Сонечная энергія - гэта ... Выкарыстанне сонечных батарэй

У апошнія гады навукоўцаў асабліва цікавяць альтэрнатыўныя крыніцы энергіі. Нафту і газ рана ці позна скончацца, таму падумаць аб тым, як мы будзем выжываць у гэтай сітуацыі, прыходзіцца ўжо цяпер. У Еўропе актыўна выкарыстоўваюцца ветракі, хтосьці спрабуе атрымаць энергію з акіяна, а мы пагаворым аб сонечнай энергіі. Бо зорка, якую мы практычна кожны дзень бачым у небе, можа дапамагчы нам зберагчы неаднаўляльныя рэсурсы і палепшыць экалагічную абстаноўку. Значэнне сонца для Зямлі цяжка пераацаніць - яно дае цяпло, святло і дазваляе функцыянаваць ўсяму жывому на планеце. Дык чаму б не знайсці яму яшчэ адно прымяненне?

трохі гісторыі

У сярэдзіне 19-га стагоддзя фізік Аляксандр Эдмон Бекерэль адкрыў фотогальванический эфект. А да канца стагоддзя Чарльз Фриттс стварыў першы прыбор, здольны перапрацоўваць сонечную энергію ў электрычнасць. Для гэтага выкарыстоўваўся селен, пакрыты тонкім пластом золата. Эфект быў слабым, але менавіта гэтае вынаходніцтва часцяком звязваюць з пачаткам эры сонечнай энергіі. Некаторыя навукоўцы не згодныя з такой фармулёўкай. Яны называюць родапачынальнікам эры сонечнай энергіі сусветна вядомага навукоўца Альберта Эйнштэйна. У 1921 годзе ён атрымаў Нобелеўскую прэмію за тлумачэнне законаў вонкавага фотаэфекту.

Здавалася б, сонечная энергія - гэта перспектыўны шлях развіцця. Але існуе нямала перашкод для таго, каб яна ўвайшла ў кожны дом - у асноўным, эканамічных і экалагічных. З чаго складаецца кошт сонечных батарэй, якую шкоду яны могуць нанесці навакольнага асяроддзі і якія яшчэ існуюць спосабы атрымання энергіі, даведаемся ніжэй.

спосабы назапашвання

Самай актуальнай задачай, звязанай з Прыручэнне энергіі сонца, з'яўляецца не толькі яе атрыманне, але і акумуляцыя. І менавіта гэта з'яўляецца самым складаным. У цяперашні час навукоўцамі было распрацавана толькі 3 спосабу паўнавартаснага прыручэння сонечнай энергіі.

Першы заснаваны на выкарыстанні парабалічнага люстэрка і трохі нагадвае гульню з лупай, якая ўсім знаёмая з дзяцінства. Скрозь лінзу святло праходзіць, збіраючыся ў адной кропцы. Калі ў гэтым месцы пакласці кавалачак паперы, яна загарыцца, паколькі тэмпература перакрыжаваных сонечных прамянёў неверагодна высокая. Парабалічнае люстэрка ўяўляе сабой увагнуты дыск, які нагадвае неглыбокую чару. Гэта люстэрка, у адрозненне ад лупы, не прапускае, а адлюстроўвае сонечнае святло, збіраючы яго ў адным пункце, якая звычайна накіравана на чорную трубу з вадой. Такі колер выкарыстоўваюць таму, што ён лепш за ўсё паглынае святло. Вада ў трубе пад дзеянне сонечных прамянёў награваецца і можа выкарыстоўвацца для атрымання электрычнасці або для ацяплення невялікіх дамоў.

плоскі награвальнік

У гэтым спосабе выкарыстоўваецца зусім іншая сістэма. Прыёмнік сонечнай энергіі выглядае як шматслаёвая канструкцыя. Прынцып яго працы выглядае так.

Праходзячы праз шкло, прамяні трапляюць на прыцемненыя метал, які, як вядома, лепш паглынае святло. Сонечная радыяцыя ператвараецца ў цеплавую энергію і награвае ваду, якая знаходзіцца пад жалезнай пласцінай. Далей усё адбываецца як у першым спосабе. Нагрэтую ваду можна выкарыстоўвалі альбо для ацяплення памяшканняў, альбо для атрымання электрычнай энергіі. Праўда, эфектыўнасць такога метаду не настолькі высокая, каб выкарыстоўваць яго паўсюдна.

Як правіла, атрыманая такім чынам сонечная энергія - гэта цяпло. Для атрымання электрычнасці значна часцей выкарыстоўваюць трэці спосаб.

