Ανανεώσιμες πηγές. Είναι ένα πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε καθημερινά, είτε το συνειδητοποιούμε είτε όχι. Με κάθε αντλία λαβής αερίου, με κάθε πίεση του επιταχυντή ενός αυτοκινήτου, με κάθε βύσμα των φορτιστών smartphone μας, καταναλώνουμε καύσιμα. Και μια μέρα, το καύσιμο αυτό θα εξαντληθεί. Γιατί λοιπόν δεν χρησιμοποιούμε τη μία πηγή ενέργειας που δεν θα εξαντληθεί - τον ήλιο;
Ο ήλιος είναι μια θαυμάσια οντότητα. Παρέχει στον κόσμο αρκετή ενέργεια για να τροφοδοτήσει όλο τον πολιτισμό. Το μόνο πρόβλημα είναι πώς συλλαμβάνουμε και αξιοποιούμε αυτή την ενέργεια; Τι καλό είναι μια δέσμη ελεύθερης ενέργειας αν δεν μπορούμε να την μετατρέψουμε σε χρήσιμο μέσο; Εκεί βρίσκεται το ζήτημα και είναι πολύ πιο δύσκολο να το λύσεις απ 'όσο μπορεί να φανταστείς.
" Περιμένετε λίγο " λέτε, " είχαμε εμπορική ηλιακή ενέργεια από τη δεκαετία του 1980! "Και θα το έλεγες σωστά. Ωστόσο, ο κόπος δεν είναι πώς να μετατρέψουμε την ενέργεια του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια. Γνωρίζουμε ήδη πώς να το κάνουμε αυτό - απλώς όχι σε επίπεδο που μπορεί να καταναλωθεί μαζικά. Για να κατανοήσουμε τα όρια της ηλιακής ενέργειας, πρέπει να γνωρίζουμε πώς λειτουργούν οι ηλιακοί συλλέκτες.
Έτσι, εγώ μαζί μου καθώς σκάβω στην εσωτερική λειτουργία της ηλιακής ενέργειας. Ας δούμε πιο προσεκτικά τη διαδικασία μετασχηματισμού του ηλιακού φωτός σε μια βιώσιμη πηγή καυσίμων.
Η ηλιακή ενέργεια αρχίζει, όπως θα περιμένατε, με τον ήλιο. Αυτή η γιγαντιαία μπάλα φωτιάς που κρέμεται στον ουρανό είναι η τέλεια πηγή ενέργειας. Σε αντίθεση με τον άνθρακα, ο ήλιος δεν φράζει την ατμόσφαιρα μας με διοξείδιο του άνθρακα. Είναι εύκολα προσβάσιμο, ώστε να μην χρειάζεται να προχωρούμε σε γεωτρήσεις σε όλο τον κόσμο. Η εργασία με την ηλιακή ενέργεια δεν αποτελεί απειλή για τον άνθρωπο (εκτός ίσως για το περιστασιακό ηλιακό έγκαυμα).
Και πάνω απ 'όλα, η ηλιακή ενέργεια είναι ελεύθερη. Εκτός από την κατασκευή των πραγματικών υποδοχέων και τη συντήρηση του εξοπλισμού, η ηλιακή ενέργεια δεν έχει κόστος που να συνδέεται με αυτό.
Πώς λειτουργεί λοιπόν;
Η ενέργεια είναι γύρω μας σε διάφορες μορφές. Το φως είναι ενέργεια. Η θερμότητα είναι ενέργεια. Η κίνηση είναι ενέργεια. Η ακινησία είναι (δυνητική) ενέργεια. Ο ήλιος εκπέμπει ένα τεράστιο ποσό φωτός και ο στόχος μας είναι να μετατρέψουμε αυτήν την ελαφριά ενέργεια σε κάτι που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε, δηλαδή την ηλεκτρική ενέργεια.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν το φως πλήττει ένα αντικείμενο, μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Σκεφτείτε την τελευταία σας επίσκεψη στην παραλία. Καθώς καθίζατε στον ήλιο, το δέρμα σας ζεστάθηκε. Είναι ένα απλό γεγονός ζωής που έχουμε όλοι βιώσει. Υπάρχουν όμως ορισμένα υλικά που μετατρέπουν το φως σε άλλες ενέργειες εκτός της θερμότητας. Το πυρίτιο είναι ένα από αυτά τα υλικά.
