21 -luvulla aurinkoenergiasta on jo tullut osa jokapäiväistä elämää. Aurinkoenergialla lämmitetyistä uima -altaista aurinkokäyttöisiin koteihin on monia esimerkkejä, jotka osoittavat auringon puhtaan, turvallisen ja kestävän voiman hyödyllisen käytön. Kun huoli lisääntyy fossiilisten polttoaineiden polttamisen vaikutuksista ja mahdollisuudesta käyttää uusiutumattomia energialähteitä, aurinkoenergian tulevaisuus näyttää valoisalta. Vuodesta 2013 lähtien tekniikka ei ole ilman ongelmia, ja toistaiseksi sovellukset ovat olleet enimmäkseen suhteellisen pienimuotoisia, mutta tällä alalla tehdään paljon tutkimusta, ja kehitystä on tapahtunut useita.
Aurinkoenergian hyödyntäminen
Aurinko on mahdollisesti valtava uusiutuvan, puhtaan energian lähde. Jotkut arvioivat, että auringonvalo voisi tuottaa 10,000 21 kertaa enemmän energiaa kuin maapallo käytti XNUMX -luvun vaihteessa. Energian tehokkaassa hyödyntämisessä on kuitenkin vastattava suuriin teknologisiin haasteisiin. Saatavana on useita kehitteillä olevia tekniikoita, jotka käyttävät auringonvaloa virran tuottamiseen.
Auringonvaloa voidaan käyttää yksinkertaisesti veden lämmittämiseen, jota käytetään sitten kotien keskuslämmitykseen. Vaihtoehtoisesti sitä voidaan käyttää sähkön tuottamiseen aurinkopaneeleille järjestetyillä aurinkokennoilla. Kolmas menetelmä on keskittää auringonvalo kohteeseen, joka tuottaa lämpöä, jota voidaan käyttää suoraan teollisiin tarkoituksiin, tai tuottaa sähköä.
Aurinkopaneelit
Nämä paneelit perustuvat valosähköiseen vaikutukseen, jossa tietyt aineet tuottavat pienen sähkövirran valolle altistuessaan. Aurinkokennot on rakennettu hyödyntämään tätä vaikutusta, ja aurinkopaneelit koostuvat suuresta joukosta näitä laitteita, jotka on sijoitettu vastaanottamaan mahdollisimman paljon auringonvaloa. Yhdessä ne voivat tuottaa merkittäviä määriä sähköä. Vaikka ne ovat vuodesta 2013 alkaen suhteellisen tehottomia, niiden käyttö- ja ylläpitokustannukset ovat yleensä erittäin alhaiset ja ne voivat olla erittäin tehokkaita energian tuottamisessa kodeille. Tehokkuuden parantamista ja solujen rakentamista halvemmista materiaaleista tehdään paljon.
Useimmat aurinkopaneelit koostuvat kiteisistä pii-PV-kennoista, jotka muuttavat auringonvalon sähköksi 14-16% tehokkaasti. Useita vaihtoehtoja kuitenkin tutkitaan. Ohutkalvokennot voidaan valmistaa useista eri materiaaleista. Vaikka nämä ovat tällä hetkellä vähemmän tehokkaita kuin tavalliset PV -kennot, ne ovat kevyitä, joustavia ja halvempia valmistaa. Monisolukennot voivat saavuttaa yli 43%: n hyötysuhteen. Ne on rakennettu siten, että solun eri osat on viritetty tallentamaan auringonvaloa tietyillä aallonpituusalueilla sen sijaan, että niillä olisi yksi reseptori, joka kaipaa osan käytettävissä olevasta energiasta.
Toinen lupaava alue on väriaineherkistetty aurinkokenno (DSSC), jota joskus kutsutaan Gratzel-kennoksi Michael Gratzelin mukaan, joka kehitti sen ensimmäisen kerran 1990-luvulla. Nämä käyttävät väriainetta aurinkoenergian sieppaamiseen ja tuottavat elektronivirran, joka täytetään alla olevan nestemäisen elektrolyyttikerroksen kautta. Vaikka ne ovat mahdollisesti halpoja valmistaa, ne ovat vain noin 12% tehokkaita, ja niiden kestävyydessä on ongelmia, jotka voivat vaikuttaa kaupalliseen käyttöön. Neste voi esimerkiksi jäätyä kylmissä olosuhteissa tai laajentua lämpimänä ja vuotaa. Tutkijat ovat kehittäneet kennosta version, jossa hankala nestemäinen elektrolyytti korvataan kiinteällä materiaalilla, mikä avaa tien halvoille ja kestäville aurinkopaneeleille.
