Nos últimos anos, os cientistas têm estado particularmente interessados em fontes alternativas de energia. O petróleo e o gás acabarão mais cedo ou mais tarde, então temos que pensar em como sobreviveremos nessa situação agora. Moinhos de vento são usados ativamente na Europa, alguém está tentando extrair energia do oceano e falaremos sobre energia solar. Afinal, uma estrela que vemos quase todos os dias no céu pode nos ajudar a economizar recursos não renováveis e melhorar o meio ambiente. O valor do sol para a Terra é difícil de superestimar - ele fornece calor, luz e permite que toda a vida no planeta funcione. Então, por que não encontrar outro uso para isso?
Um pouco de história
Em meados do século 19, o físico Alexander Edmond Becquerel descobriu o efeito fotovoltaico. E no final do século, Charles Fritts criou o primeiro dispositivo capaz de converter energia solar em eletricidade. Para isso, foi utilizado selênio revestido com uma fina camada de ouro. O efeito foi fraco, mas esta invenção é frequentemente associada ao início da era da energia solar. Alguns estudiosos não concordam com esta formulação. Eles chamam o fundador da era da energia solar o cientista mundialmente famoso Albert Einstein. Em 1921ano ele recebeu o Prêmio Nobel por explicar as leis do efeito fotoelétrico externo.
Parece que a energia solar é uma forma promissora de desenvolvimento. Mas há muitos obstáculos para que ela entre em todos os lares - principalmente econômicos e ambientais. O que compõe o custo dos painéis solares, que danos podem causar ao meio ambiente e quais outras formas de gerar energia, descobriremos abaixo.
Métodos de economia
A tarefa mais urgente associada a domar a energia do sol não é apenas a sua recepção, mas também a sua acumulação. E isso é o mais difícil. Atualmente, os cientistas desenvolveram apenas 3 maneiras de domar totalmente a energia solar.
O primeiro é baseado no uso de um espelho parabólico e é um pouco como brincar com uma lupa, que é familiar a todos desde a infância. A luz passa através da lente, reunindo-se em um ponto. Se você colocar um pedaço de papel neste lugar, ele acenderá, porque a temperatura dos raios de sol cruzados é incrivelmente alta. Um espelho parabólico é um disco côncavo que se assemelha a uma tigela rasa. Esse espelho, diferentemente de uma lupa, não transmite, mas reflete a luz do sol, coletando-a em um ponto, que geralmente é direcionado para um cano preto com água. Esta cor é usada porque absorve melhor a luz. A água na tubulação é aquecida pela luz do sol e pode ser usada para gerar eletricidade ou para aquecer pequenas casas.
Aquecedor Plano
Este método usaum sistema completamente diferente. O receptor de energia solar parece uma estrutura multicamadas. O princípio de seu funcionamento é assim.
Passando pelo vidro, os raios atingem o metal escurecido, que, como você sabe, absorve melhor a luz. A radiação solar se transforma em energia térmica e aquece a água, que fica sob a chapa de ferro. Além disso, tudo acontece como no primeiro método. A água aquecida pode ser utilizada para aquecimento de ambientes ou para geração de energia elétrica. É verdade que a eficácia desse método não é alta o suficiente para ser usada em todos os lugares.
Em regra, a energia solar obtida desta forma é calor. Para gerar eletricidade, o terceiro método é muito mais usado.
Células solares
Acima de tudo estamos familiarizados com esta forma de obtenção de energia. Envolve o uso de várias baterias ou painéis solares, que podem ser encontrados nos telhados de muitas casas modernas. Este método é mais complicado do que descrito anteriormente, mas é muito mais promissor. É ele quem torna possível converter a energia solar em eletricidade em escala industrial.
Painéis especiais projetados para capturar raios são feitos de cristais de silício enriquecidos. A luz do sol, caindo sobre eles, tira o elétron da órbita. Outro imediatamente se esforça para ocupar seu lugar, obtendo-se assim uma corrente em movimento contínuo, que cria uma corrente. Se necessário, é imediatamente utilizado para fornecer dispositivos ou acumulado na formaeletricidade em baterias especiais.
A popularidade deste método é justificada pelo fato de permitir que você obtenha mais de 120 watts de apenas um metro quadrado de painéis solares. Ao mesmo tempo, os painéis têm uma espessura relativamente pequena, o que permite que sejam colocados em praticamente qualquer lugar.
