V posledních letech se vědci zajímají zejména o alternativní zdroje energie. Ropa a plyn dříve nebo později dojde, takže musíme myslet na to, jak v této situaci přežijeme už nyní. V Evropě se aktivně využívají větrné mlýny, někdo se snaží získávat energii z oceánu a budeme mluvit o solární energii. Hvězda, kterou na obloze vidíme téměř každý den, nám totiž může pomoci šetřit neobnovitelné zdroje a zlepšit životní prostředí. Hodnota slunce pro Zemi se těžko přeceňuje – dává teplo, světlo a umožňuje fungování veškerého života na planetě. Tak proč pro něj nenajít jiné využití?
Trocha historie
V polovině 19. století objevil fyzik Alexander Edmond Becquerel fotovoltaický efekt. A do konce století vytvořil Charles Fritts první zařízení schopné přeměnit sluneční energii na elektřinu. K tomu byl použit selen potažený tenkou vrstvou zlata. Účinek byl slabý, ale tento vynález je často spojován s počátkem éry sluneční energie. Někteří vědci s touto formulací nesouhlasí. Za zakladatele éry sluneční energie nazývají světově proslulého vědce Alberta Einsteina. V roce 1921roku obdržel Nobelovu cenu za vysvětlení zákonů vnějšího fotoelektrického jevu.
Zdá se, že solární energie je slibným způsobem rozvoje. Proniknout do každého domova mu ale brání mnoho překážek – především ekonomických a ekologických. Co tvoří náklady na solární panely, jaké škody mohou způsobit životnímu prostředí a jaké další způsoby výroby energie se dozvíme níže.
Metody spoření
Nejnaléhavějším úkolem spojeným se zkrocením sluneční energie je nejen její příjem, ale také její akumulace. A to je to nejtěžší. V současné době vědci vyvinuli pouze 3 způsoby, jak plně zkrotit sluneční energii.
První je založen na použití parabolického zrcadla a je tak trochu jako hraní si s lupou, kterou zná každý už od dětství. Světlo prochází čočkou a shromažďuje se v jednom bodě. Pokud na toto místo vložíte papír, rozsvítí se, protože teplota zkřížených slunečních paprsků je neuvěřitelně vysoká. Parabolické zrcadlo je konkávní disk připomínající mělkou mísu. Toto zrcadlo, na rozdíl od lupy, nepropouští, ale odráží sluneční světlo, shromažďuje je v jednom bodě, který je obvykle nasměrován na černou trubku s vodou. Tato barva se používá, protože nejlépe absorbuje světlo. Voda v potrubí je ohřívána slunečním zářením a lze ji použít k výrobě elektřiny nebo k vytápění malých domů.
Plochý ohřívač
Tato metoda používáúplně jiný systém. Přijímač solární energie vypadá jako vícevrstvá struktura. Princip jeho fungování vypadá takto.
Při průchodu sklem dopadají paprsky na ztmavlý kov, který, jak víte, lépe pohlcuje světlo. Sluneční záření se mění na tepelnou energii a ohřívá vodu, která je pod železnou deskou. Dále se vše děje jako v první metodě. Ohřátá voda může být použita buď pro vytápění nebo pro výrobu elektrické energie. Pravda, účinnost této metody není dostatečně vysoká, aby ji bylo možné použít všude.
Zpravidla je takto získaná solární energie teplo. K výrobě elektřiny se mnohem častěji používá třetí metoda.
Solární články
Ze všeho nejvíc známe tento způsob získávání energie. Jde o použití různých baterií nebo solárních panelů, které najdeme na střechách mnoha moderních domů. Tato metoda je složitější, než bylo dříve popsáno, ale je mnohem slibnější. Je to on, kdo umožňuje přeměnit sluneční energii na elektřinu v průmyslovém měřítku.
Speciální panely určené k zachycení paprsků jsou vyrobeny z obohacených křemíkových krystalů. Sluneční světlo, které na ně dopadá, vyrazí elektron z oběžné dráhy. Další se okamžitě snaží zaujmout jeho místo, čímž se získá souvislý pohybující se řetěz, který vytváří proud. V případě potřeby se okamžitě použije k zajištění zařízení nebo se hromadí ve forměelektřina ve speciálních bateriích.
Oblíbenost této metody je odůvodněna tím, že umožňuje získat více než 120 wattů z pouhého jednoho čtverečního metru solárních panelů. Panely mají zároveň relativně malou tloušťku, což umožňuje jejich umístění téměř kamkoli.
