انرژی خورشیدی ... استفاده از پانل های خورشیدی

در سال های اخیر، دانشمندان به ویژه منابع انرژی جایگزین علاقه مند هستند. دیر یا زود نفت و گاز به پایان خواهد رسید، بنابراین ما باید در مورد چگونگی زندگی در این وضعیت در حال حاضر فکر کنیم. در اروپا توربین های بادی به طور فعال استفاده می شوند، کسی در تلاش است انرژی را از اقیانوس استخراج کند و ما درباره انرژی خورشیدی صحبت خواهیم کرد. پس از همه، ستاره، که تقریبا هر روز در آسمان می بینیم، می تواند به ما برای ذخیره منابع غیر قابل تجدید و بهبود وضعیت زیست محیطی کمک کند. اهمیت خورشید برای زمین را نمی توان بیش از حد ارزیابی کرد - آن را به گرما، نور و اجازه می دهد تا تمام زندگی در این سیاره به کار. پس چرا او یک برنامه دیگر را پیدا نمی کند؟

کمی تاریخ

در اواسط قرن نوزدهم، فیزیکدان الکساندر ادوم بکرل اثر فتوولتائیک را کشف کرد. و تا پایان قرن، چارلز فریتز نخستین دستگاه را که قادر به پردازش انرژی خورشیدی به برق بود، ایجاد کرد. برای این کار، سلنیوم با پوشش نازک از طلا پوشیده شده است. اثر ضعیف بود، اما این اختراع است که اغلب با آغاز دوران انرژی خورشیدی همراه است. برخی از محققان با این فرمول موافق نیستند. آنها اجداد دوران انرژی آلبرت اینشتین، دانشمند معروف جهان انرژی خورشید هستند. در سال 1921 او جایزه نوبل را برای توضیح قوانین اثر فوتوالکتریک خارجی دریافت کرد.

به نظر می رسد که انرژی خورشیدی یک راه امیدوار کننده برای توسعه است. اما موانع زیادی برای ورود به هر خانه، عمدتا اقتصادی و زیست محیطی وجود دارد. آنچه که هزینه های باتری های خورشیدی را تامین می کند، چه هزینه ای برای محیط زیست می سازد و چه روش های دیگری برای به دست آوردن انرژی در دسترس است، ما در زیر می بینیم.

راه انباشت

مهمترین وظیفه مهم در مورد اهلی کردن انرژی خورشید نه تنها پذیرش آن، بلکه انباشت آن است. و این است که این سخت ترین است. در حال حاضر دانشمندان تنها 3 راه برای خنک کردن انرژی خورشیدی ایجاد کرده اند.

اولین مورد استفاده از یک آینه پارابولیک است و کمی شبیه بازی با ذره بین است که همه از دوران کودکی می دانند. از طریق لنز، نور عبور می کند، در یک نقطه جمع می شود. اگر یک تکه کاغذ را در این محل قرار دهید، آن را روشن می کند، زیرا دمای اشعه های خورشید عبور کرده فوق العاده بالا است. آینه پارابولی یک دیسک مقعر است که شبیه یک کاسه کوچک است. این آینه، بر خلاف ذره بین، از بین نمی رود، اما نور خورشید را بازتاب می دهد و آن را در یک نقطه جمع می کند، که معمولا به یک لوله سیاه با آب هدایت می شود. این رنگ از آن استفاده می شود زیرا بهترین نور را جذب می کند. آب در لوله توسط اشعه خورشید گرم می شود و می تواند برای تولید برق یا گرمایش خانه های کوچک استفاده شود.

بخاری تخت

در این روش یک سیستم کاملا متفاوت استفاده می شود. گیرنده انرژی خورشیدی به نظر می رسد ساختار چند لایه است. اصل کار او به نظر می رسد مثل این است.

عبور از شیشه، اشعه ها بر روی یک فلز تیره قرار می گیرند، که، به عنوان شناخته شده، نور را بهتر جذب می کند. تابش خورشیدی به انرژی حرارتی تبدیل می شود و آب را که تحت صفحه ی آهن است گرم می کند. سپس همه چیز اتفاق می افتد به عنوان در روش اول. آب گرم می تواند برای گرم کردن اتاق یا برای تولید انرژی الکتریکی استفاده شود. درست است که اثربخشی چنین روشی به اندازه کافی برای استفاده از آن جهانی نیست.