Όταν το φως χτυπά το πυρίτιο, δεν διαλύεται ως θερμότητα. Αντ 'αυτού, τα ηλεκτρόνια στο μόριο του πυριτίου πηδούν γύρω από την κίνηση, παράγοντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Για να χρησιμοποιήσετε πυρίτιο με αυτό τον τρόπο, όμως, χρειάζεστε μεγάλους κρυστάλλους πυριτίου που είναι αρκετά μεγάλοι για να παράγουν αξιοσημείωτες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι παλαιότερες εκδόσεις της ηλιακής τεχνολογίας χρησιμοποιούσαν κρυστάλλους πυριτίου. Όπως αποδείχθηκε, αυτή η μέθοδος μετατροπής του ηλιακού φωτός δεν ήταν πολύ εφικτή, διότι είναι δύσκολο να αναπτυχθούν μεγάλοι κρύσταλλοι πυριτίου. Όταν κάτι είναι δύσκολο, η τιμή του παραμένει υψηλή. Εάν η τιμή παραμείνει υψηλή, η εκτεταμένη χρήση είναι απίθανη.
Σήμερα, η ηλιακή τεχνολογία χρησιμοποιεί διαφορετικό υλικό. Αυτό το νέο υλικό αποτελείται από χαλκό, ίνδιο, γάλλιο και σελήνιο και καλώς ονομάζεται χαλκός-ίνδιο-γάλλιο-σεληνίδιο ή CIGS. Σε αντίθεση με το πυρίτιο, οι κρύσταλλοι που κατασκευάζονται από το CIGS είναι μικρότεροι και φθηνότεροι, αλλά είναι πολύ πιο ανεπαρκείς από το πυρίτιο για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός.
Και αυτό είναι που είμαστε σήμερα. Η ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια αντιπροσωπεύει πολύ λίγα από την παραγωγή ενέργειας στον κόσμο και θα παραμείνει έτσι μέχρι οι επιστήμονες είτε να βρουν ένα νέο υλικό που λειτουργεί όπως και το πυρίτιο ή να ανακαλύψουν μια μέθοδο παραγωγής φθηνά μεγάλων κρυστάλλων πυριτίου.
Δεδομένου ότι οι ηλιακοί συλλέκτες είναι αναποτελεσματικοί, υπάρχουν μερικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της δέσμευσης και αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας. Ένας τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία που αποθηκεύει την ενέργεια, επιτρέποντας την κατανάλωση όταν δεν υπάρχει ηλιοφάνεια-κατά τη διάρκεια της νύχτας και κατά τη διάρκεια συννεφιασμένων ημερών. Ένας άλλος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε έναν ηλιοστάτη.
Τι είναι ηλιοστάτης; Μπορείτε να το θεωρήσετε ως έναν μεγάλο καθρέφτη (ή πολλούς καθρέφτες) που συνδέονται με έναν περιστρεφόμενο πόλο ή πλατφόρμα (ή πολλούς πόλους και πλατφόρμες). Σε αντίθεση με τους ηλιακούς συλλέκτες, οι ηλιοστάτες δεν απορροφούν άμεσα τον ήλιο. Αντίθετα, χρησιμοποιούν καθρέφτες για να αναπροσανατολίσουν το φως του ήλιου και να το στοχεύσουν στα στατικά ηλιακά πάνελ για απορρόφηση.
Τα ηλιοστάτες ελέγχονται ως επί το πλείστον από ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Αυτοί οι υπολογιστές τροφοδοτούνται με ορισμένα κομμάτια δεδομένων (η θέση του ηλιοστάτη, η θέση του ηλιακού πίνακα, η ώρα και η ημερομηνία) και τα δεδομένα σπρώχνονται μέχρι ο υπολογιστής να μπορεί να υπολογίσει τη θέση του ήλιου στον ουρανό. Μόλις γίνει αυτό, ο υπολογιστής ρυθμίζει τη γωνία του καθρέφτη έτσι ώστε το φως του ήλιου να αναπηδήσει από αυτό και να χτυπήσει τον επιδιωκόμενο ηλιακό πίνακα.
Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του ηλιοστάτη είναι ότι ένα πλήθος από αυτά μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να στοχεύει σε έναν μόνο ηλιακό δέκτη. Ενώ κανονικά ένας ηλιακός πίνακας μπορεί να λάβει μόνο κάποια κάλυψη από το ηλιακό φως, μια διάταξη ηλιοστατών μπορεί να ενισχύσει δραστικά την ποσότητα του φωτός που μετατρέπεται.
Αλλά ακόμη και με ηλιδοστάτες, η ηλιακή ενέργεια έχει ακόμα πολύ δρόμο για να μπορέσει να χρησιμοποιηθεί σε ευρεία κλίμακα. Αν δεν ήταν το πρόβλημα της μετατροπής του πραγματικού ηλιακού φωτός, η ηλιακή ενέργεια θα ήταν το πιο ανανεώσιμο, οικονομικότερο και πιο υγιεινό για το περιβάλλον καύσιμο για τον πολιτισμό μας. Δηλαδή, μέχρι να εκραγεί ο ήλιος.
Εικόνα Credit: Ηλιακός πίνακας απεικόνιση Μέσω shutterstock, ηλιακό πάνελ φωτογραφία μέσω Shutterstock