Typy silikonových panelů
Existuje několik typů solárních článků. První jsou vyrobeny z monokrystalického křemíku. Jejich účinnost je asi 15 %. Tyto solární panely jsou nejdražší.
Účinnost prvků vyrobených z polykrystalického křemíku dosahuje 11%. Stojí méně, protože materiál pro ně se získává pomocí zjednodušené technologie. Třetí typ je nejúspornější a má minimální účinnost. Jedná se o panely vyrobené z amorfního křemíku, tedy nekrystalického. Kromě nízké účinnosti mají další významnou nevýhodu - křehkost.
Někteří výrobci používají ke zvýšení účinnosti obě strany solárního panelu – zadní i přední. To vám umožní zachytit světlo ve velkých objemech a zvýší množství přijaté energie o 15-20 %.
Domácí výrobci
Solární energie na Zemi je stále rozšířenější. I u nás je o studium tohoto odvětví zájem. Navzdory skutečnosti, že rozvoj alternativní energie není v Rusku příliš aktivní, bylo dosaženo určitého úspěchu. V současné době se několik organizací zabývá tvorbou panelů pro solární energii - předevšímvědecké ústavy různých oborů a továrny na výrobu elektrických zařízení.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Mechanical Plant.
- Celoruský výzkumný ústav elektrifikace zemědělství.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Rjazaňský závod kovokeramických zařízení".
- JSC Pravdinsky pilotní závod energetických zdrojů Pozit.
Toto je pouze malá část podniků aktivně zapojených do rozvoje alternativní energie v Rusku.
Dopad na životní prostředí
Odmítání zdrojů energie z uhlí a ropy souvisí nejen s tím, že tyto zdroje dříve či později dojdou. Faktem je, že velmi škodí životnímu prostředí – znečišťují půdu, vzduch i vodu, přispívají k rozvoji nemocí u lidí a snižují imunitu. Proto musí být alternativní zdroje energie šetrné k životnímu prostředí.
Křemík, který se používá k výrobě fotovoltaických článků, je sám o sobě bezpečný, protože jde o přírodní materiál. Po jeho vyčištění ale zůstane odpad. Jsou to ty, které mohou při nesprávném použití poškodit lidi a životní prostředí.
V oblasti zcela zaplněné solárními panely může navíc dojít k narušení přirozeného osvětlení. To povede ke změnám ve stávajícím ekosystému. Obecně je však dopad zařízení určených k přeměně sluneční energie na životní prostředí minimální.
Ekonomika
Největší náklady na výrobu solárních panelů jsou spojeny s vysokými náklady na suroviny. Jak jsme již zjistili, speciální panely se vytvářejí pomocí křemíku. Přestože je tento minerál v přírodě široce rozšířen, jsou s jeho těžbou spojeny velké problémy. Křemík, který tvoří více než čtvrtinu hmoty zemské kůry, se totiž pro výrobu solárních článků nehodí. Pro tyto účely je vhodný pouze nejčistší materiál získaný průmyslovou metodou. Bohužel získat nejčistší křemík z písku je extrémně problematické.
Cena tohoto zdroje je srovnatelná s uranem používaným v jaderných elektrárnách. To je důvod, proč náklady na solární panely v současnosti zůstávají na poměrně vysoké úrovni.
Moderní technologie
První pokusy o zkrocení sluneční energie se objevily již dávno. Od té doby se mnoho vědců aktivně zapojilo do hledání nejúčinnějších zařízení. Měl by být nejen cenově výhodný, ale také kompaktní. Jeho účinnost by se měla snažit o maximum.
První kroky k ideálnímu zařízení pro příjem a přeměnu sluneční energie byly učiněny s vynálezem silikonových baterií. Cena je samozřejmě dost vysoká, ale panely lze umístit na střechy a stěny domů, kde nebudou nikomu vadit. A účinnost takových baterií je nepopiratelná.
Nejlepší způsob, jak zvýšit popularitu solární energie, je zlevnit ji. Němečtí vědci již navrhli nahradit křemík syntetickými vlákny, do kterých lze integrovattkanina nebo jiné materiály. Účinnost takové solární baterie není příliš vysoká. Ale košile protkaná umělými vlákny může alespoň poskytnout elektřinu chytrému telefonu nebo přehrávači. Aktivně se pracuje také v oblasti nanotechnologií. Je pravděpodobné, že umožní, aby se slunce stalo nejoblíbenějším zdrojem energie tohoto století. Specialisté společnosti Scates AS z Norska již uvedli, že nanotechnologie sníží náklady na solární panely 2krát.