به عنوان یک قاعده، انرژی خورشیدی دریافت شده به این ترتیب گرما است. برای به دست آوردن برق، روش سوم بسیار بیشتر استفاده می شود.

سلول های خورشیدی

اکثر ما با این روش برای به دست آوردن انرژی آشنا هستیم. این شامل استفاده از باتری های مختلف و یا پانل های خورشیدی است که می توان آن را روی سقف بسیاری از خانه های مدرن یافت. این روش پیچیده تر از آنچه قبلا شرح داده شده است، اما بسیار امیدوار کننده است. این است که او امکان تبدیل انرژی خورشید به برق را در یک مقیاس صنعتی تبدیل می کند.

پانل های ویژه ای که برای جذب اشعه طراحی شده اند از بلورهای سیلیکون غنی شده ساخته شده اند. نور خورشید، گرفتن روی آنها، الکترون را از مدار خارج می کند. در عوض، دیگر بلافاصله تلاش می کند، بنابراین یک زنجیره تلفن همراه پیوسته ایجاد می کند که جریان را ایجاد می کند. در صورت لزوم، بلافاصله برای ارائه دستگاه یا به شکل برق در باتری های ویژه بکار می رود.

محبوبیت این روش با این واقعیت موجه است که شما اجازه می دهید بیش از 120 وات از یک متر مربع از باتری خورشیدی دریافت کنید. در عین حال، پانل ضخامت نسبتا کوچک دارد، که به آنها اجازه می دهد تا تقریبا در همه جا قرار بگیرند.

انواع پانل های سیلیکونی

انواع مختلفی از پانل های خورشیدی وجود دارد . اولین نمونه ها با استفاده از سیلیکون تک کریستال ساخته شدند. کارایی آنها حدود 15٪ است. چنین پانل های خورشیدی گران تر هستند.

کارایی عناصر ساخته شده از سیلیکون پلی کریستالی به 11٪ می رسد. آنها کمتر هزینه می کنند، زیرا مواد برای آنها با یک تکنولوژی ساده به دست می آیند. نوع سوم ارزان ترین است و دارای کمترین کارایی است. اینها پانل های سیلیکون آمورف است، یعنی غیر بلوری. علاوه بر راندمان کم، آنها دارای نقص دیگری نیز هستند - شکنندگی.

بعضی از تولید کنندگان از هر دو طرف پانل خورشیدی استفاده می کنند - عقب و جلو برای افزایش کارایی. این به شما اجازه می دهد تا نور را در حجم های زیاد ضبط کنید و میزان انرژی دریافتی 15 تا 20 درصد را افزایش دهد.

تولیدکنندگان داخلی

انرژی خورشیدی در زمین بیشتر در حال گسترش است. حتی در کشور ما علاقه مند به مطالعه این صنعت هستیم. با وجود این واقعیت که در روسیه توسعه انرژی جایگزین بسیار فعال نیست، برخی از موفقیت ها به دست آمده است. در حال حاضر، چندین سازمان در ایجاد پانل برای تولید انرژی خورشیدی - به ویژه موسسات علمی جهت گوناگون و کارخانه های تولید تجهیزات الکتریکی مشغول هستند.

1. NPF "کوارک".
2. OAO Kovrov مکانیک کارخانه.
3. مؤسسه تحقیقاتی تحقیقاتی سربار کشاورزی.
4. NPO مهندسی مکانیک.
5. JSC VIENN.
6. انجمن باز "کارخانه ابزارهای سرامیک فلزی ریاضان".
7. AOOT Pravdinsky خلبان از منابع فعلی "Posit".

این تنها بخش کوچکی از شرکت های فعال در بخش توسعه انرژی جایگزین در روسیه است.

تأثیر بر محیط زیست

امتناع از استفاده از منابع انرژی زغال و نفت نه تنها با این واقعیت که این منابع دیر یا زود به پایان خواهد رسید. واقعیت این است که آنها به شدت به محیط زیست آسیب می رسانند - آلودگی خاک، هوا و آب، کمک به توسعه بیماری ها در مردم و کاهش ایمنی. به همین دلیل است که منابع انرژی جایگزین باید از نظر محیط زیست ایمن باشند.

سیلیکون، که برای تولید فتوسل استفاده می شود، به خودی خود ایمن است، زیرا این یک ماده طبیعی است. اما پس از تمیز کردن، پسماند باقی می ماند. در صورت استفاده نادرست، آنها می توانند به مردم و محیط زیست آسیب برسانند.