сонечныя элементы

Больш за ўсё мы знаёмыя менавіта з такім спосабам атрымання энергіі. Ён мае на ўвазе выкарыстанне розных батарэй або сонечных панэляў, якія можна сустрэць на дахах многіх сучасных дамоў. Такі спосаб складаней раней апісаных, але з'яўляецца нашмат больш перспектыўным. Менавіта ён дае магчымасць пераўтварэння энергіі сонца ў электрычнасць у прамысловых маштабах.

Адмысловыя панэлі, прызначаныя для ўлоўлівання прамянёў, робяць з абагачаных крышталяў крэмнію. Сонечнае святло, трапляючы на іх, збівае электрон з арбіты. На яго месца тут жа імкнецца іншы, такім чынам атрымліваецца бесперапынная рухомая ланцужок, якая і стварае ток. Ён пры неабходнасці адразу выкарыстоўваецца для забеспячэння прыбораў або назапашваецца ў выглядзе электраэнергіі ў спецыяльных акумулятарах.

Папулярнасць гэтага спосабу абгрунтавана тым, што ён дазваляе атрымаць больш за 120 Вт за ўсё з аднаго квадратнага метра сонечнай батарэі. Пры гэтым панэлі маюць параўнальна невялікую таўшчыню, што дазваляе размяшчаць іх практычна ўсюды.

Тыпы крамянёвых панэляў

Існуе некалькі відаў сонечных батарэй. Першыя выкананы з выкарыстаннем монакрышталічнага крэмнію. Іх каэфіцыент карыснага дзеяння складае прыкладна 15%. Такія панэлі сонечнай батарэі з'яўляюцца найбольш дарагімі.

ККД элементаў, вырабленых з полікрышталічнага крэмнія, дасягае 11%. Каштуюць яны менш, паколькі матэрыял для іх атрымліваюць па спрошчанай тэхналогіі. Трэці тып з'яўляецца найбольш эканамічным і адрозніваецца мінімальным ККД. Гэта панэлі з аморфнага крэмнія, то ёсць некристаллического. Акрамя нізкай эфектыўнасці, яны маюць яшчэ адзін істотны недахоп - недаўгавечнасць.

Некаторыя вытворцы для павелічэння ККД задзейнічаюць абодва бакі панэлі сонечнай батарэі - тыльны і франтальную. Гэта дазваляе ўлоўліваць свет у вялікіх аб'ёмах і павялічвае колькасць атрыманай энергіі на 15-20%.

айчынныя вытворцы

Сонечная энергія на Зямлі атрымлівае ўсё большае распаўсюджванне. Нават у нашай краіне зацікаўленыя ў вывучэнні гэтай галіны. Нягледзячы на тое што ў Расеі не вельмі актыўна ідзе развіццё альтэрнатыўнай энергетыкі, вызначаных поспехаў удалося дамагчыся. У цяперашні час стварэннем панэляў для атрымання сонечнай энергіі займаюцца некалькі арганізацый - у асноўным гэта навуковыя інстытуты рознай накіраванасці і заводы па вытворчасці электраабсталявання.

1. НПФ "кварк".
2. ААТ «Ковровский механічны завод».
3. Усерасійскі НДІ электрыфікацыі сельскай гаспадаркі.
4. НВА машынабудавання.
5. АТ ВИЭН.
6. ААТ «Разанскі завод металакерамічную прыбораў».
7. АООТ Праўдзінскі дасведчаны завод крыніц току «Пазітыў».

Гэта толькі невялікая частка прадпрыемстваў, якія прымаюць актыўны ўдзел у развіцці альтэрнатыўнай энергетыкі ў Расіі.

Уплыў на навакольнае асяроддзе

Адмова ад вугальных і нафтавых крыніц энергіі звязаны не толькі з тым, што гэтыя рэсурсы рана ці позна скончацца. Справа ў тым, што яны моцна шкодзяць навакольнага асяроддзі - забруджваюць глебу, паветра і ваду, спрыяюць развіццю захворванняў у людзей і зніжэння імунітэту. Менавіта таму альтэрнатыўныя крыніцы энергіі павінны быць бяспечныя з экалагічнага пункту гледжання.

Крэмній, які выкарыстоўваецца для вытворчасці фотаэлементаў, сам па сабе бяспечны, паколькі з'яўляецца прыродным матэрыялам. Але пасля яго ачысткі застаюцца адходы. Менавіта яны могуць нанесці шкоду чалавеку і навакольнага асяроддзі пры няправільным выкарыстанні.

