Каково будущее солнечной энергии?
В 21 веке солнечная энергия уже стала частью повседневной жизни. От бассейнов с солнечным подогревом до домов на солнечной энергии есть много примеров, демонстрирующих полезное применение чистой, безопасной и устойчивой энергии солнца.
По мере того, как растет беспокойство по поводу последствий сжигания ископаемого топлива и возможности истощения невозобновляемых источников энергии , будущее солнечной энергии выглядит светлым.
По состоянию на 2013 год технологии не без проблем, и до сих пор, приложения в основном были относительно небольшого масштаба, но в этой области ведутся большие исследования, и был ряд очень многообещающих разработок.
Солнце потенциально является огромным источником возобновляемой, чистой энергии . По некоторым оценкам, солнечный свет может производить в 10000 раз больше энергии, чем Земля использовала на рубеже XXI века. Однако для эффективного использования этой энергии необходимо решить основные технологические задачи. Существует ряд различных технологий, которые находятся в стадии разработки и используют солнечный свет для получения энергии.
Солнечный свет может использоваться просто для нагрева воды, которая затем используется для обеспечения центрального отопления домов. В качестве альтернативы, он может быть использован для выработки электроэнергии с использованием фотоэлектрических (PV) элементов, расположенных на солнечных панелях. Третий метод состоит в том, чтобы сконцентрировать солнечный свет на цели для выработки тепла, которое можно использовать непосредственно для промышленных целей или для выработки электроэнергии.
Эти панели основаны на фотоэлектрическом эффекте, когда определенные вещества производят небольшой электрический ток при воздействии света. Фотоэлектрические элементы сконструированы таким образом, чтобы использовать этот эффект, а солнечные панели состоят из больших массивов этих устройств, расположенных таким образом, чтобы получать как можно больше солнечного света. Вместе они могут генерировать значительное количество электроэнергии. Хотя с 2013 года они относительно неэффективны, они, как правило, имеют очень низкие эксплуатационные и эксплуатационные расходы и могут быть очень эффективными в обеспечении электроэнергией домов. В настоящее время проводится много исследований по повышению эффективности и созданию элементов из более дешевых материалов.
Большинство солнечных панелей состоят из фотоэлектрических элементов из кристаллического кремния , которые на 14-16% эффективнее преобразуют солнечный свет в электричество. Однако ряд альтернатив находится в стадии расследования. Тонкопленочные ячейки могут быть изготовлены из различных материалов. Хотя они в настоящее время менее эффективны, чем стандартные фотоэлементы, они легки, гибки и дешевле в изготовлении. Многоячеистые ячейки могут достигать эффективности более 43%. Они структурированы таким образом, что различные части клетки настроены на захват солнечного света на определенных диапазонах длин волн, вместо того, чтобы иметь один рецептор, который пропускает часть доступной энергии.
Другой многообещающей областью является сенсибилизированный красителем солнечный элемент (DSSC), иногда называемый элементом Гратцеля, в честь Михаэля Гратцеля, который впервые разработал его в 1990-х годах. Они используют краситель для захвата солнечной энергии и производства потока электронов, которые пополняются через слой жидкого электролита ниже. Хотя они потенциально дешевы в производстве, они эффективны только на 12%, и есть проблемы с долговечностью, которые могут повлиять на коммерческое использование. Например, жидкость может замерзнуть в холодных условиях или расшириться, когда она теплая, и может вытечь. Исследователи разработали версию ячейки, в которой проблемный жидкий электролит заменяется твердым материалом, открывая путь для дешевых и долговечных солнечных батарей.
В дополнение к разработке более дешевых и более эффективных фотоэлектрических элементов, важная часть будущего солнечной энергии заключается в строительстве новых зданий и модернизации многих старых. Некоторые эксперты предсказывают, что в большинстве, если не во всех новых зданиях на крышах будут установлены солнечные батареи. Так как они также легко устанавливаются, многие старые здания могут получить обновления для работы от Солнца. Эксперты и экологи надеются, что правительства будут поощрять строительство зеленой энергии посредством щедрых налоговых льгот, льгот и грантов на использование альтернативной энергии.
Солнечные панели на крыше могут, в некоторых областях, обеспечить все или большую часть потребностей дома в энергии. Однако в тех случаях, когда люди живут в многоэтажных жилых помещениях, количество места на крыше очень мало по сравнению с количеством домов. В то время как небольшие индивидуальные приложения могут снять некоторую нагрузку на электрическую сеть, если Солнце должно обеспечивать энергетические потребности городов и отраслей промышленности, его будущее должно лежать в крупных электростанциях, работающих на солнечной энергии.
