Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan sangat tertarik pada sumber energi alternatif. Minyak dan gas akan habis cepat atau lambat, jadi kita harus memikirkan bagaimana kita akan bertahan dalam situasi sekarang ini. Kincir angin secara aktif digunakan di Eropa, seseorang mencoba mengekstrak energi dari laut, dan kita akan berbicara tentang energi matahari. Bagaimanapun, bintang yang kita lihat hampir setiap hari di langit dapat membantu kita menghemat sumber daya yang tidak dapat diperbarui dan memperbaiki lingkungan. Nilai matahari bagi Bumi sulit ditaksir terlalu tinggi - ia memberikan panas, cahaya, dan memungkinkan semua kehidupan di planet ini berfungsi. Jadi mengapa tidak mencari kegunaan lain untuk itu?
Sedikit sejarah
Pada pertengahan abad ke-19, fisikawan Alexander Edmond Becquerel menemukan efek fotovoltaik. Dan pada akhir abad, Charles Fritts menciptakan perangkat pertama yang mampu mengubah energi matahari menjadi listrik. Untuk ini, selenium yang dilapisi dengan lapisan emas tipis digunakan. Efeknya lemah, tetapi penemuan ini sering dikaitkan dengan awal era energi matahari. Beberapa ulama tidak setuju dengan rumusan ini. Mereka menyebut pendiri era energi matahari sebagai ilmuwan terkenal dunia Albert Einstein. Pada tahun 1921tahun ia menerima Hadiah Nobel untuk menjelaskan hukum efek fotolistrik eksternal.
Tampaknya energi surya adalah cara pengembangan yang menjanjikan. Tetapi ada banyak kendala untuk memasuki setiap rumah - terutama ekonomi dan lingkungan. Apa yang membentuk biaya panel surya, apa bahayanya bagi lingkungan dan apa cara lain untuk menghasilkan energi, kita akan temukan di bawah.
Cara menabung
Tugas paling mendesak yang terkait dengan menjinakkan energi matahari tidak hanya penerimaannya, tetapi juga akumulasinya. Dan itulah yang paling sulit. Saat ini, para ilmuwan hanya mengembangkan 3 cara untuk sepenuhnya menjinakkan energi matahari.
Yang pertama didasarkan pada penggunaan cermin parabola dan sedikit mirip dengan bermain dengan kaca pembesar, yang akrab bagi semua orang sejak kecil. Cahaya melewati lensa, berkumpul di satu titik. Jika Anda meletakkan selembar kertas di tempat ini, itu akan menyala, karena suhu sinar matahari yang dilintasi sangat tinggi. Cermin parabola adalah piringan cekung yang menyerupai mangkuk dangkal. Cermin ini, tidak seperti kaca pembesar, tidak memancarkan, tetapi memantulkan sinar matahari, mengumpulkannya pada satu titik, yang biasanya diarahkan ke pipa hitam dengan air. Warna ini digunakan karena paling baik menyerap cahaya. Air dalam pipa dipanaskan oleh sinar matahari dan dapat digunakan untuk menghasilkan listrik atau untuk memanaskan rumah-rumah kecil.
Pemanas Datar
Metode ini menggunakansistem yang sama sekali berbeda. Penerima energi matahari terlihat seperti struktur multilayer. Prinsip operasinya terlihat seperti ini.
Melewati kaca, sinarnya mengenai logam yang digelapkan, yang, seperti yang Anda ketahui, menyerap cahaya lebih baik. Radiasi matahari berubah menjadi energi panas dan memanaskan air, yang berada di bawah pelat besi. Selanjutnya, semuanya terjadi seperti pada metode pertama. Air yang dipanaskan dapat digunakan baik untuk pemanas ruangan atau untuk menghasilkan energi listrik. Benar, efektivitas metode ini tidak cukup tinggi untuk digunakan di mana-mana.
Biasanya, energi matahari yang diperoleh dengan cara ini adalah panas. Untuk membangkitkan listrik, cara ketiga jauh lebih sering digunakan.
