Energia viitorului, astăzi Cum funcționează panourile solare și heliostații?

Resurse regenerabile. Este o problemă cu care ne confruntăm în fiecare zi dacă ne dăm seama sau nu. Cu fiecare pompă a unui mâner de gaz, cu fiecare apăsare a acceleratorului unui automobil, cu fiecare dop de încărcătoarele noastre smartphone, consumăm combustibil. Și într-o zi, combustibilul ăla se va epuiza. Deci, de ce nu folosim singura sursă de energie care nu se va epuiza - soarele?

Soarele este o entitate magnifică. Oferă lumii suficienta energie pentru a conduce toată civilizația. Singura problemă este cum captem și valorificăm acea energie? Ce bun este o grămadă de energie liberă dacă nu o putem transforma într-un mediu util? Aici este problema și este mult mai dificil de rezolvat decât v-ați putea imagina.

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

Așa că mă alăturăți în timp ce mă încadrez în funcționarea interioară a puterii 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 vă așteptați, cu soarele. Această minge de foc gigantică care atârnă pe cer este sursa perfectă de energie. Spre deosebire de cărbune, soarele nu înfundă atmosfera noastră cu dioxid de carbon. Este ușor accesibil, astfel încât nu trebuie să mergem în foraj în întreaga lume. Lucrul cu energia solară nu prezintă nici o amenințare pentru oameni (cu excepția poate pentru arsurile ocazionale).

Și mai presus de toate, energia solară este gratuită. În afară de construirea receptorilor reali și de întreținerea echipamentului, energia solară nu are niciun cost asociat cu acesta.

Deci, cum funcționează toate?

Energia este în jurul nostru în diferite forme. Lumina este energie. Căldura este energie. Mișcarea este energie. Stillness este (potențial) de energie. Soarele cedează o cantitate mare de lumină, iar scopul nostru este de a converti această energie luminoasă în ceva ce putem folosi, și anume energia electrică.

În majoritatea cazurilor, când lumina atinge un obiect, este transformată în energie termică. Gândiți-vă la ultima vizită pe plajă. Când te-ai așezat la soare, pielea ta sa încălzit. Este un simplu fapt de viață pe care l-am experimentat cu toții. Dar există anumite materiale care transformă lumina în alte energii decât căldura. Siliciul este unul dintre aceste materiale.

Atunci când lumina atinge siliciul, nu se disipează sub formă de căldură. În schimb, electronii din molecula de siliciu sare în mișcare, producând un curent electric. Cu toate acestea, pentru a utiliza siliciul în acest fel, aveți nevoie de cristale de siliciu mari care sunt suficient de mari pentru a produce cantități semnificative de energie electrică.

Versiunile mai vechi ale tehnologiei solare au folosit cristale de siliciu. După cum sa dovedit, această metodă de conversie a luminii solare nu a fost foarte fezabilă, deoarece cristalele siliconice mari sunt greu de dezvoltat. Când ceva este dificil, prețul acestuia rămâne ridicat. Dacă prețul rămâne ridicat, utilizarea pe scară largă devine puțin probabilă.

În zilele noastre, tehnologia solară utilizează un material diferit. Acest material nou este compus din cupru, indiu, galiu și seleniu și este numit în mod adecvat denumit 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 aici suntem astăzi. Energia electrică solară reprezintă foarte puțin din producția energetică mondială și va rămâne în acest fel până când oamenii de știință vor găsi un material nou care să funcționeze precum și siliciul sau va descoperi o metodă de producere ieftină a cristalelor siliconice mari.

Ca și ineficiente în prezent ca panouri solare, există câteva metode care sunt utilizate pentru a îmbunătăți captarea și stocarea energiei solare. O modalitate este de a utiliza o baterie care stochează energia, permițând consumul atunci când nu există soare - noaptea și în zilele tulbure. O altă modalitate este utilizarea unui heliostat.

Ce este un heliostat? Puteți să vă gândiți la aceasta ca o oglindă mare (sau mai multe oglinzi) atașate la un stâlp sau platformă rotativă (sau la multe poli și platforme). Spre deosebire de panourile solare, heliostatele nu absorb direct soarele; în schimb, ei folosesc oglinzi pentru a redirecționa lumina soarelui și pentru a-l direcționa către panourile solare staționare pentru absorbție.

Heliostații sunt în mare parte controlați de computere. Aceste computere sunt alimentate cu anumite date (locația heliostatului, locația panoului solar, ora și data), iar datele sunt crăpate până când calculatorul poate calcula poziția soarelui pe cer. După ce sa terminat, computerul ajustează unghiul oglinzii, astfel încât lumina soarelui să iasă din ea și să lovească panoul solar țintă.

Cel mai mare beneficiu al heliostatului este faptul că o multitudine dintre ele pot fi aranjate pentru a fi destinate unui singur receptor solar. În timp ce în mod normal un panou solar ar putea primi doar o anumită acoperire a luminii solare, un aranjament de heliostate poate amplifica drastic cantitatea de lumină care este convertită.

Dar chiar și cu heliostați, energia solară are încă mult înainte de a putea fi folosită la scară largă. Dacă nu ar fi fost problema de conversie lumina solară reală, energia solară ar fi cea mai regenerabilă, mai accesibilă și cea mai sănătoasă combustibil pentru mediul înconjurător pentru civilizația noastră. Asta este până când soarele explodează.

Image Credit: Iluminația panoului solar prin shutterstock, panoul solar prin intermediul Shutterstock

Explorați mai multe despre: Conservarea energiei.