בשנים האחרונות, מדענים התעניינו במיוחד במקורות אנרגיה חלופיים. הנפט והגז ייגמרו במוקדם או במאוחר, אז אנחנו צריכים לחשוב איך נשרוד במצב הזה עכשיו. טחנות רוח משמשות באופן פעיל באירופה, מישהו מנסה להפיק אנרגיה מהאוקיינוס, ונדבר על אנרגיה סולארית. אחרי הכל, כוכב שאנחנו רואים כמעט כל יום בשמיים יכול לעזור לנו לחסוך במשאבים לא מתחדשים ולשפר את הסביבה. קשה להפריז בערכה של השמש עבור כדור הארץ - היא נותנת חום, אור ומאפשרת לכל החיים על הפלנטה לפעול. אז למה לא למצוא לזה שימוש אחר?
קצת היסטוריה
באמצע המאה ה-19 גילה הפיזיקאי אלכסנדר אדמונד בקוורל את האפקט הפוטו-וולטאי. ועד סוף המאה, צ'ארלס פריטס יצר את המכשיר הראשון המסוגל להמיר אנרגיה סולארית לחשמל. לשם כך נעשה שימוש בסלניום מצופה בשכבה דקה של זהב. ההשפעה הייתה חלשה, אך המצאה זו קשורה לעיתים קרובות לתחילת עידן האנרגיה הסולארית. יש חוקרים שאינם מסכימים עם הניסוח הזה. הם מכנים את מייסד עידן האנרגיה הסולארית המדען המפורסם בעולם אלברט איינשטיין. בשנת 1921שנה הוא קיבל את פרס נובל על הסבר חוקי האפקט הפוטואלקטרי החיצוני.
נראה שאנרגיה סולארית היא דרך מבטיחה לפיתוח. אבל יש מכשולים רבים לכך שייכנס לכל בית - בעיקר כלכליים וסביבתיים. מה מרכיב את העלות של פאנלים סולאריים, איזה נזק הם יכולים לגרום לסביבה ואילו דרכים נוספות להפקת אנרגיה, נגלה בהמשך.
שיטות חיסכון
המשימה הדחופה ביותר הקשורה לאילוף אנרגיית השמש היא לא רק קבלתה, אלא גם צבירתה. וזה מה שהכי קשה. נכון לעכשיו, מדענים פיתחו רק 3 דרכים לאילוף מלא של אנרגיית השמש.
הראשון מבוסס על שימוש במראה פרבולית והוא קצת כמו משחק בזכוכית מגדלת, המוכרת לכולם מילדות. האור עובר דרך העדשה, מתאסף בנקודה אחת. אם תשים פיסת נייר במקום הזה, היא תידלק, כי הטמפרטורה של קרני השמש המוצלבות היא גבוהה להפליא. מראה פרבולית היא דיסק קעורה הדומה לקערה רדודה. מראה זו, בניגוד לזכוכית מגדלת, אינה משדרת, אלא משקפת את אור השמש, אוספת אותו בנקודה אחת, שבדרך כלל מכוונת לצינור שחור עם מים. צבע זה משמש כי הוא סופג אור בצורה הטובה ביותר. המים בצינור מחוממים באור השמש וניתן להשתמש בהם לייצור חשמל או לחימום בתים קטנים.
מחמם שטוח
שיטה זו משתמשתמערכת אחרת לגמרי. מקלט האנרגיה הסולארית נראה כמו מבנה רב שכבתי. עקרון הפעולה שלו נראה כך.
במעבר דרך הזכוכית, הקרניים פוגעות במתכת הכהה, שכידוע, סופגת אור טוב יותר. קרינת השמש הופכת לאנרגיה תרמית ומחממת את המים שנמצאים מתחת ללוח הברזל. יתר על כן, הכל קורה כמו בשיטה הראשונה. המים המחוממים יכולים לשמש לחימום חלל או להפקת אנרגיה חשמלית. נכון, האפקטיביות של שיטה זו אינה גבוהה מספיק כדי לשמש בכל מקום.
ככלל, אנרגיית השמש המתקבלת בדרך זו היא חום. כדי לייצר חשמל, השיטה השלישית משמשת לעתים קרובות יותר.