Акрамя таго, на ўчастку, цалкам застаўленая сонечнымі батарэямі, можа парушыцца натуральнае асвятленне. Гэта прывядзе да зменаў у існуючай экасістэме. Але ў цэлым уплыў на навакольнае асяроддзе прылад, прызначаных для пераўтварэння сонечнай энергіі, мінімальна.

эканамічнасць

Самыя вялікія выдаткі па вытворчасці сонечных батарэй звязаны з дарагоўляй сыравіны. Як мы ўжо высветлілі, адмысловыя панэлі ствараюцца з выкарыстаннем крэмнію. Нягледзячы на тое што гэты мінерал шырока распаўсюджаны ў прыродзе, з яго здабычай звязаны вялікія праблемы. Справа ў тым, што крэмній, які складае больш за чвэрць масы зямной кары, не падыходзіць для вытворчасці сонечных батарэй. Для гэтых мэтаў прыдатны толькі найчысты матэрыял, які атрымліваецца прамысловым спосабам. На жаль, з пяску атрымаць найчысты крэмній вельмі праблематычна.

Па цане дадзены рэсурс параўнальны з уранам, выкарыстоўвальным на АЭС. Менавіта таму кошт сонечных батарэй ў цяперашні час застаецца на даволі высокім узроўні.

сучасныя тэхналогіі

Першыя спробы прыручыць сонечную энергію з'явіліся досыць даўно. З тых часоў многія навукоўцы актыўна занятыя пошукамі максімальна эфектыўнага абсталявання. Яно павінна быць не толькі эканамічна выгадным, але таксама кампактным. Яго ККД павінен імкнуцца да максімуму.

Першыя крокі да ідэальнага прыбору для атрымання і пераўтварэння сонечнай энергіі былі зробленыя з вынаходствам крамянёвых батарэй. Вядома, цана дастаткова высокая, але затое панэлі могуць быць размешчаныя на дахах і сценах дамоў, дзе яны нікому не будуць перашкаджаць. А эфектыўнасць такіх батарэй бясспрэчная.

Але лепшы спосаб павялічыць папулярнасць сонечнай энергіі - зрабіць яе больш таннай. Нямецкія навукоўцы ўжо прапанавалі замяніць крэмній сінтэтычнымі валокнамі, якія могуць быць інтэграваныя ў тканіну або іншыя матэрыялы. ККД такі сонечнай батарэі не вельмі высокі. Але кашуля з украпваннем сінтэтычных валокнаў зможа, па меншай меры, забяспечыць электраэнергіяй смартфон або плэер. Актыўна вядуцца работы і ў галіне нанатэхналогій. Верагодна, менавіта яны дазволяць сонца стаць найбольш папулярнай крыніцай энергіі ўжо ў гэтым стагоддзі. Спецыялісты кампаніі Scates AS з Нарвегіі ўжо заявілі, што нанатэхналогіі дазволяць скараціць кошт сонечных панэляў у 2 разы.

Сонечная энергія для дома

Аб жыллё, якое само сябе будзе забяспечваць, напэўна мараць многія: не залежнасці ад цэнтралізаванага ацяплення, складанасцяў з аплатай рахункаў і шкоды для навакольнага асяроддзя. Ужо зараз у многіх краінах актыўна будуецца жыллё, спажывальнае толькі энергію, атрыманую з альтэрнатыўных крыніц. Яскравы прыклад - так званы сонечны дом.

У працэсе будаўніцтва ён запатрабуе вялікіх укладанняў, чым традыцыйны. Але затое пасля некалькіх гадоў эксплуатацыі ўсе выдаткі акупяцца - не прыйдзецца плаціць за ацяпленне, гарачую ваду і электрычнасць. У сонечным доме ўсе гэтыя камунікацыі прывязаныя да спецыяльных фотаэлектрычным панэляў, размешчаных на даху. Прычым атрыманыя такім чынам энергетычныя рэсурсы не толькі выдаткоўваюцца на бягучыя патрэбы, але і назапашваюцца для выкарыстання ў начны час і пры пахмурным надвор'і.

У цяперашні час будаўніцтва такіх дамоў вядзецца не толькі ў краінах, набліжаных да экватара, дзе здабываць сонечную энергію прасцей за ўсё. Іх узводзяць таксама і ў Канадзе, Фінляндыі і Швецыі.