علاوه بر این، در یک سایت کاملا بسته توسط پانل های خورشیدی، نور طبیعی می تواند آشفته باشد. این باعث تغییر در اکوسیستم موجود می شود. اما به طور کلی، تأثیر بر محیط زیست دستگاه های طراحی شده برای تبدیل انرژی خورشیدی، حداقل است.

اقتصادی

بزرگترین هزینه تولید باتری های خورشیدی با هزینه بالای مواد اولیه همراه است. همانطور که قبلا توضیح داده شد، پانل های ویژه با استفاده از سیلیکون ایجاد می شوند. علیرغم این واقعیت که این ماده معدنی به طور گسترده در طبیعت توزیع می شود، مشکلات آن با مشکلات بزرگی همراه است. واقعیت این است که سیلیکون، که بیش از یک چهارم جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد، برای تولید سلول های خورشیدی مناسب نیست. برای این منظور، تنها خالص ترین مواد به دست آمده از طریق یک روش صنعتی مناسب است. متاسفانه، گرفتن سیلیکون خالص از شن و ماسه بسیار مشکل است.

با این قیمت این منابع قابل مقایسه با اورانیوم مورد استفاده در نیروگاه های هسته ای است. به همین دلیل هزینه پانل های خورشیدی در حال حاضر در سطح نسبتا بالا است.

فن آوری های مدرن

اولین تلاش برای خنثی کردن انرژی خورشیدی، پیش از آن صورت گرفت. از آن زمان، بسیاری از دانشمندان به طور فعال در جستجوی تجهیزات موثر هستند. این باید نه تنها مقرون به صرفه، بلکه جمع و جور باشد. کارایی آن باید برای حداکثر تلاش کند.

اولین گام به یک دستگاه ایده آل برای به دست آوردن و تبدیل انرژی خورشیدی با اختراع باتری های سیلیکونی ساخته شد. البته، قیمت به اندازه کافی بالا است، اما پانل ها را می توان روی سقف ها و دیوارهای خانه گذاشت، جایی که هیچ کس با آن ها تداخل نداشته باشد. و کارایی چنین باتری غیر قابل انکار است.

اما بهترین راه برای افزایش محبوبیت انرژی خورشیدی این است که آن را ارزان تر کند. دانشمندان آلمانی پیشتر پیشنهاد کردند سیلیکون را با الیاف مصنوعی جایگزین کنند که می تواند به پارچه یا سایر مواد متصل شود. کارایی چنین باتری خورشیدی بسیار زیاد نیست. اما پیراهن با اشباع الیاف مصنوعی، حداقل می تواند برق را به یک گوشی هوشمند یا پخش کننده ارائه دهد. کار به طور فعال در زمینه فناوری نانو انجام شده است. احتمالا، آنها اجازه خواهد داد که خورشید تبدیل به محبوب ترین منبع انرژی در حال حاضر در این قرن باشد. Scates AS متخصصان نروژ قبلا اعلام کرده اند که فناوری نانو به 2 برابر هزینه های پانل های خورشیدی را کاهش می دهد.

انرژی خورشیدی برای خانه

بسیاری از مردم به طور مساوی در مورد مسکن می اندیشند که برای خودش فراهم می کند: وابستگی به گرمایش متمرکز، مشکلات پرداخت صورتحساب و آسیب زدن به محیط زیست وجود ندارد. در حال حاضر در بسیاری از کشورها مسکن به طور فعال ساخته شده است، مصرف تنها انرژی دریافت شده از منابع جایگزین. یک مثال زنده به نام خانه آفتابی است.

در روند ساخت و ساز، سرمایه گذاری بیشتر از سنتی خواهد بود. اما پس از چند سال عملیات، تمام هزینه ها پرداخت خواهد شد - شما مجبور نیستید برای گرمایش، آب گرم و برق پرداخت کنید. در یک خانه خورشیدی، تمام این ارتباطات به پانل های مخصوص فتوولتائیک بر روی سقف گذاشته می شود. منابع انرژی دریافت شده به این صورت نه تنها برای نیازهای جاری صرف می شوند، بلکه برای استفاده در شب و تحت شرایط هوای ابری نیز تجمع می یابند.

در حال حاضر ساخت چنین خانه ها نه تنها در کشورهای نزدیک به استوا، که در آن ساده ترین راه برای به دست آوردن انرژی خورشیدی است. آنها همچنین در کانادا، فنلاند و سوئد ساخته می شوند.