תאי שמש
יותר מכל אנחנו מכירים את הדרך הזו להשגת אנרגיה. מדובר בשימוש בסוללות או פאנלים סולאריים שונים, אותם ניתן למצוא על גגות בתים מודרניים רבים. שיטה זו מסובכת יותר ממה שתואר קודם לכן, אבל היא הרבה יותר מבטיחה. הוא זה שמאפשר להמיר אנרגיה סולארית לחשמל בקנה מידה תעשייתי.
פנלים מיוחדים המיועדים ללכידת קרניים עשויים מגבישי סיליקון מועשרים. אור השמש, הנופל עליהם, מוציא את האלקטרון ממסלולו. עוד אחד שואף מיד לתפוס את מקומו, וכך מתקבלת שרשרת נעה רציפה, שיוצרת זרם. במידת הצורך, הוא משמש מיד לספק מכשירים או מצטבר בטופסחשמל בסוללות מיוחדות.
הפופולריות של שיטה זו מוצדקת בעובדה שהיא מאפשרת לקבל יותר מ-120 וואט ממ ר אחד בלבד של פאנלים סולאריים. יחד עם זאת, לפנלים עובי קטן יחסית, המאפשר הצבתם כמעט בכל מקום.
סוגי לוחות סיליקון
יש כמה סוגים של תאים סולאריים. הראשונים מיוצרים באמצעות סיליקון חד-גביש. היעילות שלהם היא כ-15%. פאנלים סולאריים אלו הם היקרים ביותר.
יעילות של אלמנטים העשויים מסיליקון פולי-גבישי מגיעה ל-11%. הם עולים פחות, שכן החומר עבורם מתקבל באמצעות טכנולוגיה פשוטה. הסוג השלישי הוא החסכוני ביותר ובעל יעילות מינימלית. מדובר בלוחות העשויים מסיליקון אמורפי, כלומר לא גבישי. בנוסף ליעילות נמוכה, יש להם חיסרון משמעותי נוסף - שבריריות.
יצרנים מסוימים משתמשים בשני הצדדים של הפאנל הסולארי כדי להגביר את היעילות - מאחור וקדמי. זה מאפשר לך ללכוד אור בנפחים גדולים ומגדיל את כמות האנרגיה המתקבלת ב-15-20%.
מפיקים מקומיים
אנרגיה סולארית על פני כדור הארץ הופכת לנפוצה יותר. גם בארצנו מעוניינים ללמוד את הענף הזה. למרות העובדה שפיתוח אנרגיה חלופית אינו פעיל במיוחד ברוסיה, הושגה הצלחה מסוימת. כיום, מספר ארגונים עוסקים ביצירת פאנלים לאנרגיה סולארית – בעיקרמכונים מדעיים מתחומים שונים ומפעלים לייצור ציוד חשמלי.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov מפעל מכאני.
- מכון המחקר הכל-רוסי לחשמול החקלאות.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "מפעל ריאזאן של מכשירים מתכת-קרמיים".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant of Power Pozit.
זהו רק חלק קטן מהמפעלים המעורבים באופן פעיל בפיתוח אנרגיה חלופית ברוסיה.
השפעה על הסביבה
דחיית מקורות אנרגיה של פחם ונפט קשורה לא רק לעובדה שהמשאבים הללו ייגמרו במוקדם או במאוחר. העובדה היא שהם פוגעים מאוד בסביבה - הם מזהמים את הקרקע, האוויר והמים, תורמים להתפתחות מחלות אצל אנשים ומפחיתים את החסינות. לכן מקורות אנרגיה חלופיים חייבים להיות ידידותיים לסביבה.
סיליקון, המשמש לייצור תאים פוטו-וולטאיים, בטוח בעצמו מכיוון שהוא חומר טבעי. אבל לאחר הניקוי שלו נשארת פסולת. הם אלה שעלולים לפגוע בבני אדם ובסביבה אם משתמשים בהם בצורה לא נכונה.