Tipos de painéis de silicone
Existem vários tipos de células solares. Os primeiros são feitos com silício monocristalino. Sua eficiência é de cerca de 15%. Esses painéis solares são os mais caros.
Eficiência de elementos feitos de silício policristalino atinge 11%. Eles custam menos, pois o material para eles é obtido usando uma tecnologia simplificada. O terceiro tipo é o mais econômico e tem uma eficiência mínima. São painéis feitos de silício amorfo, ou seja, não cristalino. Além da baixa eficiência, eles têm outra desvantagem significativa - fragilidade.
Alguns fabricantes usam ambos os lados do painel solar para aumentar a eficiência - traseira e frontal. Isso permite capturar luz em grandes volumes e aumenta a quantidade de energia recebida em 15-20%.
Produtores domésticos
A energia solar na Terra está se tornando mais difundida. Mesmo em nosso país, eles estão interessados em estudar essa indústria. Apesar do fato de que o desenvolvimento de energia alternativa não é muito ativo na Rússia, algum sucesso foi alcançado. Atualmente, diversas organizações estão engajadas na criação de painéis para energia solar - principalmenteinstitutos científicos de vários campos e fábricas para a produção de equipamentos elétricos.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Usina Mecânica.
- Instituto de Pesquisa de Eletrificação da Agricultura de Toda a Rússia.
- ONG Engenharia.
- AO VIEN.
- OJSC "Fábrica Ryazan de dispositivos metalocerâmicos".
- JSC Pravdinsky Planta Piloto de Fontes de Energia Pozit.
Esta é apenas uma pequena parte das empresas ativamente envolvidas no desenvolvimento de energia alternativa na Rússia.
Impacto ambiental
A rejeição das fontes de energia do carvão e do petróleo está ligada não apenas ao fato de que esses recursos acabarão mais cedo ou mais tarde. O fato é que eles prejudicam muito o meio ambiente - poluem o solo, o ar e a água, contribuem para o desenvolvimento de doenças nas pessoas e reduzem a imunidade. É por isso que as fontes alternativas de energia devem ser ecologicamente corretas.
Silicon, que é usado para fazer células fotovoltaicas, é seguro, pois é um material natural. Mas depois de limpá-lo, os resíduos permanecem. São eles que podem prejudicar os seres humanos e o meio ambiente se usados de forma inadequada.
Além disso, em uma área totalmente preenchida com painéis solares, a iluminação natural pode ser prejudicada. Isso levará a mudanças no ecossistema existente. Mas, em geral, o impacto ambiental dos dispositivos projetados para converter energia solar é mínimo.
Economia
Os maiores custos para a produção de painéis solares estão associados ao alto custo das matérias-primas. Como já descobrimos, painéis especiais são criados usando silício. Apesar de este mineral estar amplamente distribuído na natureza, existem grandes problemas associados à sua extração. O fato é que o silício, que compõe mais de um quarto da massa da crosta terrestre, não é adequado para a produção de células solares. Para estes fins, apenas o material mais puro obtido por um método industrial é adequado. Infelizmente, obter o silício mais puro da areia é extremamente problemático.
O preço deste recurso é comparável ao do urânio usado em usinas nucleares. É por isso que o custo dos painéis solares atualmente permanece em um nível bastante alto.
Tecnologias modernas
As primeiras tentativas de domar a energia solar surgiram há muito tempo. Desde então, muitos cientistas estão ativamente engajados na busca pelo equipamento mais eficiente. Deve ser não apenas econômico, mas também compacto. Sua eficiência deve se esforçar ao máximo.
Os primeiros passos para um dispositivo ideal para receber e converter a energia solar foram dados com a invenção das baterias de silício. Claro, o preço é bastante alto, mas os painéis podem ser colocados nos telhados e paredes das casas, onde não incomodarão ninguém. E a eficiência de tais baterias é inegável.
Mas a melhor maneira de aumentar a popularidade da energia solar é torná-la mais barata. Cientistas alemães já propuseram a substituição do silício por fibras sintéticas que podem ser integradas emtecido ou outros materiais. A eficiência de tal bateria solar não é muito alta. Mas uma camisa intercalada com fibras sintéticas pode pelo menos fornecer eletricidade a um smartphone ou jogador. O trabalho também está sendo realizado ativamente no campo da nanotecnologia. É provável que eles permitam que o sol se torne a fonte de energia mais popular deste século. Os especialistas da Scates AS da Noruega já afirmaram que a nanotecnologia reduzirá o custo dos painéis solares em 2 vezes.
