21. gadsimtā saules enerģija jau ir kļuvusi par ikdienas dzīves sastāvdaļu. No saules apsildāmiem peldbaseiniem līdz ar saules enerģiju darbināmām mājām ir daudz piemēru, kas parāda tīras, drošas un ilgtspējīgas saules enerģijas lietderīgu pielietojumu. Pieaugot bažām par fosilā kurināmā sadedzināšanas ietekmi un iespēju izsmelt neatjaunojamos enerģijas avotus, saules enerģijas nākotne izskatās gaiša. No 2013. gada tehnoloģija nav bez problēmām, un līdz šim lietojumprogrammas lielākoties ir bijušas salīdzinoši nelielas, taču šajā jomā notiek daudz pētījumu, un ir bijuši vairāki ļoti daudzsološi sasniegumi.
Saules enerģijas izmantošana
Saule, iespējams, ir milzīgs atjaunojamas, tīras enerģijas avots. Daži lēš, ka saules gaisma varētu radīt 10,000 21 reižu vairāk enerģijas nekā Zeme izmantoja XNUMX. gadsimta mijā. Tomēr šīs enerģijas efektīvai izmantošanai ir jārisina lielas tehnoloģiskas problēmas. Ir pieejamas un tiek izstrādātas vairākas dažādas tehnoloģijas, kas enerģijas nodrošināšanai izmanto saules gaismu.
Saules gaismu var izmantot vienkārši ūdens sildīšanai, ko pēc tam izmanto, lai nodrošinātu māju centrālo apkuri. Alternatīvi, to var izmantot elektroenerģijas ražošanai, izmantojot fotoelementus (PV), kas izvietoti uz saules paneļiem. Trešā metode ir koncentrēt saules gaismu uz mērķi, lai radītu siltumu, ko var tieši izmantot rūpnieciskiem mērķiem vai nodrošināt elektrību.
Saules paneļi
Šie paneļi balstās uz fotoelektrisko efektu, kad noteiktas vielas rada nelielu elektrisko strāvu, pakļaujoties gaismai. Fotoelektriskās šūnas ir konstruētas, lai izmantotu šo efektu, un saules paneļi sastāv no lieliem šo ierīču blokiem, kas novietoti tā, lai saņemtu pēc iespējas vairāk saules gaismas. Kopā tie var radīt ievērojamu daudzumu elektroenerģijas. Lai gan no 2013. gada tie ir salīdzinoši neefektīvi, tiem parasti ir ļoti zemas ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas, un tie var būt ļoti efektīvi, nodrošinot enerģiju mājām. Notiek daudz pētījumu par efektivitātes uzlabošanu un šūnu konstruēšanu no lētākiem materiāliem.
Lielākā daļa saules paneļu sastāv no kristāliskā silīcija PV elementiem, kas ir 14-16% efektīvi, pārvēršot saules gaismu elektrībā. Tomēr tiek pētītas vairākas alternatīvas. Plānās plēves šūnas var izgatavot no dažādiem materiāliem. Lai gan tie pašlaik ir mazāk efektīvi nekā standarta PV elementi, tie ir viegli, elastīgi un lētāki ražošanā. Vairāku savienojumu šūnas var sasniegt efektivitāti, kas pārsniedz 43%. Tie ir strukturēti tā, ka dažādas šūnas daļas ir noregulētas tā, lai uztvertu saules gaismu noteiktos viļņu garuma diapazonos, nevis būtu viens receptors, kas izlaiž garām daļu no pieejamās enerģijas.
Vēl viena daudzsološa joma ir ar krāsvielām sensibilizētā saules baterija (DSSC), ko dažkārt sauc par Gratzel elementu Maikla Gracela vārdā, kurš to pirmo reizi izstrādāja deviņdesmitajos gados. Tie izmanto krāsvielu, lai uztvertu saules enerģiju un radītu elektronu plūsmu, kas tiek papildināta, izmantojot zemāk esošo šķidrā elektrolīta slāni. Lai gan to ražošana ir potenciāli lēta, to efektivitāte ir tikai aptuveni 1990%, un pastāv problēmas ar izturību, kas var ietekmēt komerciālo izmantošanu. Piemēram, šķidrums var sasalt aukstos apstākļos vai izplesties, kad tas ir silts, un var izplūst. Pētnieki ir izstrādājuši šūnas versiju, kurā traucējošais šķidrais elektrolīts tiek aizstāts ar cietu materiālu, paverot ceļu lētiem un izturīgiem saules paneļiem.