Плюсы і мінусы

Развіццё тэхналогій, якія дазваляюць паўсюдна выкарыстоўваць сонечную энергію, магло б весціся больш актыўна. Але існую пэўныя прычыны, па якіх гэта ўсё яшчэ не з'яўляецца прыярытэтнай задачай. Як мы ўжо казалі вышэй, пры вытворчасці панэляў выпрацоўваюцца шкодныя для навакольнага асяроддзя рэчывы. Акрамя таго, гатовае абсталяванне ўтрымлівае ў сваім складзе галій, мыш'як, кадмій і свінец.

Нямала пытанняў выклікае і неабходнасць ўтылізацыі фотаэлектрычных панэляў. Праз 50 гадоў яны стануць непрыдатнымі для службы, і іх давядзецца нейкім чынам знішчаць. Не нанясе гэта каласальны шкоду прыродзе? Варта таксама ўлічваць, што сонечная энергія - гэта непастаянны рэсурс, эфектыўнасць атрымання якога залежыць ад часу сутак і надвор'я. А гэта з'яўляецца істотным недахопам.

Але і плюсы, вядома, ёсць. Сонечную энергію можна здабываць практычна ў любым пункце Зямлі, а абсталяванне для яе атрымання і пераўтварэння можа быць настолькі маленькім, што змесціцца на тыльным баку смартфона. Што яшчэ немалаважна, гэта аднаўляльны рэсурс, гэта значыць колькасць сонечнай энергіі будзе заставацца нязменным яшчэ як мінімум тысячы гадоў.

перспектывы

Развіццё тэхналогій у галіне сонечнай энергетыкі павінна прывесці да зніжэння выдаткаў на стварэнне элементаў. Ужо цяпер з'яўляюцца шкляныя панэлі, якія могуць быць устаноўлены на вокнах. Развіццё нанатэхналогій дазволіла вынайсці фарбу, якая будзе напыляется на сонечныя батарэі і зможа замяніць крамянёвы пласт. Калі кошт сонечнай энергіі сапраўды знізіцца ў некалькі разоў, яе папулярнасць таксама вырасце шматкроць.

Стварэнне маленькіх панэляў для індывідуальнага прымянення дазволіць людзям у любых умовах выкарыстоўваць сонечную энергію - дома, у машыне ці нават за горадам. Дзякуючы іх распаўсюджванню знізіцца нагрузка на цэнтралізаваныя электрасеткі, паколькі людзі змогуць самастойна зарадзіць дробную электроніку.

Спецыялісты кампаніі Shell мяркуюць, што да 2040 года каля паловы энергіі ў свеце будзе стварацца за кошт аднаўляльных рэсурсаў. Ужо цяпер у Германіі спажыванне сонечнай энергіі актыўна расце, а магутнасць батарэй складае больш за 35 гігаваты. Японія таксама актыўна развівае гэтую галіну. Дзве гэтыя краіны - лідэры спажывання сонечнай энергіі ў свеце. Верагодна, хутка да іх далучацца і Злучаныя Штаты.

Іншыя альтэрнатыўныя крыніцы энергіі

Навукоўцы не перастаюць ламаць галаву над тым, што яшчэ можна выкарыстоўваць для атрымання электрычнасці або цяпла. Прывядзём прыклады найбольш перспектыўных альтэрнатыўных крыніц энергіі.

Ветракі зараз можна сустрэць практычна ў любой краіне. Нават на вуліцах шматлікіх расійскіх гарадоў ўсталёўваюць ліхтары, якія самі забяспечваюць сябе электрычнасцю за кошт энергіі ветру. Напэўна іх сабекошт вышэйшы за сярэдні, але затое з часам яны гэтую розніцу вернуць.

Досыць даўно была прыдуманая тэхналогія, якая дазваляе атрымліваць энергію, выкарыстоўваючы розніцу тэмператур вады на паверхні акіяна і на глыбіні. Кітай актыўна збіраецца развіваць гэты кірунак. У бліжэйшыя гады ў берагоў Паднябеснай збіраюцца пабудаваць найбуйнейшую электрастанцыю, якая працуе па гэтай тэхналогіі. Існуюць і іншыя спосабы выкарыстання мора. Напрыклад, у Аўстраліі плануюць стварыць электрастанцыю, генерыруючых энергію з сілы плыняў.

Ёсць і многія іншыя спосабы атрымання электрычнасці або цяпла. Але на фоне многіх іншых варыянтаў сонечная энергія - гэта сапраўды перспектыўны напрамак развіцця навукі.