Halvempien ja tehokkaampien aurinkokennojen kehittämisen lisäksi tärkeä osa aurinkoenergian tulevaisuudesta on uusien rakennusten rakentamisessa ja monien vanhempien jälkiasennuksessa. Jotkut asiantuntijat ennustavat, että useimpiin, ellei kaikkiin uusiin rakennuksiin asennetaan aurinkopaneelit katoille. Koska nämä ovat myös helposti asennettavia, monet vanhemmat rakennukset voivat saada päivityksiä, jotta ne toimisivat auringosta. Asiantuntijat ja ympäristönsuojelijat toivovat, että hallitukset kannustavat vihreän energian rakentamista anteliailla verohelpotuksilla, vapautuksilla ja avustuksilla vaihtoehtoisen energian käyttöön.
Katolla olevat aurinkopaneelit voivat joillakin alueilla täyttää kaikki tai suurimman osan kodin energiantarpeesta. Tapauksissa, joissa ihmiset asuvat monikerroksisissa majoitustiloissa, katto on kuitenkin hyvin pieni verrattuna asuntojen määrään. Vaikka pienet, yksittäiset sovellukset voivat poistaa osan sähköverkosta, jos aurinko haluaa tarjota kaupunkien ja teollisuuden sähkön tarpeet, sen tulevaisuuden on oltava suurissa aurinkovoimalla toimivissa sähköntuotantoasemissa.
Suurin ongelma aurinkoenergian hyödyntämisessä PV -kennojen avulla on voimalaitosten rakentamiseen tarvittava tila. Laitos koostuu tuhansista aurinkopaneeleista, toisin kuin ne, jotka on tällä hetkellä asennettu vaihtoehtoisen energian koteihin. Tästä syystä ne vaativat jatkuvasti aurinkoista aluetta ja huomattavan määrän tilaa. Tällä hetkellä yksi maailman suurimmista voimalaitoksista kattaa yli 10 neliökilometriä (16.9 neliökilometriä) ja tuottaa tarpeeksi sähköä noin 2 200,000 kodin käyttöön. Jotkut asiantuntijat ehdottavat, että voiman tuottamiseksi koko Yhdysvalloille tarvitaan noin 100 km: n alue per puoli, luultavasti jossain Amerikan lounaisosassa.
Vaihtoehtoja aurinkopaneeleille
Auringon voiman laajamittaiselle hyödyntämiselle on olemassa useita muita mahdollisuuksia. Yksi esimerkki on aurinkosähköteknologian (CSP) keskittäminen. Sen sijaan, että tuotettaisiin sähköä suoraan, ne keskittävät auringonvaloa veden lämmittämiseen ja tarjoavat höyryä turbiinin käyttämiseen, joka tuottaa sähköä aivan kuten perinteinen voimalaitos. Ne voivat koostua joukosta parabolisia peilejä, jotka kohdistavat auringonvalon nesteellä täytettyyn lineaariseen putkeen. Vaihtoehtoisesti parabolinen peili voi kohdistaa auringon lämmön Stirling -moottoria käyttävän nesteen lämmittämiseen, joka tuottaa mekaanista energiaa sähköntuotantoon.
Toinen todistettu järjestelmä on ”voimatorni”, jossa joukko auringonvaloa tasaisia peilejä keskittää auringon lämmön nesteastiaan, jota käytetään tuottamaan höyryä generaattorille. Useita laitoksia on käynnissä, ja ne tuottavat 10-20 megawattia sähköä. Tulevat laitokset voivat tuottaa jopa 200 megawattia.
Tulevaisuus
Yksi aurinkoenergian tulevaisuuteen liittyvä rohkaiseva suuntaus on, että monet maailman suurimmista innovaattoreista päättävät keskittyä kykyjään ja varojaan vaihtoehtoisen energiateknologian parantamiseen. Monet palkintojärjestelmät – joita rahoittavat eri hallitukset ympäri maailmaa – keskittyvät tarjoamaan aurinkoenergiaa taloudellisesti ja laajasti. Monissa maissa kansalaiset saavat taloudellisia kannustimia siirtyä “vihreisiin” energialähteisiin ja asentaa omat aurinkopaneelit.
Vaikka vuodesta 2013 lähtien on monia rohkaisevia merkkejä siitä, että hallitukset tunnustavat vaihtoehtoisten energialähteiden tarpeen ja edistävät aurinkoenergian tutkimusta, vastaus on osittain maailman kansalaisten käsissä. Se, mitä tavalliset kansalaiset haluavat ostaa ja tukea, vaikuttaa tulevaisuuden suuntauksiin. Asentamalla aurinkopaneeleja, lahjoittamalla vaihtoehtoisiin energioihin osallistuville tutkimusorganisaatioille, suorittamalla korkeakoulututkinnon asiaan liittyvästä aiheesta ja äänestämällä vaihtoehtoisen energian kehittämistä edistävistä toimenpiteistä, kuka tahansa voi vaikuttaa aurinkoenergian tulevaisuuteen.