur Herstellung von Elektrogeräten.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Mechanical Plant.
- Allrussisches Forschungsinstitut für Elektrifizierung der Landwirtschaft.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Rjasaner Werk für metallkeramische Geräte".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Sources Pozit.
Dies ist nur ein kleiner Teil der Unternehmen, die aktiv an der Entwicklung alternativer Energien in Russland beteiligt sind.
Umweltauswirkung
Die Ablehnung von Kohle- und Ölenergieträgern hängt nicht nur damit zusammen, dass diese Ressourcen früher oder später zur Neige gehen. Tatsache ist, dass sie die Umwelt stark schädigen - sie verschmutzen Boden, Luft und Wasser, tragen zur Entwicklung von Krankheiten bei Menschen bei und verringern die Immunität. Deshalb müssen alternative Energiequellen umweltfreundlich sein.
Silizium, das zur Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet wird, ist selbst sicher, da es ein natürliches Material ist. Aber nach der Reinigung bleibt Abfall zurück. Sie sind es, die bei unsachgemäßer Anwendung Mensch und Umwelt schaden können.
Außerdem kann in einem Bereich, der vollständig mit Sonnenkollektoren gefüllt ist, das natürliche Licht gestört werden. Dies wird zu Veränderungen im bestehenden Ökosystem führen. Aber im Allgemeinen ist die Umweltbelastung durch Geräte zur Umwandlung von Sonnenenergie minimal.
Wirtschaft
Die größten Kosten für die Herstellung von Solarmodulen sind mit den hohen Rohstoffkosten verbunden. Wie wir bereits herausgefunden haben, werden spezielle Paneele aus Silizium hergestellt. Obwohl dieses Mineral in der Natur weit verbreitet ist, gibt es große Probleme bei seiner Gewinnung. Tatsache ist, dass Silizium, das mehr als ein Viertel der Masse der Erdkruste ausmacht, nicht für die Herstellung von Solarzellen geeignet ist. Für diese Zwecke ist nur das reinste Material geeignet, das durch ein industrielles Verfahren gewonnen wird. Leider ist es äußerst problematisch, das reinste Silizium aus Sand zu gewinnen.
Der Preis dieser Ressource ist vergleichbar mit dem Uran, das in Kernkraftwerken verwendet wird. Aus diesem Grund bleiben die Kosten für Solarmodule derzeit auf einem ziemlich hohen Niveau.
Moderne Technologien
Die ersten Versuche, die Sonnenenergie zu zähmen, sind vor langer Zeit aufgetaucht. Seitdem haben sich viele Wissenschaftler aktiv mit der Suche nach den effizientesten Geräten beschäftigt. Es soll nicht nur kostengünstig, sondern auch kompakt sein. Seine Effizienz sollte nach dem Maximum streben.
Die ersten Schritte zu einem idealen Gerät zur Aufnahme und Umwandlung von Sonnenenergie wurden mit der Erfindung der Siliziumbatterien gemacht. Natürlich ist der Preis ziemlich hoch, aber die Paneele können auf den Dächern und Wänden von Häusern angebracht werden, wo sie niemanden stören. Und die Effizienz solcher Batterien ist unbestreitbar.
Aber der beste Weg, die Popularität der Solarenergie zu steigern, ist, sie billiger zu machen. Deutsche Wissenschaftler haben bereits vorgeschlagen, Silizium durch integrierbare Kunstfasern zu ersetzenStoff oder andere Materialien. Der Wirkungsgrad einer solchen Solarbatterie ist nicht sehr hoch. Aber ein mit Kunstfasern durchsetztes Shirt kann immerhin ein Smartphone oder einen Player mit Strom versorgen. Auch auf dem Gebiet der Nanotechnologie wird aktiv gearbeitet. Es ist wahrscheinlich, dass sie die Sonne in diesem Jahrhundert zur beliebtesten Energiequelle werden lassen. Die Spezialisten von Scates AS aus Norwegen haben bereits erklärt, dass die Nanotechnologie die Kosten von Solarmodulen um das Zweifache senken wird.
Solarenergie für zu Hause
Selbstversorgendes Wohnen ist ein Traum vieler: keine Abhängigkeit von Zentralheizungen, keine Probleme mit dem Bezahlen von Rechnungen und keine Belastung für die Umwelt. Viele Länder bauen bereits aktiv Wohnungen, die nur Energie aus alternativen Quellen verbrauchen. Ein markantes Beispiel ist das sogenannte Solarhaus.
Während des Bauprozesses erfordert es mehr Investitionen als das traditionelle. Aber nach mehreren Betriebsjahren amortisieren sich alle Kosten – Heizung, Warmwasser und Strom entfallen. In einem Solarhaus ist all diese Kommunikation an spezielle Photovoltaikmodule gebunden, die auf dem Dach platziert sind. Darüber hinaus werden die so gewonnenen Energieressourcen nicht nur für den laufenden Bedarf verbraucht, sondern auch für den Einsatz in der Nacht und bei bewölktem Wetter angesammelt.
