Соңғы жылдары ғалымдар баламалы энергия көздеріне ерекше қызығушылық танытуда. Мұнай мен газ ерте ме, кеш пе таусылады, сондықтан мұндай жағдайда қалай күн көретінімізді қазірден ойлауымыз керек. Еуропада жел диірмендері белсенді түрде қолданылады, біреу мұхиттан энергия алуға тырысады, біз күн энергиясы туралы айтатын боламыз. Өйткені, біз күн сайын дерлік аспанда көретін жұлдыз бізге қалпына келмейтін ресурстарды үнемдеуге және қоршаған ортаны жақсартуға көмектеседі. Күннің Жер үшін құндылығын асыра бағалау қиын - ол жылу, жарық береді және планетадағы барлық тіршіліктің жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Ендеше, неге оны басқа қолдануды таппасқа?
Біраз тарих
19 ғасырдың ортасында физик Александр Эдмонд Беккерель фотоэлектрлік эффектіні ашты. Ал ғасырдың аяғында Чарльз Фритс күн энергиясын электр энергиясына түрлендіруге қабілетті алғашқы құрылғыны жасады. Ол үшін жұқа алтын қабатымен қапталған селен пайдаланылды. Әсері әлсіз болды, бірақ бұл өнертабыс жиі күн энергиясы дәуірінің басталуымен байланысты. Кейбір ғалымдар бұл тұжырыммен келіспейді. Олар күн энергиясы дәуірінің негізін салушыны әлемге әйгілі ғалым Альберт Эйнштейн деп атайды. 1921 жылыжылы ол сыртқы фотоэффект заңдарын түсіндіргені үшін Нобель сыйлығын алды.
Күн энергиясы дамудың перспективалы жолы болып көрінеді. Бірақ оның әр үйге кіруіне көптеген кедергілер бар - негізінен экономикалық және экологиялық. Күн панельдерінің құны неден тұрады, олар қоршаған ортаға қандай зиян тигізуі мүмкін және энергияны өндірудің тағы қандай әдістерін төменде білеміз.
Үнемдеу әдістері
Күн энергиясын қолға үйретуге байланысты ең өзекті міндет – оны алу ғана емес, жинақтау. Ал ең қиыны осы. Қазіргі уақытта ғалымдар күн энергиясын толығымен қолға түсірудің тек 3 әдісін ойлап тапты.
Біріншісі параболалық айнаны қолдануға негізделген және кішкентай кезінен барлығына таныс үлкейткіш әйнекпен ойнауға ұқсайды. Жарық линзадан өтіп, бір нүктеге жиналады. Егер сіз осы жерге қағаз жапсырсаңыз, ол жанады, өйткені кесіп өткен күн сәулелерінің температурасы керемет жоғары. Параболалық айна - таяз ыдысқа ұқсайтын ойыс диск. Бұл айна, үлкейткіш әйнектен айырмашылығы, күн сәулесін өткізбейді, бірақ шағылыстырады, оны бір нүктеде жинайды, ол әдетте суы бар қара құбырға бағытталған. Бұл түс жарықты жақсы сіңіретіндіктен пайдаланылады. Құбырдағы су күн сәулесінің әсерінен қызады және оны электр қуатын өндіру немесе шағын үйлерді жылыту үшін пайдалануға болады.
Тегіс қыздырғыш
Бұл әдіс пайдаланыладымүлде басқа жүйе. Күн энергиясын қабылдағыш көп қабатты құрылымға ұқсайды. Оның жұмыс істеу принципі келесідей.
Шыныдан өтіп бара жатқан сәулелер күңгірттенген металға түседі, ол, өздеріңіз білетіндей, жарықты жақсы сіңіреді. Күн радиациясы жылу энергиясына айналып, темір пластинаның астында жатқан суды қыздырады. Әрі қарай, бәрі бірінші әдістегідей болады. Жылытылған суды үй-жайларды жылыту үшін де, электр энергиясын өндіру үшін де пайдалануға болады. Рас, бұл әдістің тиімділігі барлық жерде қолдануға жеткілікті жоғары емес.
Ереже бойынша, осылайша алынған күн энергиясы жылу болып табылады. Электр энергиясын өндіру үшін үшінші әдіс әлдеқайда жиі қолданылады.