Energia solar para a casa
Habitação autossustentável é o sonho de muitos: sem dependência de aquecimento centralizado, sem problemas com o pagamento de contas e sem danos ao meio ambiente. Muitos países já estão construindo ativamente habitações que consomem apenas energia obtida de fontes alternativas. Um exemplo marcante é a chamada casa solar.
Durante o processo de construção, exigirá mais investimento do que o tradicional. Mas após vários anos de operação, todos os custos serão compensados - você não precisará pagar por aquecimento, água quente e eletricidade. Em uma casa solar, todas essas comunicações estão ligadas a painéis fotovoltaicos especiais colocados no telhado. Além disso, os recursos energéticos obtidos desta forma não são apenas gastos nas necessidades atuais, mas também acumulados para uso à noite e com tempo nublado.
Atualmente, a construção dessas casas é realizada não apenas em países próximos ao equador, onde é mais fácil obter energia solar. Também são erguidos emCanadá, Finlândia e Suécia.
Prós e contras
O desenvolvimento de tecnologias que permitam o uso da energia solar em todos os lugares poderia ser mais ativo. Mas há certas razões pelas quais isso ainda não é uma prioridade. Como dissemos acima, durante a produção dos painéis, são produzidas substâncias nocivas ao meio ambiente. Além disso, o equipamento acabado contém gálio, arsênico, cádmio e chumbo.
A necessidade de reciclar os painéis fotovoltaicos também levanta muitas questões. Após 50 anos de operação, eles se tornarão inutilizáveis e terão que ser destruídos de alguma forma. Causará enormes danos à natureza? Também vale a pena considerar que a energia solar é um recurso inconstante, cuja eficiência depende da hora do dia e do clima. E esta é uma desvantagem significativa.
Mas, claro, há vantagens. A energia solar pode ser extraída em quase qualquer lugar da Terra, e o equipamento para produzi-la e convertê-la pode ser pequeno o suficiente para caber na parte de trás de um smartphone. Mais importante ainda, é um recurso renovável, ou seja, a quantidade de energia solar permanecerá in alterada por pelo menos mais mil anos.
Prospects
O desenvolvimento de tecnologias na área da energia solar deverá conduzir a uma redução do custo de criação dos elementos. Já estão aparecendo painéis de vidro que podem ser instalados nas janelas. O desenvolvimento da nanotecnologia possibilitou a invenção de uma tinta que será pulverizada em painéis solares e pode substituir a camada de silício. Se o custo da energia solar realmente cair várias vezes, sua popularidade também crescerá muitas vezes.
A criação de pequenos painéis para uso individual permitirá que as pessoas utilizem a energia solar em qualquer ambiente - em casa, no carro ou até mesmo fora da cidade. Graças à sua distribuição, a carga na rede elétrica centralizada diminuirá, pois as pessoas poderão carregar pequenos eletrônicos.
Os especialistas da Shell acreditam que até 2040 cerca de metade da energia mundial será gerada a partir de recursos renováveis. Já na Alemanha, o consumo de energia solar está crescendo ativamente e a potência da bateria é superior a 35 Gigawatts. O Japão também está desenvolvendo ativamente essa indústria. Esses dois países são os líderes no consumo de energia solar no mundo. Os Estados Unidos provavelmente se juntarão a eles em breve.
Outras fontes alternativas de energia
Os cientistas não param de imaginar o que mais pode ser usado para gerar eletricidade ou calor. Aqui estão alguns exemplos das fontes alternativas de energia mais promissoras.
Moinhos de vento agora podem ser encontrados em quase todos os países. Mesmo nas ruas de muitas cidades russas, são instaladas lanternas que fornecem eletricidade a partir da energia eólica. Certamente o custo deles é superior à média, mas com o tempo eles compensarão essa diferença.
Há muito tempo, foi inventada uma tecnologia que permite obter energia usandodiferença na temperatura da água na superfície do oceano e em profundidade. A China vai desenvolver ativamente nessa direção. Nos próximos anos, na costa do Reino do Meio, eles vão construir a maior usina de energia operando com essa tecnologia. Existem outras maneiras de usar o mar. Por exemplo, na Austrália eles planejam criar uma usina que gere energia a partir da força das correntes.
Existem muitas outras maneiras de gerar eletricidade ou calor. Mas no contexto de muitas outras opções, a energia solar é realmente uma direção promissora no desenvolvimento da ciência.