Aktuell wird der Bau solcher Häuser nicht nur in äquatornahen Ländern betrieben, wo die Gewinnung von Sonnenenergie am einfachsten ist. Sie werden auch in aufgestelltKanada, Finnland und Schweden.
Vor- und Nachteile
Die Entwicklung von Technologien, die die Nutzung von Sonnenenergie überall ermöglichen, könnte aktiver sein. Aber es gibt bestimmte Gründe, warum dies immer noch keine Priorität ist. Wie bereits erwähnt, werden bei der Herstellung von Paneelen umweltschädliche Stoffe produziert. Außerdem enthält das fertige Gerät Gallium, Arsen, Cadmium und Blei.
Die Notwendigkeit, Photovoltaikmodule zu recyceln, wirft ebenfalls viele Fragen auf. Nach 50 Jahren Betrieb werden sie unbrauchbar und müssen irgendwie vernichtet werden. Wird es der Natur enormen Schaden zufügen? Es lohnt sich auch zu bedenken, dass Solarenergie eine wankelmütige Ressource ist, deren Effizienz von Tageszeit und Wetter abhängt. Und das ist ein erheblicher Nachteil.
Aber natürlich gibt es Pluspunkte. Solarenergie kann fast überall auf der Erde abgebaut werden, und die Ausrüstung zur Erzeugung und Umwandlung kann klein genug sein, um auf die Rückseite eines Smartphones zu passen. Noch wichtiger ist, dass es sich um eine erneuerbare Ressource handelt, dh die Menge an Sonnenenergie wird für mindestens weitere tausend Jahre unverändert bleiben.
Aussichten
Die Entwicklung von Technologien im Bereich der Solarenergie sollte zu einer Reduzierung der Kosten für die Herstellung von Elementen führen. Es gibt bereits Glasscheiben, die an Fenstern installiert werden können. Die Entwicklung der Nanotechnologie hat es möglich gemacht, eine Farbe zu erfinden, die auf Sonnenkollektoren gesprüht wird und die Siliziumschicht ersetzen kann. Wenn die Kosten für Solarenergie wirklich um ein Vielfaches sinken, wird auch ihre Popularität um ein Vielfaches zunehmen.
Die Schaffung kleiner Solarzellen für den individuellen Gebrauch ermöglicht es den Menschen, Solarenergie in jeder Umgebung zu nutzen – zu Hause, im Auto oder sogar außerhalb der Stadt. Dank ihrer Verteilung wird die Belastung des zentralen Stromnetzes abnehmen, da die Menschen kleine elektronische Geräte selbst aufladen können.
Shell-Experten glauben, dass bis 2040 etwa die Hälfte der weltweiten Energie aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen wird. Schon jetzt wächst in Deutschland der Verbrauch von Solarenergie aktiv, und die Batterieleistung beträgt mehr als 35 Gigawatt. Auch Japan entwickelt diese Industrie aktiv. Diese beiden Länder sind weltweit führend im Verbrauch von Solarenergie. Die Vereinigten Staaten werden sich ihnen wahrscheinlich bald anschließen.
Andere alternative Energiequellen
Wissenschaftler hören nicht auf zu rätseln, was man sonst noch zur Strom- oder Wärmeerzeugung nutzen kann. Hier sind Beispiele für die vielversprechendsten alternativen Energiequellen.
Windmühlen sind mittlerweile in fast jedem Land zu finden. Auch auf den Straßen vieler russischer Städte sind Laternen aufgestellt, die sich selbst mit Strom aus Windenergie versorgen. Sicherlich sind ihre Kosten höher als der Durchschnitt, aber im Laufe der Zeit werden sie diesen Unterschied ausgleichen.
Vor ziemlich langer Zeit wurde eine Technologie erfunden, die es Ihnen ermöglicht, Energie zu nutzenUnterschied der Wassertemperatur an der Meeresoberfläche und in der Tiefe. China wird diese Richtung aktiv entwickeln. Sie bauen in den kommenden Jahren vor der Küste des Reichs der Mitte das größte Kraftwerk dieser Technologie. Es gibt andere Möglichkeiten, das Meer zu nutzen. In Australien plant man zum Beispiel die Errichtung eines Kraftwerks, das Energie aus der Kraft der Strömungen erzeugt.
Es gibt viele andere Möglichkeiten, Strom oder Wärme zu erzeugen. Aber vor dem Hintergrund vieler anderer Optionen ist Solarenergie wirklich eine vielversprechende Richtung in der Entwicklung der Wissenschaft.
