Energia viitorului, azi: Cum funcționează panourile solare și heliostatele?

Publicitate

Resurse regenerabile. Este o problemă cu care ne confruntăm în fiecare zi, indiferent dacă ne dăm seama sau nu. Cu fiecare pompă a unui mâner de gaz, cu fiecare apăsare a acceleratorului unei mașini, cu fiecare mufă de încărcătoare pentru smartphone-uri, consumăm combustibil. Și într-o zi, combustibilul va fi epuizat. Deci, de ce nu folosim singura sursă de energie care nu va rămâne - soarele?

Soarele este o entitate magnifică. Acesta oferă lumii suficientă energie pentru a alimenta toată civilizația. Singura problemă este cum captăm și valorificăm această energie? La ce bun este o grămadă de energie liberă dacă nu o putem transforma într-un mediu util? Aici se află problema și este mult mai dificil de rezolvat decât vă puteți imagina.

“Așteptați un minut" tu spui, "am avut energie solară comercială încă din anii 1980!Și ai avea dreptate să spui asta. Cu toate acestea, problema nu este Cum pentru a transforma energia soarelui în electricitate. Știm deja cum să facem asta - doar nu la un nivel care poate fi consumat în masă. Pentru a înțelege limitele energiei solare, trebuie să știm cum funcționează panourile solare.

Așadar, alătură-mă în timp ce mă săpat în funcționarea interioară a energiei solare. Să aruncăm o privire mai atentă asupra procesului implicat în transformarea luminii solare într-o sursă viabilă de combustibil.

Energia solară începe, așa cum te-ai aștepta, odată cu soarele. Acea minge de foc uriașă care atârnă pe cer este sursa perfectă de energie. Spre deosebire de cărbune, soarele nu ne înfundă atmosfera cu dioxid de carbon. Este ușor accesibil, așa că nu trebuie să mergem în foraj în toată lumea. Lucrul cu energia solară nu prezintă nici o amenințare pentru oameni (cu excepția poate arsurilor solare ocazionale).

Și, mai ales, energia solară este gratuită. În afară de construirea receptorilor efectivi și de întreținerea echipamentului, energia solară nu are costuri asociate cu acesta.

Deci, cum funcționează totul?

Energia este în jurul nostru în diferite forme. Lumina este energie. Căldura este energie. Mișcarea este energie. Starea liniștită este energia (potențială). Soarele emite o cantitate masivă de lumină și obiectivul nostru este de a transforma acea energie lumină într-un lucru pe care îl putem folosi, și anume energie electrică.

În cele mai multe cazuri, când lumina atinge un obiect, aceasta este transformată în energie termică. Gândiți-vă la ultima vizită pe plajă. Pe măsură ce te-ai așezat la soare, pielea ta se încingea. Este un fapt simplu al vieții pe care l-am experimentat cu toții. Există însă anumite materiale care transformă lumina în alte energii decât căldura. Siliciul este unul dintre aceste materiale.

Când lumina lovește siliciu, nu se disipează ca căldură. În schimb, electronii din molecula de siliciu salt în jurul valorii de mișcare, producând un curent electric. Cu toate acestea, pentru a utiliza siliciu, aveți nevoie de cristale mari de siliciu suficient de mari pentru a produce cantități vizibile de electricitate.

Versiunile mai vechi ale tehnologiei solare foloseau cristale de siliciu. După cum s-a dovedit, această metodă de conversie a luminii solare nu a fost foarte posibilă, deoarece cristalele mari de siliciu sunt dificil de cultivat. Când ceva este dificil, prețul acestuia rămâne ridicat. Dacă prețul rămâne ridicat, utilizarea pe scară largă devine puțin probabilă.

În zilele noastre, tehnologia solară folosește un material diferit. Acest material nou este compus din cupru, indiu, galiu și seleniu și este denumit în mod corespunzător cupru-indiu-galiu-selenidă sau CIGS. Spre deosebire de siliciu, cristalele fabricate din CIGS sunt mai mici și mai ieftine, dar sunt mult mai ineficiente decât siliciul în conversia luminii solare.

Și acolo suntem noi astăzi. Energia solară reprezintă foarte puțin din producția mondială de energie și va rămâne așa până când oamenii de știință fie găsiți un material nou care să funcționeze cât și siliciu sau descoperiți o metodă de a produce ieftin siliciu mare cristale.

Oricât de ineficiente sunt panourile solare acum, există câteva metode care sunt utilizate pentru a îmbunătăți captarea și stocarea energiei solare. O modalitate este să folosești o baterie care stochează energia, permițând consumul atunci când nu există soare - noaptea și în zilele înnorate. Un alt mod este să folosești un heliostat.

Ce este un heliostat? Vă puteți gândi la aceasta ca la o oglindă mare (sau la multe oglinzi) atașată la un pol sau platformă rotativă (sau la mulți poli și platforme). Spre deosebire de panourile solare, heliostatele nu absorb direct soarele; în schimb, folosesc oglinzi pentru a redirecționa lumina soarelui și o orientează spre panouri solare fixe pentru absorbție.

Heliostatele sunt controlate în mare parte de calculatoare. Aceste computere sunt alimentate cu anumite bucăți de date (locația heliostatului, locația solarului panoul, ora și data) și datele sunt macinate până când computerul poate calcula poziția soarelui în cer. După ce ați făcut acest lucru, computerul ajustează unghiul oglinzii, astfel încât lumina soarelui să răsară din ea și să lovească panoul solar țintă.

Cel mai mare beneficiu al heliostatului este că o multitudine de ele pot fi aranjate pentru a fi orientate către un singur receptor solar. În timp ce, în mod normal, un panou solar poate primi doar o anumită acoperire a luminii solare, un aranjament de heliostate poate amplifica drastic cantitatea de lumină transformată.

Dar chiar și cu heliostate, energia solară mai are un drum lung de parcurs înainte de a putea fi utilizată pe scară largă. Dacă nu am fost pentru problema de conversie lumina solară reală, energia solară ar fi cel mai regenerabil, cel mai accesibil și cel mai sănătos combustibil pentru mediul înconjurător pentru civilizația noastră. Adică până la explodarea soarelui.

Credit imagine: Ilustrația panoului solar via Shutterstock, Foto cu panou solar via Shutterstock