Самой большой проблемой, с которой сталкивается использование солнечной энергии с помощью фотоэлементов, является пространство, необходимое для строительства электростанций. Завод состоит из тысяч солнечных панелей, мало чем отличающихся от тех, которые в настоящее время установлены в домах с альтернативной энергетикой. Из-за этого им требуется неизменно солнечная зона и значительное количество места. В настоящее время одна из крупнейших электростанций в мире покрывает более 10 квадратных миль (16,9 км 2 ) и вырабатывает достаточно электроэнергии для работы около 200 000 домов. Некоторые эксперты предполагают, что для обеспечения электроэнергией всей территории Соединенных Штатов потребуется примерно 100 миль (160,9 км) с каждой стороны, возможно, где-то в пустынном климате юго-запада США.
Существует ряд других возможностей для крупномасштабного использования энергии Солнца. Одним из примеров является технология концентрирования солнечной энергии (CSP). Вместо того чтобы производить электроэнергию напрямую, они концентрируют солнечный свет для нагрева воды, обеспечивая пар для привода турбины, которая вырабатывает электричество, как обычная электростанция. Они могут состоять из массивов параболических зеркал, которые фокусируют солнечный свет на линейной трубе, заполненной жидкостью. Альтернативно, тепло от Солнца может быть сфокусировано параболическим зеркалом, чтобы нагреть жидкость, которая приводит в движение двигатель Стирлинга, который обеспечивает механическую энергию для производства электроэнергии.
Еще одна проверенная система - это «силовая башня», в которой множество плоских зеркал, следящих за солнцем, фокусирует тепло от Солнца в емкость с жидкостью, которая используется для подачи пара в генератор. Работает ряд станций, вырабатывающих 10-20 мегаватт электроэнергии. Будущие заводы могут обеспечить до 200 мегаватт.
Одна из обнадеживающих тенденций, касающихся будущего солнечной энергетики, заключается в том, что многие из величайших мировых новаторов предпочитают сосредоточить свои таланты и средства на совершенствовании технологий альтернативной энергетики . Многие схемы награждения, финансируемые различными правительствами по всему миру, направлены на обеспечение солнечной энергии экономически и в больших масштабах. Во многих странах гражданам предоставляются финансовые стимулы для перехода на «зеленые» источники энергии и установки собственных солнечных батарей.
Хотя по состоянию на 2013 год появилось много обнадеживающих признаков того, что правительства признают необходимость альтернативных источников энергии и содействуют исследованиям в области солнечной энергии, ответ отчасти зависит от граждан мира. То, что обычные граждане решат покупать и поддерживать, будет влиять на тенденции будущего. Установив солнечные батареи, пожертвовав исследовательским организациям, занимающимся альтернативными видами энергии, получив высшее образование по смежным дисциплинам и проголосовав за меры, способствующие развитию альтернативной энергетики, каждый может сказать будущее солнечной энергии.
По мере того, как растет беспокойство по поводу последствий сжигания ископаемого топлива и возможности истощения невозобновляемых источников энергии , будущее солнечной энергии выглядит светлым.
По состоянию на 2013 год технологии не без проблем, и до сих пор, приложения в основном были относительно небольшого масштаба, но в этой области ведутся большие исследования, и был ряд очень многообещающих разработок.
Использование солнечной энергии
Солнце потенциально является огромным источником возобновляемой, чистой энергии . По некоторым оценкам, солнечный свет может производить в 10000 раз больше энергии, чем Земля использовала на рубеже XXI века. Однако для эффективного использования этой энергии необходимо решить основные технологические задачи. Существует ряд различных технологий, которые находятся в стадии разработки и используют солнечный свет для получения энергии.
Солнечный свет может использоваться просто для нагрева воды, которая затем используется для обеспечения центрального отопления домов. В качестве альтернативы, он может быть использован для выработки электроэнергии с использованием фотоэлектрических (PV) элементов, расположенных на солнечных панелях. Третий метод состоит в том, чтобы сконцентрировать солнечный свет на цели для выработки тепла, которое можно использовать непосредственно для промышленных целей или для выработки электроэнергии.
Солнечные панели
Эти панели основаны на фотоэлектрическом эффекте, когда определенные вещества производят небольшой электрический ток при воздействии света. Фотоэлектрические элементы сконструированы таким образом, чтобы использовать этот эффект, а солнечные панели состоят из больших массивов этих устройств, расположенных таким образом, чтобы получать как можно больше солнечного света. Вместе они могут генерировать значительное количество электроэнергии. Хотя с 2013 года они относительно неэффективны, они, как правило, имеют очень низкие эксплуатационные и эксплуатационные расходы и могут быть очень эффективными в обеспечении электроэнергией домов. В настоящее время проводится много исследований по повышению эффективности и созданию элементов из более дешевых материалов.
Большинство солнечных панелей состоят из фотоэлектрических элементов из кристаллического кремния , которые на 14-16% эффективнее преобразуют солнечный свет в электричество. Однако ряд альтернатив находится в стадии расследования. Тонкопленочные ячейки могут быть изготовлены из различных материалов. Хотя они в настоящее время менее эффективны, чем стандартные фотоэлементы, они легки, гибки и дешевле в изготовлении. Многоячеистые ячейки могут достигать эффективности более 43%. Они структурированы таким образом, что различные части клетки настроены на захват солнечного света на определенных диапазонах длин волн, вместо того, чтобы иметь один рецептор, который пропускает часть доступной энергии.