Күн батареялары
Бізге ең алдымен энергия алудың бұл жолы таныс. Ол көптеген заманауи үйлердің төбесінде кездесетін әртүрлі батареяларды немесе күн батареяларын пайдалануды қамтиды. Бұл әдіс бұрын сипатталғанға қарағанда күрделірек, бірақ әлдеқайда перспективалы. Ол күн энергиясын өнеркәсіптік ауқымда электр энергиясына айналдыруға мүмкіндік берді.
Сәулелерді түсіруге арналған арнайы панельдер байытылған кремний кристалдарынан жасалған. Оларға түсетін күн сәулесі электронды орбитадан шығарады. Басқасы бірден оның орнын алуға ұмтылады, осылайша ток тудыратын үздіксіз қозғалатын тізбек алынады. Қажет болса, ол дереу құрылғыларды қамтамасыз ету үшін пайдаланылады немесе пішінде жинақталадыарнайы батареялардағы электр қуаты.
Бұл әдістің танымалдылығы күн батареяларының бір шаршы метрінен 120 Вт-тан астам қуат алуға мүмкіндік беруімен негізделеді. Сонымен қатар, панельдердің салыстырмалы түрде шағын қалыңдығы бар, бұл оларды кез келген жерде дерлік орналастыруға мүмкіндік береді.
Кремний панельдерінің түрлері
Күн батареяларының бірнеше түрі бар. Біріншісі бір кристалды кремнийді қолдану арқылы жасалады. Олардың тиімділігі шамамен 15% құрайды. Бұл күн панельдері ең қымбат.
Поликристалды кремнийден жасалған элементтердің тиімділігі 11% жетеді. Олардың құны аз, өйткені олар үшін материал оңайлатылған технология арқылы алынады. Үшінші түрі ең үнемді және минималды тиімділікке ие. Бұл аморфты кремнийден жасалған панельдер, яғни кристалды емес. Төмен тиімділіктен басқа, олардың тағы бір маңызды кемшілігі бар - сынғыштық.
Кейбір өндірушілер тиімділікті арттыру үшін күн панелінің екі жағын да пайдаланады - артқы және алдыңғы. Бұл жарықты үлкен көлемде түсіруге мүмкіндік береді және алынған энергия көлемін 15-20%-ға арттырады.
Отандық өндірушілер
Жер бетінде күн энергиясы кеңінен таралуда. Біздің елде де бұл саланы оқуға қызығушылық танытып отыр. Ресейде баламалы энергетиканың дамуы онша белсенді емес екеніне қарамастан, біршама табыстарға қол жеткізілді. Қазіргі уақытта бірнеше ұйым күн энергиясы үшін панельдер жасаумен айналысады - негізіненәртүрлі салалардағы ғылыми институттар мен электр жабдықтарын шығаратын зауыттар.
- NPF "Кварк".
- ААҚ Ковров механикалық зауыты.
- Бүкілресейлік ауыл шаруашылығын электрлендіру ғылыми-зерттеу институты.
- ҮЕҰ инженериясы.
- АО ВЬЕН.
- ААҚ «Рязань металл керамикалық құрылғылар зауыты».
- АО «Правдинский электр көздерінің Позит тәжірибелік зауыты.
Бұл Ресейдегі баламалы энергетиканы дамытуға белсенді қатысатын кәсіпорындардың аз ғана бөлігі.
Қоршаған ортаға әсері
Көмір және мұнай энергия көздерінен бас тарту тек бұл ресурстардың ерте ме, кеш пе таусылуымен байланысты емес. Өйткені, олар қоршаған ортаға үлкен зиян келтіреді - олар топырақты, ауаны және суды ластайды, адамдарда аурулардың дамуына ықпал етеді және иммунитетті төмендетеді. Сондықтан баламалы қуат көздері экологиялық таза болуы керек.
Фотоэлектрлік элементтерді жасау үшін қолданылатын кремнийдің өзі табиғи материал болғандықтан қауіпсіз. Бірақ оны тазалағаннан кейін қалдықтар қалады. Олар дұрыс пайдаланылмаса, адамдарға және қоршаған ортаға зиян тигізуі мүмкін.