Sel surya
Sebagian besar kita akrab dengan cara memperoleh energi ini. Ini melibatkan penggunaan berbagai baterai atau panel surya, yang dapat ditemukan di atap banyak rumah modern. Metode ini lebih rumit daripada yang dijelaskan sebelumnya, tetapi jauh lebih menjanjikan. Dialah yang memungkinkan untuk mengubah energi matahari menjadi listrik dalam skala industri.
Panel khusus yang dirancang untuk menangkap sinar terbuat dari kristal silikon yang diperkaya. Sinar matahari, jatuh pada mereka, mengetuk elektron keluar dari orbit. Yang lain segera berusaha untuk menggantikannya, sehingga diperoleh rantai yang bergerak terus menerus, yang menciptakan arus. Jika perlu, segera digunakan untuk menyediakan perangkat atau diakumulasikan dalam bentuklistrik di baterai khusus.
Popularitas metode ini dibenarkan oleh fakta bahwa metode ini memungkinkan Anda mendapatkan lebih dari 120 watt hanya dari satu meter persegi panel surya. Pada saat yang sama, panel memiliki ketebalan yang relatif kecil, yang memungkinkannya ditempatkan hampir di mana saja.
Jenis panel silikon
Ada beberapa jenis sel surya. Yang pertama dibuat menggunakan silikon kristal tunggal. Efisiensi mereka sekitar 15%. Panel surya ini adalah yang paling mahal.
Efisiensi elemen yang terbuat dari silikon polikristalin mencapai 11%. Harganya lebih murah, karena bahannya diperoleh dengan menggunakan teknologi yang disederhanakan. Tipe ketiga adalah yang paling ekonomis dan memiliki efisiensi minimum. Ini adalah panel yang terbuat dari silikon amorf, yaitu non-kristal. Selain efisiensi rendah, mereka memiliki kelemahan signifikan lainnya - kerapuhan.
Beberapa produsen menggunakan kedua sisi panel surya untuk meningkatkan efisiensi - belakang dan depan. Ini memungkinkan Anda untuk menangkap cahaya dalam volume besar dan meningkatkan jumlah energi yang diterima sebesar 15-20%.
Produsen dalam negeri
Energi surya di Bumi semakin meluas. Bahkan di negara kita, mereka tertarik mempelajari industri ini. Terlepas dari kenyataan bahwa pengembangan energi alternatif tidak terlalu aktif di Rusia, beberapa keberhasilan telah dicapai. Saat ini, beberapa organisasi terlibat dalam pembuatan panel untuk energi surya - terutamalembaga ilmiah dari berbagai bidang dan pabrik untuk produksi peralatan listrik.
- NPF "Kvark".
- Pabrik Mekanik OJSC Kovrov.
- Lembaga Penelitian Elektrifikasi Pertanian Seluruh Rusia.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "Pabrik Ryazan dari perangkat logam-keramik".
- JSC Pravdinsky Pilot Plant Sumber Daya Pozit.
Ini hanya sebagian kecil dari perusahaan yang secara aktif terlibat dalam pengembangan energi alternatif di Rusia.
Dampak lingkungan
Penolakan sumber energi batubara dan minyak tidak hanya terkait dengan fakta bahwa sumber daya ini cepat atau lambat akan habis. Faktanya adalah mereka sangat merusak lingkungan - mereka mencemari tanah, udara dan air, berkontribusi pada perkembangan penyakit pada manusia dan mengurangi kekebalan. Oleh karena itu, sumber energi alternatif harus ramah lingkungan.
Silikon, yang digunakan untuk membuat sel fotovoltaik, aman karena merupakan bahan alami. Namun setelah dibersihkan, sampah tetap ada. Merekalah yang dapat membahayakan manusia dan lingkungan jika digunakan secara tidak tepat.