בנוסף, באזור מלא לגמרי בפאנלים סולאריים, התאורה הטבעית עלולה להיות מופרעת. זה יוביל לשינויים במערכת האקולוגית הקיימת. אבל באופן כללי, ההשפעה הסביבתית של מכשירים המיועדים להמרת אנרגיה סולארית היא מינימלית.
כלכלה
העלויות הגדולות ביותר לייצור פאנלים סולאריים קשורות לעלות הגבוהה של חומרי גלם. כפי שכבר גילינו, לוחות מיוחדים נוצרים באמצעות סיליקון. למרות העובדה שהמינרל הזה מופץ באופן נרחב בטבע, ישנן בעיות גדולות הקשורות למיצוי שלו. העובדה היא שסיליקון, המהווה יותר מרבע ממסת קרום כדור הארץ, אינו מתאים לייצור תאים סולאריים. למטרות אלו מתאים רק החומר הטהור ביותר המתקבל בשיטה תעשייתית. למרבה הצער, השגת הסיליקון הטהור ביותר מחול היא בעייתית ביותר.
המחיר של משאב זה דומה לאורניום המשמש בתחנות כוח גרעיניות. זו הסיבה שהעלות של פאנלים סולאריים כרגע נותרה ברמה גבוהה למדי.
טכנולוגיות מודרניות
הניסיונות הראשונים לאלף אנרגיה סולארית הופיעו לפני זמן רב. מאז, מדענים רבים עסקו באופן פעיל בחיפוש אחר הציוד היעיל ביותר. זה צריך להיות לא רק חסכוני, אלא גם קומפקטי. היעילות שלו צריכה לשאוף למקסימום.
הצעדים הראשונים לקראת מכשיר אידיאלי לקבלה והמרת אנרגיה סולארית נעשו עם המצאת סוללות סיליקון. כמובן שהמחיר די גבוה, אך ניתן להניח את הפאנלים על גגות וקירות בתים, שם הם לא יפריעו לאף אחד. ואי אפשר להכחיש את היעילות של סוללות כאלה.
אבל הדרך הטובה ביותר להגדיל את הפופולריות של אנרגיה סולארית היא להפוך אותה לזולה יותר. מדענים גרמנים כבר הציעו להחליף את הסיליקון בסיבים סינתטיים שניתן לשלב בהםבד או חומרים אחרים. היעילות של סוללה סולארית כזו אינה גבוהה במיוחד. אבל חולצה משובצת בסיבים סינתטיים יכולה לפחות לספק חשמל לסמארטפון או לנגן. עבודה פעילה מתבצעת גם בתחום הננוטכנולוגיה. סביר להניח שהם יאפשרו לשמש להפוך למקור האנרגיה הפופולרי ביותר במאה הנוכחית. מומחי Scates AS מנורבגיה כבר הצהירו שננוטכנולוגיה תוזיל את העלות של פאנלים סולאריים פי 2.
אנרגיה סולארית לבית
דיור המקיים את עצמו הוא חלום של רבים: אין תלות בחימום מרכזי, אין בעיות בתשלום חשבונות ואין פגיעה בסביבה. כבר עכשיו, מדינות רבות בונות באופן פעיל דיור שצורך רק אנרגיה המתקבלת ממקורות חלופיים. דוגמה בולטת היא מה שנקרא בית שמש.
במהלך תהליך הבנייה, זה ידרוש יותר השקעה מהמסורתית. אבל לאחר מספר שנות פעילות, כל העלויות ישתלמו - לא תצטרכו לשלם עבור חימום, מים חמים וחשמל. בבית סולארי, כל התקשורת הללו קשורה לפאנלים פוטו-וולטאיים מיוחדים המוצבים על הגג. יתרה מכך, משאבי האנרגיה המתקבלים בדרך זו אינם מושקעים רק לצרכים השוטפים, אלא גם נצברים לשימוש בלילה ובמזג אוויר מעונן.
כיום, בניית בתים כאלה מתבצעת לא רק במדינות הקרובות לקו המשווה, שם הכי קל להשיג אנרגיה סולארית. הם גם מוקמים בקנדה, פינלנד ושוודיה.