Другой многообещающей областью является сенсибилизированный красителем солнечный элемент (DSSC), иногда называемый элементом Гратцеля, в честь Михаэля Гратцеля, который впервые разработал его в 1990-х годах. Они используют краситель для захвата солнечной энергии и производства потока электронов, которые пополняются через слой жидкого электролита ниже. Хотя они потенциально дешевы в производстве, они эффективны только на 12%, и есть проблемы с долговечностью, которые могут повлиять на коммерческое использование. Например, жидкость может замерзнуть в холодных условиях или расшириться, когда она теплая, и может вытечь. Исследователи разработали версию ячейки, в которой проблемный жидкий электролит заменяется твердым материалом, открывая путь для дешевых и долговечных солнечных батарей.
В дополнение к разработке более дешевых и более эффективных фотоэлектрических элементов, важная часть будущего солнечной энергии заключается в строительстве новых зданий и модернизации многих старых. Некоторые эксперты предсказывают, что в большинстве, если не во всех новых зданиях на крышах будут установлены солнечные батареи. Так как они также легко устанавливаются, многие старые здания могут получить обновления для работы от Солнца. Эксперты и экологи надеются, что правительства будут поощрять строительство зеленой энергии посредством щедрых налоговых льгот, льгот и грантов на использование альтернативной энергии.
Солнечные панели на крыше могут, в некоторых областях, обеспечить все или большую часть потребностей дома в энергии. Однако в тех случаях, когда люди живут в многоэтажных жилых помещениях, количество места на крыше очень мало по сравнению с количеством домов. В то время как небольшие индивидуальные приложения могут снять некоторую нагрузку на электрическую сеть, если Солнце должно обеспечивать энергетические потребности городов и отраслей промышленности, его будущее должно лежать в крупных электростанциях, работающих на солнечной энергии.
Самой большой проблемой, с которой сталкивается использование солнечной энергии с помощью фотоэлементов, является пространство, необходимое для строительства электростанций. Завод состоит из тысяч солнечных панелей, мало чем отличающихся от тех, которые в настоящее время установлены в домах с альтернативной энергетикой. Из-за этого им требуется неизменно солнечная зона и значительное количество места. В настоящее время одна из крупнейших электростанций в мире покрывает более 10 квадратных миль (16,9 км 2 ) и вырабатывает достаточно электроэнергии для работы около 200 000 домов. Некоторые эксперты предполагают, что для обеспечения электроэнергией всей территории Соединенных Штатов потребуется примерно 100 миль (160,9 км) с каждой стороны, возможно, где-то в пустынном климате юго-запада США.
Альтернативы солнечным панелям
Существует ряд других возможностей для крупномасштабного использования энергии Солнца. Одним из примеров является технология концентрирования солнечной энергии (CSP). Вместо того чтобы производить электроэнергию напрямую, они концентрируют солнечный свет для нагрева воды, обеспечивая пар для привода турбины, которая вырабатывает электричество, как обычная электростанция. Они могут состоять из массивов параболических зеркал, которые фокусируют солнечный свет на линейной трубе, заполненной жидкостью. Альтернативно, тепло от Солнца может быть сфокусировано параболическим зеркалом, чтобы нагреть жидкость, которая приводит в движение двигатель Стирлинга, который обеспечивает механическую энергию для производства электроэнергии.
Еще одна проверенная система - это «силовая башня», в которой множество плоских зеркал, следящих за солнцем, фокусирует тепло от Солнца в емкость с жидкостью, которая используется для подачи пара в генератор. Работает ряд станций, вырабатывающих 10-20 мегаватт электроэнергии. Будущие заводы могут обеспечить до 200 мегаватт.
Будущее
Одна из обнадеживающих тенденций, касающихся будущего солнечной энергетики, заключается в том, что многие из величайших мировых новаторов предпочитают сосредоточить свои таланты и средства на совершенствовании технологий альтернативной энергетики . Многие схемы награждения, финансируемые различными правительствами по всему миру, направлены на обеспечение солнечной энергии экономически и в больших масштабах. Во многих странах гражданам предоставляются финансовые стимулы для перехода на «зеленые» источники энергии и установки собственных солнечных батарей.
Хотя по состоянию на 2013 год появилось много обнадеживающих признаков того, что правительства признают необходимость альтернативных источников энергии и содействуют исследованиям в области солнечной энергии, ответ отчасти зависит от граждан мира. То, что обычные граждане решат покупать и поддерживать, будет влиять на тенденции будущего. Установив солнечные батареи, пожертвовав исследовательским организациям, занимающимся альтернативными видами энергии, получив высшее образование по смежным дисциплинам и проголосовав за меры, способствующие развитию альтернативной энергетики, каждый может сказать будущее солнечной энергии.
Другие новости