Selain itu, di area yang dipenuhi panel surya, pencahayaan alami dapat terganggu. Hal ini akan menyebabkan perubahan pada ekosistem yang ada. Namun secara umum, dampak lingkungan dari perangkat yang dirancang untuk mengubah energi matahari adalah minimal.
Ekonomi
Biaya terbesar untuk produksi panel surya terkait dengan tingginya biaya bahan baku. Seperti yang telah kita ketahui, panel khusus dibuat menggunakan silikon. Terlepas dari kenyataan bahwa mineral ini tersebar luas di alam, ada masalah besar yang terkait dengan ekstraksinya. Faktanya adalah bahwa silikon, yang membentuk lebih dari seperempat massa kerak bumi, tidak cocok untuk produksi sel surya. Untuk tujuan ini, hanya bahan paling murni yang diperoleh dengan metode industri yang cocok. Sayangnya, mendapatkan silikon paling murni dari pasir sangatlah bermasalah.
Harga sumber daya ini sebanding dengan uranium yang digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir. Itulah mengapa biaya panel surya saat ini masih cukup tinggi.
Teknologi modern
Upaya pertama untuk menjinakkan energi matahari muncul sejak lama. Sejak itu, banyak ilmuwan telah secara aktif terlibat dalam pencarian peralatan yang paling efisien. Seharusnya tidak hanya hemat biaya, tetapi juga kompak. Efisiensinya harus diupayakan semaksimal mungkin.
Langkah pertama menuju perangkat yang ideal untuk menerima dan mengubah energi matahari dibuat dengan penemuan baterai silikon. Tentu saja, harganya cukup tinggi, tetapi panel dapat ditempatkan di atap dan dinding rumah, di mana mereka tidak akan mengganggu siapa pun. Dan efisiensi baterai tersebut tidak dapat disangkal.
Tetapi cara terbaik untuk meningkatkan popularitas energi surya adalah dengan membuatnya lebih murah. Ilmuwan Jerman telah mengusulkan penggantian silikon dengan serat sintetis yang dapat diintegrasikan ke dalamkain atau bahan lainnya. Efisiensi baterai surya semacam itu tidak terlalu tinggi. Namun kaos yang diselingi serat sintetis setidaknya bisa memberikan aliran listrik ke smartphone atau player. Pekerjaan juga sedang aktif dilakukan di bidang nanoteknologi. Kemungkinan besar mereka akan membiarkan matahari menjadi sumber energi paling populer abad ini. Spesialis Scates AS dari Norwegia telah menyatakan bahwa nanoteknologi akan mengurangi biaya panel surya hingga 2 kali lipat.
Energi surya untuk rumah
Perumahan mandiri adalah impian banyak orang: tidak ada ketergantungan pada pemanas terpusat, tidak ada masalah dengan pembayaran tagihan, dan tidak membahayakan lingkungan. Sudah banyak negara yang secara aktif membangun perumahan yang hanya mengkonsumsi energi yang diperoleh dari sumber-sumber alternatif. Contoh mencolok adalah apa yang disebut rumah surya.
Selama proses konstruksi, akan membutuhkan lebih banyak investasi daripada yang tradisional. Tetapi setelah beberapa tahun beroperasi, semua biaya akan terbayar - Anda tidak perlu membayar untuk pemanas, air panas, dan listrik. Di rumah surya, semua komunikasi ini diikat ke panel fotovoltaik khusus yang ditempatkan di atap. Selain itu, sumber daya energi yang diperoleh dengan cara ini tidak hanya dihabiskan untuk kebutuhan saat ini, tetapi juga diakumulasikan untuk digunakan pada malam hari dan dalam cuaca mendung.
Saat ini, pembangunan rumah semacam itu dilakukan tidak hanya di negara-negara yang dekat dengan garis khatulistiwa, di mana energi matahari paling mudah diperoleh. Mereka juga didirikan diKanada, Finlandia dan Swedia.