Papildus lētāku un efektīvāku fotoelektrisko elementu izstrādei svarīga saules enerģijas nākotnes daļa ir jaunu ēku celtniecība un daudzu vecāku ēku modernizēšana. Daži eksperti prognozē, ka lielākajā daļā, ja ne visās, jaunbūvēs uz jumtiem būs uzstādīti saules paneļi. Tā kā tās ir arī viegli uzstādāmas, daudzas vecākas ēkas var tikt atjauninātas, lai tās darbotos ar saules enerģiju. Eksperti un vides speciālisti cer, ka valdības veicinās zaļās enerģijas celtniecību, izmantojot dāsnus nodokļu atvieglojumus, atbrīvojumus un dotācijas alternatīvās enerģijas izmantošanai.
Saules paneļi uz jumta dažos apgabalos var nodrošināt visu vai lielāko daļu mājas enerģijas vajadzību. Taču gadījumos, kad cilvēki dzīvo daudzstāvu mitekļos, jumta platība ir ļoti maza, salīdzinot ar māju skaitu. Lai gan mazas, individuālas lietojumprogrammas var noņemt daļu no slodzes no elektrotīkla, ja Saule vēlas nodrošināt pilsētu un nozaru enerģijas vajadzības, tās nākotnei ir jāatrodas lielās ar saules enerģiju darbināmās elektroenerģijas ražošanas stacijās.
Lielākā problēma, ar ko saskaras saules enerģijas izmantošana, izmantojot PV elementus, ir spēkstaciju celtniecībai nepieciešamā telpa. Iekārta sastāv no tūkstošiem saules paneļu, atšķirībā no tiem, kas pašlaik tiek uzstādīti alternatīvās enerģijas mājās. Šī iemesla dēļ tiem ir nepieciešams pastāvīgi saulains laukums un ievērojams daudzums vietas. Pašlaik viena no lielākajām spēkstacijām pasaulē aizņem vairāk nekā 10 kvadrātjūdzes (16.9 km2) un rada pietiekami daudz elektroenerģijas, lai darbinātu aptuveni 200,000 100 māju. Daži eksperti norāda, ka, lai nodrošinātu enerģiju visās ASV, būtu nepieciešama teritorija aptuveni 160.9 jūdzes (XNUMX km) katrā pusē, iespējams, kaut kur Amerikas dienvidrietumu tuksnešainā klimatā.
Alternatīvas saules paneļiem
Pastāv vairākas citas iespējas liela mēroga Saules spēka izmantošanai. Viens piemērs ir saules enerģijas koncentrēšanas (CSP) tehnoloģija. Tā vietā, lai tieši ražotu elektroenerģiju, tie koncentrē saules gaismu, lai sildītu ūdeni, nodrošinot tvaiku, lai darbinātu turbīnu, kas ražo elektrību tāpat kā parastā spēkstacija. Tie var sastāvēt no parabolisku spoguļu blokiem, kas fokusē saules gaismu uz lineāru cauruli, kas piepildīta ar šķidrumu. Alternatīvi, Saules siltumu var fokusēt ar parabolisko spoguli, lai uzsildītu šķidrumu, kas darbina Stirlinga dzinēju, kas nodrošina mehānisko enerģiju elektroenerģijas ražošanai.
Vēl viena pārbaudīta sistēma ir “elektrības tornis”, kurā sauli izsekojošu plakano spoguļu klāsts fokusē Saules siltumu uz šķidruma tvertni, ko izmanto, lai nodrošinātu tvaiku ģeneratoram. Darbojas vairākas stacijas, kas saražo 10-20 megavatus elektroenerģijas. Nākotnes rūpnīcas var piegādāt līdz 200 megavatiem.
Nākotne
Viena iepriecinoša tendence saistībā ar saules enerģijas nākotni ir tāda, ka daudzi no pasaules lielākajiem novatoriem izvēlas koncentrēt savus talantus un līdzekļus alternatīvās enerģijas tehnoloģiju uzlabošanai. Daudzas balvu shēmas, ko finansē dažādas valdības visā pasaulē, ir vērstas uz saules enerģijas nodrošināšanu ekonomiski un plašā mērogā. Daudzās valstīs pilsoņiem tiek sniegti finansiāli stimuli, lai viņi pārietu uz “zaļajiem” enerģijas avotiem un uzstādītu savus saules paneļus.
Lai gan kopš 2013. gada ir daudz iepriecinošu pazīmju, ka valdības atzīst nepieciešamību pēc alternatīviem enerģijas avotiem un veicina saules enerģijas pētniecību, atbilde daļēji ir pasaules iedzīvotāju rokās. Tas, ko ierindas pilsoņi izvēlas pirkt un atbalstīt, ietekmēs nākotnes tendences. Uzstādot saules paneļus, ziedojot pētniecības organizācijām, kas nodarbojas ar alternatīvo enerģiju, iegūstot universitātes grādu saistītā priekšmetā un balsojot par pasākumiem, kas veicina alternatīvās enerģijas attīstību, ikviens var izteikties par saules enerģijas nākotni.