יתרונות וחסרונות
פיתוח טכנולוגיות המאפשרות שימוש באנרגיה סולארית בכל מקום יכול להיות פעיל יותר. אבל יש סיבות מסוימות למה זה עדיין לא בראש סדר העדיפויות. כפי שאמרנו לעיל, במהלך ייצור הפאנלים מיוצרים חומרים מזיקים לסביבה. בנוסף, הציוד המוגמר מכיל גליום, ארסן, קדמיום ועופרת.
הצורך למחזר פאנלים פוטו-וולטאיים גם מעלה שאלות רבות. לאחר 50 שנות פעילות, הם יהפכו לבלתי שמישים ויצטרכו להרוס איכשהו. האם זה יגרום נזק עצום לטבע? כדאי גם לקחת בחשבון שאנרגיה סולארית היא משאב הפכפך, שיעילותו תלויה בשעות היום ומזג האוויר. וזה חיסרון משמעותי.
אבל, כמובן, יש יתרונות. ניתן לכרות אנרגיה סולארית כמעט בכל מקום על פני כדור הארץ, והציוד לייצור והמרתה יכול להיות קטן מספיק כדי להתאים לגב הסמארטפון. חשוב מכך, זהו משאב מתחדש, כלומר, כמות האנרגיה הסולארית תישאר ללא שינוי לפחות עוד אלף שנים.
Prospects
פיתוח הטכנולוגיות בתחום האנרגיה הסולארית אמור להביא להוזלה בעלות יצירת האלמנטים. כבר מופיעים לוחות זכוכית שניתן להתקין על חלונות. התפתחות הננוטכנולוגיה אפשרה להמציא צבע שיורסס על גבי פאנלים סולאריים ויוכל להחליף את שכבת הסיליקון.אם עלות האנרגיה הסולארית באמת תרד פי כמה, גם הפופולריות שלה תגדל פי כמה.
יצירת פאנלים קטנים לשימוש אישי תאפשר לאנשים להשתמש באנרגיה סולארית בכל סביבה - בבית, במכונית או אפילו מחוץ לעיר. הודות להפצתם, העומס על רשת החשמל הריכוזית יקטן, מכיוון שאנשים יוכלו להטעין מוצרי אלקטרוניקה קטנים בעצמם.
מומחי Shell מאמינים שעד 2040 כמחצית מהאנרגיה בעולם תופק ממשאבים מתחדשים. כבר עכשיו בגרמניה, צריכת האנרגיה הסולארית גדלה באופן פעיל, והספק הסוללה הוא יותר מ-35 ג'יגה-ואט. יפן גם מפתחת באופן פעיל את התעשייה הזו. שתי המדינות הללו הן המובילות בעולם בצריכת אנרגיה סולארית. ארצות הברית צפויה להצטרף אליהם בקרוב.
מקורות אנרגיה חלופיים אחרים
מדענים לא מפסיקים להתלבט במה עוד אפשר להשתמש לייצור חשמל או חום. הנה דוגמאות למקורות האנרגיה החלופיים המבטיחים ביותר.
ניתן למצוא כעת טחנות רוח כמעט בכל מדינה. אפילו ברחובות של ערים רוסיות רבות מותקנים פנסים המספקים לעצמם חשמל מאנרגיית הרוח. אין ספק שהעלות שלהם גבוהה מהממוצע, אבל עם הזמן הם יפצו על ההבדל הזה.
לפני די הרבה זמן, הומצאה טכנולוגיה המאפשרת לך לקבל אנרגיה באמצעותהבדל בטמפרטורת המים על פני האוקיינוס ובעומק. סין הולכת לפתח את הכיוון הזה באופן פעיל. בשנים הקרובות, מול חופי הממלכה התיכונה, הם הולכים לבנות את תחנת הכוח הגדולה ביותר הפועלת על טכנולוגיה זו. יש דרכים אחרות להשתמש בים. לדוגמה, באוסטרליה מתכננים ליצור תחנת כוח המפיקה אנרגיה מכוח הזרמים.
ישנן דרכים רבות אחרות לייצר חשמל או חום. אבל על רקע אפשרויות רבות אחרות, אנרגיה סולארית היא באמת כיוון מבטיח בפיתוח המדע.