Сонымен қатар, толығымен күн батареяларымен толтырылған аумақта табиғи жарықтандыру бұзылуы мүмкін. Бұл қолданыстағы экожүйедегі өзгерістерге әкеледі. Бірақ жалпы алғанда, күн энергиясын түрлендіруге арналған құрылғылардың қоршаған ортаға тигізетін әсері аз.
Экономика
Күн батареяларын өндіруге кететін ең үлкен шығындар шикізаттың жоғары құнымен байланысты. Біз бұрыннан белгілі болғандай, кремний көмегімен арнайы панельдер жасалады. Бұл минералдың табиғатта кең таралғанына қарамастан, оны өндіруге байланысты үлкен проблемалар бар. Өйткені, жер қыртысы массасының төрттен бір бөлігін құрайтын кремний күн батареяларын өндіруге жарамайды. Осы мақсаттар үшін өнеркәсіптік әдіспен алынған ең таза материал ғана жарамды. Өкінішке орай, құмнан ең таза кремний алу өте қиын.
Бұл ресурстың бағасы атом электр станцияларында қолданылатын уранмен салыстырмалы. Сондықтан күн панельдерінің құны қазіргі уақытта айтарлықтай жоғары деңгейде қалып отыр.
Заманауи технологиялар
Күн энергиясын қолға түсірудің алғашқы әрекеттері баяғыда пайда болды. Содан бері көптеген ғалымдар ең тиімді жабдықты іздеумен белсенді түрде айналысты. Ол тек үнемді ғана емес, сонымен қатар жинақы болуы керек. Оның тиімділігі барынша жоғары болуы керек.
Күн энергиясын қабылдауға және түрлендіруге арналған тамаша құрылғыға алғашқы қадамдар кремний батареяларының өнертабысы арқылы жасалды. Әрине, бағасы айтарлықтай жоғары, бірақ панельдерді үйлердің шатыры мен қабырғаларына қоюға болады, онда олар ешкімді алаңдатпайды. Ал мұндай батареялардың тиімділігі сөзсіз.
Бірақ күн энергиясының танымалдылығын арттырудың ең жақсы жолы - оны арзандату. Неміс ғалымдары қазірдің өзінде кремнийді біріктіруге болатын синтетикалық талшықтармен ауыстыруды ұсындымата немесе басқа материалдар. Мұндай күн батареясының тиімділігі өте жоғары емес. Бірақ синтетикалық талшықтармен кесілген көйлек кем дегенде смартфонға немесе ойнатқышқа электр қуатын бере алады. Нанотехнология саласында да белсенді жұмыстар жүргізілуде. Олар күннің осы ғасырдағы ең танымал энергия көзіне айналуына мүмкіндік беруі әбден мүмкін. Норвегиядан келген Scates AS мамандары нанотехнология күн батареяларының құнын 2 есеге азайтатынын мәлімдеген.
Үйге арналған күн энергиясы
Өзін-өзі қамтамасыз ететін баспана – көптің арманы: орталықтандырылған жылу жүйесіне тәуелділік, төлем төлеуде қиындықтар және қоршаған ортаға зияны жоқ. Қазірдің өзінде көптеген елдер тек баламалы көздерден алынатын энергияны тұтынатын тұрғын үйлерді белсенді түрде салуда. Жарқын мысал - күн үйі деп аталатын үй.
Құрылыс процесі кезінде дәстүрліге қарағанда көбірек инвестиция қажет болады. Бірақ бірнеше жыл жұмыс істегеннен кейін барлық шығындар өтеледі - сіз жылу, ыстық су және электр энергиясын төлеуге тура келмейді. Күн үйінде бұл коммуникациялардың барлығы шатырға орналастырылған арнайы фотоэлектрлік панельдерге байланған. Оның үстіне, осылайша алынған энергия ресурстары тек ағымдағы қажеттіліктерге жұмсалып қана қоймай, түнде және бұлтты ауа-райында пайдалануға жинақталады.