Pro dan kontra
Perkembangan teknologi yang memungkinkan penggunaan energi surya di mana-mana bisa lebih aktif. Namun ada alasan tertentu mengapa hal ini masih belum menjadi prioritas. Seperti yang kami katakan di atas, selama produksi panel, zat berbahaya bagi lingkungan diproduksi. Selain itu, peralatan jadi mengandung galium, arsenik, kadmium dan timbal.
Perlunya mendaur ulang panel fotovoltaik juga menimbulkan banyak pertanyaan. Setelah 50 tahun beroperasi, mereka akan menjadi tidak dapat digunakan dan harus dihancurkan entah bagaimana. Apakah itu akan menyebabkan kerusakan besar pada alam? Perlu juga dipertimbangkan bahwa energi matahari adalah sumber daya yang berubah-ubah, yang efisiensinya tergantung pada waktu dan cuaca. Dan ini adalah kelemahan yang signifikan.
Tapi, tentu ada plusnya. Energi matahari dapat ditambang hampir di mana saja di Bumi, dan peralatan untuk memproduksi dan mengubahnya bisa cukup kecil untuk muat di bagian belakang smartphone. Lebih penting lagi, ini adalah sumber daya terbarukan, yaitu, jumlah energi matahari akan tetap tidak berubah setidaknya selama seribu tahun.
Prospek
Pengembangan teknologi di bidang energi surya harus mengarah pada pengurangan biaya pembuatan elemen. Sudah muncul panel kaca yang bisa dipasang di windows. Perkembangan nanoteknologi telah memungkinkan ditemukannya cat yang akan disemprotkan ke panel surya dan dapat menggantikan lapisan silikon. Jika biaya energi surya benar-benar turun beberapa kali, popularitasnya juga akan meningkat berkali-kali lipat.
Membuat panel kecil untuk penggunaan individu akan memungkinkan orang menggunakan energi matahari di lingkungan apa pun - di rumah, di mobil, atau bahkan di luar kota. Berkat distribusinya, beban pada jaringan listrik terpusat akan berkurang, karena orang dapat mengisi daya elektronik kecil sendiri.
Para ahli kulit percaya bahwa pada tahun 2040 sekitar setengah dari energi dunia akan dihasilkan dari sumber daya terbarukan. Sudah sekarang di Jerman, konsumsi energi matahari tumbuh secara aktif, dan daya baterai lebih dari 35 Gigawatt. Jepang juga aktif mengembangkan industri ini. Kedua negara ini adalah pemimpin dalam konsumsi energi surya di dunia. Amerika Serikat kemungkinan akan segera bergabung dengan mereka.
Sumber energi alternatif lain
Para ilmuwan tidak berhenti memikirkan apa lagi yang bisa digunakan untuk menghasilkan listrik atau panas. Berikut adalah contoh sumber energi alternatif yang paling menjanjikan.
Kincir Angin sekarang dapat ditemukan di hampir semua negara. Bahkan di jalan-jalan di banyak kota Rusia, lentera dipasang yang menyediakan listrik dari energi angin untuk diri mereka sendiri. Tentunya biaya mereka lebih tinggi dari rata-rata, tetapi seiring waktu mereka akan menebus perbedaan ini.
Cukup lama, sebuah teknologi ditemukan yang memungkinkan Anda mendapatkan energi dengan menggunakanperbedaan suhu air di permukaan laut dan di kedalaman. China secara aktif akan mengembangkan arah ini. Di tahun-tahun mendatang, di lepas pantai Kerajaan Tengah, mereka akan membangun pembangkit listrik terbesar yang beroperasi dengan teknologi ini. Ada cara lain untuk menggunakan laut. Misalnya, di Australia mereka berencana untuk membuat pembangkit listrik yang menghasilkan energi dari kekuatan arus.
Ada banyak cara lain untuk menghasilkan listrik atau panas. Namun dengan latar belakang banyak pilihan lain, energi surya benar-benar merupakan arah yang menjanjikan dalam pengembangan ilmu pengetahuan.