Solární energie pro domácnost
Samostatné bydlení je snem mnoha: žádná závislost na centralizovaném vytápění, žádné problémy s placením účtů a žádné škody na životním prostředí. Mnoho zemí již aktivně buduje bydlení, které spotřebovává pouze energii získanou z alternativních zdrojů. Pozoruhodným příkladem je takzvaný solární dům.
Během stavebního procesu bude vyžadovat více investic než tradiční. Po několika letech provozu se ale všechny náklady vrátí – nebudete muset platit za topení, teplou vodu a elektřinu. V solárním domě jsou všechny tyto komunikace vázány na speciální fotovoltaické panely umístěné na střeše. Navíc se takto získané energetické zdroje nevynakládají pouze na aktuální potřeby, ale také se akumulují pro použití v noci a za oblačného počasí.
V současné době se výstavba takových domů neprovádí pouze v zemích blízko rovníku, kde je nejsnazší získat solární energii. Jsou také postaveny vKanada, Finsko a Švédsko.
Pro a proti
Vývoj technologií, které umožňují všude využívat solární energii, by mohl být aktivnější. Existují však určité důvody, proč to stále není prioritou. Jak jsme si řekli výše, při výrobě panelů vznikají látky škodlivé pro životní prostředí. Kromě toho hotové vybavení obsahuje gallium, arsen, kadmium a olovo.
Potřeba recyklovat fotovoltaické panely také vyvolává mnoho otázek. Po 50 letech provozu se stanou nepoužitelnými a bude se muset nějak zničit. Způsobí to obrovské škody přírodě? Za úvahu také stojí, že solární energie je vrtkavý zdroj, jehož účinnost závisí na denní době a počasí. A to je značná nevýhoda.
Ale samozřejmě to má své plusy. Solární energii lze těžit téměř kdekoli na Zemi a zařízení na její výrobu a přeměnu může být dostatečně malé, aby se vešlo na zadní stranu smartphonu. Ještě důležitější je, že se jedná o obnovitelný zdroj, to znamená, že množství sluneční energie zůstane nezměněno po dobu nejméně dalších tisíc let.
Vyhlídky
Vývoj technologií v oblasti solární energie by měl vést ke snížení nákladů na tvorbu prvků. Již se objevují skleněné panely, které lze instalovat na okna. Rozvoj nanotechnologie umožnil vynalézt barvu, která se bude stříkat na solární panely a dokáže nahradit křemíkovou vrstvu. Pokud cena solární energie skutečně několikanásobně klesne, její popularita také mnohonásobně vzroste.
Vytváření malých panelů pro individuální použití umožní lidem využívat solární energii v jakémkoli prostředí – doma, v autě nebo dokonce mimo město. Díky jejich distribuci se sníží zatížení centralizované energetické sítě, protože si lidé budou moci dobíjet drobnou elektroniku sami.
Odborníci společnosti Shell se domnívají, že do roku 2040 bude zhruba polovina světové energie vyráběna z obnovitelných zdrojů. Již nyní v Německu spotřeba solární energie aktivně roste a výkon baterie je více než 35 gigawattů. Japonsko také aktivně rozvíjí toto odvětví. Tyto dvě země jsou lídry ve spotřebě solární energie na světě. Spojené státy se k nim pravděpodobně brzy připojí.
Další alternativní zdroje energie
Vědci si nepřestávají lámat hlavu nad tím, co dalšího lze použít k výrobě elektřiny nebo tepla. Zde jsou příklady nejslibnějších alternativních zdrojů energie.
Větrné mlýny lze nyní nalézt téměř v každé zemi. I v ulicích mnoha ruských měst jsou instalovány lucerny, které si samy zajišťují elektřinu z větrné energie. Jejich cena je jistě vyšší než průměr, ale časem tento rozdíl vynahradí.
Poměrně dávno byla vynalezena technologie, která vám umožňuje získat energii pomocírozdíl teplot vody na povrchu oceánu a v hloubce. Čína se aktivně chystá tento směr rozvíjet. V příštích letech se u pobřeží Říše středu chystají postavit největší elektrárnu fungující na této technologii. Jsou i jiné způsoby, jak využít moře. Například v Austrálii plánují vytvořit elektrárnu, která vyrábí energii ze síly proudů.
Existuje mnoho dalších způsobů výroby elektřiny nebo tepla. Ale na pozadí mnoha dalších možností je solární energie skutečně slibným směrem ve vývoji vědy.