Қазір мұндай үйлердің құрылысы күн энергиясын алу ең оңай экваторға жақын елдерде ғана жүргізілмейді. Олар да бой көтергенКанада, Финляндия және Швеция.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Күн энергиясын барлық жерде пайдалануға мүмкіндік беретін технологияларды дамыту белсендірек болуы мүмкін. Бірақ бұл әлі де басымдыққа ие болмайтын белгілі себептер бар. Жоғарыда айтқанымыздай, панельдерді өндіру кезінде қоршаған ортаға зиянды заттар шығарылады. Сонымен қатар, дайын жабдықта галий, мышьяк, кадмий және қорғасын бар.
Фотоэлектрлік панельдерді қайта өңдеу қажеттілігі де көптеген сұрақтар тудырады. 50 жыл жұмыс істегеннен кейін олар жарамсыз болып қалады және қандай да бір жолмен жойылуы керек. Ол табиғатқа орасан зор зиян келтіре ме? Сондай-ақ, күн энергиясы тұрақты ресурс екенін ескерген жөн, оның тиімділігі күн мен ауа-райына байланысты. Және бұл маңызды кемшілік.
Бірақ, әрине, жақсы жақтары бар. Күн энергиясын Жердің кез келген жерінде дерлік өндіруге болады, ал оны өндіруге және түрлендіруге арналған жабдық смартфонның артқы жағына сыятындай шағын болуы мүмкін. Ең бастысы, бұл жаңартылатын ресурс, яғни күн энергиясының мөлшері кем дегенде тағы мың жыл бойы өзгеріссіз қалады.
Болашақтар
Күн энергетикасы саласындағы технологиялардың дамуы элементтерді құру құнының төмендеуіне әкелуі керек. Терезелерге орнатуға болатын шыны панельдер қазірдің өзінде пайда болады. Нанотехнологияның дамуы күн панельдеріне шашылатын және кремний қабатын алмастыра алатын бояуды ойлап табуға мүмкіндік берді. Егер күн энергиясының құны шынымен бірнеше есеге арзандаса, оның танымалдығы да бірнеше есе артады.
Жеке пайдалануға арналған шағын панельдер жасау адамдарға күн энергиясын кез келген ортада - үйде, көлікте немесе тіпті қала сыртында пайдалануға мүмкіндік береді. Оларды таратудың арқасында орталықтандырылған электр желісіне жүктеме азаяды, өйткені адамдар шағын электрониканы өздері зарядтай алады.
Shell сарапшылары 2040 жылға қарай әлем энергиясының жартысына жуығы жаңартылатын ресурстардан өндірілетін болады деп есептейді. Қазірдің өзінде Германияда күн энергиясын тұтыну белсенді түрде өсіп келеді, ал аккумулятордың қуаты 35 гигаватттан асады. Жапония да бұл саланы белсенді дамытуда. Бұл екі ел күн энергиясын тұтыну бойынша әлемде көш бастап тұр. Жақында Америка Құрама Штаттары оларға қосылуы мүмкін.
Басқа баламалы қуат көздері
Ғалымдар электр қуатын немесе жылуды өндіру үшін тағы нені қолдануға болатынын анықтауды тоқтатпайды. Мұнда ең перспективалы баламалы қуат көздерінің мысалдары берілген.
Жел диірмендерін енді дерлік кез келген елде табуға болады. Тіпті көптеген ресейлік қалалардың көшелерінде жел энергиясынан электр қуатын беретін шамдар орнатылған. Әрине, олардың құны орташадан жоғары, бірақ уақыт өте олар бұл айырмашылықты толтырады.
Бұдан көп уақыт бұрын энергияны пайдалана отырып алуға мүмкіндік беретін технология ойлап табылған.мұхит бетіндегі және тереңдіктегі су температурасының айырмашылығы. Қытай бұл бағытты белсенді түрде дамытуда. Алдағы жылдары олар Орта Патшалықтың жағалауында осы технология бойынша жұмыс істейтін ең үлкен электр станциясын салғалы жатыр. Теңізді пайдаланудың басқа жолдары бар. Мысалы, Австралияда олар ток күшінен энергия өндіретін электр станциясын құруды жоспарлап отыр.
Электр немесе жылу энергиясын өндірудің басқа да көптеген жолдары бар. Бірақ басқа да көптеген нұсқалардың фонында күн энергиясы шын мәнінде ғылымның дамуындағы перспективті бағыт болып табылады.
