Tulevaisuuden energia tänään: Kuinka aurinkopaneelit ja helikiostat toimivat?

Mainos

Uusiutuvat luonnonvarat. On ongelma, joka kohtaamme joka päivä riippumatta siitä, ymmärrämmekö sen vai ei. Kulutamme polttoainetta jokaisella kaasukahvan pumpulla, jokaisella auton kaasupoljimen painikkeella ja älypuhelimien laturiemme kaikilla pistokkeilla. Ja jonain päivänä polttoaine loppuu. Joten miksi emme käytä yhtä energialähdettä, joka ei lopu - aurinko?

Aurinko on upea kokonaisuus. Se tarjoaa maailmalle tarpeeksi energiaa kaiken sivilisaation voimistamiseksi. Ainoa ongelma on, kuinka me talteenotamme ja hyödynnämme tätä energiaa? Mitä hyötyä on joukosta ilmaista energiaa, jos emme voi muuttaa sitä hyödylliseksi välineeksi? Siinä on kysymys, ja se on paljon vaikeampi ratkaista kuin voisit kuvitella.

“Odota hetki" sinä sanot, "meillä on ollut kaupallista aurinkoenergiaa 1980-luvulta lähtien!”Ja olisit oikeassa sanoessasi sen. Vaikeuksia ei kuitenkaan ole Miten muuntaa auringon energia sähköksi. Tiedämme jo, miten se tehdään - ei vain tasolla, jota voidaan kuluttaa massana. Aurinkoenergian rajojen ymmärtämiseksi meidän on tiedettävä, miten aurinkopaneelit toimivat.

Joten liittykää minuun, kun kaivaan aurinkoenergian sisäisiä toimintoja. Katsotaanpa tarkemmin prosessia, joka liittyy auringonvalon muuttamiseen kannattavaksi polttoaineen lähteeksi.

Aurinkoenergia alkaa, kuten luulisi, auringosta. Tuo taivaalla roikkuva jättiläinen tulipallo on täydellinen energian lähde. Toisin kuin hiili, aurinko ei tukkitse ilmapiiriämme hiilidioksidilla. Se on helposti saatavilla, joten meidän ei tarvitse käydä poraamassa ympäri maailmaa. Työskentely aurinkoenergian kanssa ei aiheuta vaaraa ihmisille (paitsi ehkä satunnaista auringonpolttamaa).

Ja ennen kaikkea aurinkoenergia on ilmaista. Aurinkoenergialla ei ole todellisten reseptoreiden rakentamisen ja laitteiden ylläpidon lisäksi siihen liittyviä kustannuksia.

Joten miten se kaikki toimii?

Energia on ympärillämme kaikissa muodoissa. Valo on energiaa. Lämpö on energiaa. Liike on energiaa. Hiljaisuus on (potentiaalista) energiaa. Aurinko antaa valtavan määrän valoa ja tavoitteemme on muuntaa tuo valoenergia jotain jota voimme käyttää, nimittäin sähköenergiaa.

Useimmissa tapauksissa, kun valo osuu esineeseen, se muuttuu lämpöenergiaksi. Ajattele takaisin viimeiseen rantavierailuusi. Kun istuit auringossa, ihosi kuumeni. Se on yksinkertainen tosiasia elämästä, jonka olemme kaikki kokeneet. Mutta on olemassa tiettyjä materiaaleja, jotka muuttavat valon muiksi energioiksi kuin lämpöä. Pii on yksi näistä materiaaleista.

Kun valo osuu piin, se ei hajoa lämmönä. Sen sijaan piimolekyylin elektronit siirtyvät liikkumaan ympäri tuottaen sähkövirran. Piin hyödyntämiseksi tällä tavoin tarvitset kuitenkin suuria piikiteitä, jotka ovat riittävän suuria tuottamaan huomattavia määriä sähköä.

Aurinkotekniikan vanhemmissa versioissa käytettiin piikiteitä. Kuten kävi ilmi, tämä aurinkovalon muuntamismenetelmä ei ollut kovin toteutettavissa, koska suuria piikiteitä on vaikea kasvattaa. Kun jotain on vaikeaa, sen hinta pysyy korkeana. Jos hinta pysyy korkeana, sen laaja käyttö on epätodennäköistä.

Nykyään aurinkoteknologia käyttää erilaista materiaalia. Tämä uusi materiaali koostuu kuparista, indiumista, galliumista ja seleenistä, ja sitä kutsutaan osuvasti kupari-indium-gallium-selenidiksi tai CIGS: ksi. Toisin kuin piitä, CIGS: stä tehdyt kiteet ovat pienempiä ja halvempia, mutta ne ovat paljon piitä tehokkaampia muuntaa aurinkovaloa.

Ja siinä olemme tänään. Aurinkoenergian osuus maailman energiantuotannosta on hyvin pieni, ja se pysyy tällä tavalla tutkijoihin asti joko löydä uusi materiaali, joka toimii yhtä hyvin kuin piin, tai löydä menetelmä edullisen suuren piin tuottamiseksi kiteitä.

Kuten tehottomia kuin aurinkopaneelit ovat tällä hetkellä, on olemassa muutamia menetelmiä, joita käytetään parantamaan aurinkoenergian talteenottoa ja varastointia. Yksi tapa on käyttää akkua, joka tallentaa energiaa ja sallii kulutuksen, kun aurinkoa ei ole - yöllä ja pilvisinä päivinä. Toinen tapa on käyttää heliostaattia.

Mikä on heliostaatti? Voit ajatella sitä suurena peilinä (tai monina peileinä), jotka on kiinnitetty pyörivään sauvaan tai alustaan ​​(tai moniin napoihin ja lavoihin). Toisin kuin aurinkopaneelit, heliostaatit eivät ime suoraan aurinkoa; sen sijaan he käyttävät peilejä suuntaamaan auringon valoa ja suunnistamaan ne paikallaan oleviin aurinkopaneeleihin absorptioa varten.

Heliostaatteja hallitsevat pääasiassa tietokoneet. Näihin tietokoneisiin syötetään tiettyjä tietoja (heliostaatin sijainti, auringon sijainti) paneeli, kellonaika ja päivämäärä) ja tietoja murskataan, kunnes tietokone pystyy laskemaan auringon paikan taivas. Kun se on tehty, tietokone säätää peilin kulman siten, että auringonvalo kimpoaa siitä ja osuu kohde aurinkopaneeliin.

Heliostaatin suurin hyöty on, että joukko heitä voidaan järjestää kohdistamaan yhteen aurinkoreseptoriin. Kun normaalisti aurinkopaneeli saattaa saada vain jonkin verran auringonvaloa, heliostaattien järjestely voi huomattavasti vahvistaa muunnettavan valon määrää.

Mutta jopa heliostaattien kanssa, aurinkoenergialla on vielä pitkä tie kuljettavanaan, ennen kuin sitä voidaan käyttää laajassa mittakaavassa. Jos se ei olisi ongelma muuntamalla todellinen auringonvalo, aurinkoenergia olisi sivilisaatiomme uusiutuvin, edullisin ja ympäristölle terveellisin polttoaine. Eli kunnes aurinko räjähtää.

Kuvahyvitys: Aurinkopaneelikuva Shutterstockin kautta, Valokuva aurinkopaneelista Shutterstockin kautta