جوانب مثبت و منفی

توسعه فن آوری هایی که امکان استفاده از انرژی خورشیدی در همه جا را فراهم می کند می تواند فعالتر باشد. اما دلایل خاصی وجود دارد که چرا این هنوز یک اولویت نیست. همان طور که قبلا گفته شد، تولید پانل مواد مضر برای محیط زیست تولید می کند. علاوه بر این، تجهیزات کامل شامل گالیم، آرسنیک، کادمیوم و سرب در ترکیب آن است.

بسیاری از سوالات ناشی از نیاز به استفاده از پانل های فتوولتائیک است. پس از 50 سال کار، آنها برای خدمت ناپذیر خواهند شد و باید به نحوی نابود شوند. آیا این به طبیعت آسیب نمی زند؟ همچنین باید توجه داشت که انرژی خورشیدی یک منبع غیر دائمی است که اثر آن بر زمان روز و آب و هوا بستگی دارد. و این یک معضل قابل توجه است.

البته، البته، وجود دارد. انرژی خورشیدی می تواند تقریبا در هر نقطه از جهان استخراج شود و تجهیزات برای دریافت و تبدیل آن می تواند خیلی کوچک باشد که در پشت گوشی هوشمند قرار می گیرد. مهمتر از این، این منبع تجدید پذیر است، یعنی مقدار انرژی خورشیدی برای حداقل یک هزار سال دیگر باقی خواهد ماند.

چشم انداز

توسعه فن آوری های در زمینه انرژی خورشیدی باید به هزینه های پایین تر برای ایجاد عناصر منجر شود. در حال حاضر پانل های شیشه ای وجود دارد که می تواند بر روی ویندوز نصب شود. توسعه فناوری نانو اجازه ساخت یک رنگ را که به پانل های خورشیدی اسپری می شود و می تواند لایه سیلیکون را جایگزین کند. اگر هزینه انرژی خورشیدی واقعا کاهش می یابد چندین بار، محبوبیت آن نیز بارها افزایش می یابد.

ایجاد پانل های کوچک برای کاربردهای فردی به افراد اجازه می دهد که در هر شرایطی از انرژی خورشیدی استفاده کنند - در خانه، در ماشین و حتی در خارج از شهر. با توجه به توزیع آنها، بار شبکه های متمرکز برق کاهش می یابد، به طوری که مردم می توانند به طور مستقل الکترونیکی الکترونیک را بپردازند.

متخصصان شل معتقدند که تا سال 2040، تقریبا نیمی از انرژی جهان از منابع تجدیدپذیر تولید خواهد شد. در حال حاضر در آلمان مصرف انرژی خورشیدی به سرعت در حال افزایش است و ظرفیت باتری بیش از 35 گیگاوات است. ژاپن همچنین به طور فعال این صنعت را توسعه می دهد. این دو کشور رهبران مصرف انرژی خورشیدی در جهان هستند. احتمالا ایالات متحده به زودی به آنها ملحق خواهد شد.

سایر منابع انرژی جایگزین

دانشمندان بر سر چیز دیگری که می توانید برای دریافت برق یا گرما به کار ببرید، پشیمان نیستند. بیایید نمونه هایی از منابع انرژی جایگزین امیدوار کننده را بیاموزیم.

آسیاب های بادی اکنون در تقریبا هر کشوری یافت می شود. حتی در خیابان های بسیاری از شهرهای روسیه، فانوس ها نصب می شوند که خودشان با توجه به قدرت باد خود را به برق می دهند. مطمئنا هزینه اولیه آنها بالاتر از حد متوسط است، اما با گذشت زمان، این تفاوت را می پردازند.

مدت ها است فن آوری اختراع شده است که اجازه می دهد انرژی را با استفاده از تفاوت در درجه حرارت آب در سطح اقیانوس و در عمق به دست آورد. چین به طور جدی در حال توسعه این مسیر است. در سال های آینده در نزدیکی سواحل امپراتوری آسمانی قصد دارد تا بزرگترین نیروگاه کار بر روی این فناوری را بسازد. راه های دیگری برای استفاده از دریا وجود دارد. برای مثال، در استرالیا، آنها قصد دارند یک نیروگاه تولید کنند که انرژی از قدرت جریان را تولید کند.

راه های دیگری برای دریافت برق یا گرما وجود دارد. اما در برابر بسیاری از گزینه های دیگر، انرژی خورشیدی واقعا یک جهت امیدوار کننده در توسعه علم است.