En los últimos años, los científicos se han interesado especialmente en las fuentes de energía alternativas. El petróleo y el gas se acabarán tarde o temprano, por lo que tenemos que pensar en cómo sobreviviremos en esta situación ahora. Los molinos de viento se usan activamente en Europa, alguien está tratando de extraer energía del océano y hablaremos sobre la energía solar. Después de todo, una estrella que vemos casi todos los días en el cielo puede ayudarnos a ahorrar recursos no renovables y mejorar el medio ambiente. El valor del sol para la Tierra es difícil de sobreestimar: proporciona calor, luz y permite que funcione toda la vida en el planeta. Entonces, ¿por qué no encontrarle otro uso?
Un poco de historia
A mediados del siglo XIX, el físico Alexander Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico. Y a finales de siglo, Charles Fritts creó el primer dispositivo capaz de convertir la energía solar en electricidad. Para ello se utilizó selenio recubierto con una fina capa de oro. El efecto fue débil, pero esta invención a menudo se asocia con el comienzo de la era de la energía solar. Algunos estudiosos no están de acuerdo con esta formulación. Llaman al fundador de la era de la energía solar el mundialmente famoso científico Albert Einstein. en 1921año recibió el Premio Nobel por explicar las leyes del efecto fotoeléctrico externo.
Parecería que la energía solar es una forma prometedora de desarrollo. Pero hay muchos obstáculos para que entre en todos los hogares, principalmente económicos y ambientales. Lo que constituye el costo de los paneles solares, qué daño pueden causar al medio ambiente y qué otras formas de generar energía, lo descubriremos a continuación.
Métodos de ahorro
La tarea más urgente asociada con la domesticación de la energía del sol no es solo su recepción, sino también su acumulación. Y eso es lo más difícil. Actualmente, los científicos han desarrollado solo 3 formas de controlar completamente la energía solar.
El primero se basa en el uso de un espejo parabólico y es un poco como jugar con una lupa, que es familiar para todos desde la infancia. La luz pasa a través de la lente, reuniéndose en un punto. Si pones una hoja de papel en este lugar, se iluminará, porque la temperatura de los rayos del sol cruzados es increíblemente alta. Un espejo parabólico es un disco cóncavo que se asemeja a un cuenco poco profundo. Este espejo, a diferencia de una lupa, no transmite, sino que refleja la luz del sol, recogiéndola en un punto, que suele dirigirse a una tubería negra con agua. Se utiliza este color porque absorbe mejor la luz. El agua de la tubería se calienta con la luz solar y se puede utilizar para generar electricidad o calentar casas pequeñas.
Calentador plano
Este método utilizaun sistema completamente diferente. El receptor de energía solar parece una estructura multicapa. El principio de su funcionamiento se ve así.
Al atravesar el cristal, los rayos golpean el metal oscurecido que, como saben, absorbe mejor la luz. La radiación solar se convierte en energía térmica y calienta el agua, que se encuentra debajo de la placa de hierro. Además, todo sucede como en el primer método. El agua calentada se puede utilizar para calentar espacios o para generar energía eléctrica. Es cierto que la efectividad de este método no es lo suficientemente alta como para usarse en todas partes.
Por regla general, la energía solar obtenida de esta forma es calor. Para generar electricidad, el tercer método se usa con mucha más frecuencia.
Células solares
Sobre todo estamos familiarizados con esta forma de obtener energía. Implica el uso de varias baterías o paneles solares, que se pueden encontrar en los techos de muchas casas modernas. Este método es más complicado que el descrito anteriormente, pero es mucho más prometedor. Es él quien hace posible convertir la energía solar en electricidad a escala industrial.
Los paneles especiales diseñados para capturar los rayos están hechos de cristales de silicio enriquecidos. La luz del sol, al caer sobre ellos, saca al electrón de su órbita. Inmediatamente otro se esfuerza por ocupar su lugar, por lo que se obtiene una cadena en movimiento continuo, que crea una corriente. Si es necesario, se utiliza inmediatamente para proporcionar dispositivos o se acumula en formaelectricidad en baterías especiales.
La popularidad de este método se justifica por el hecho de que le permite obtener más de 120 vatios con solo un metro cuadrado de paneles solares. Al mismo tiempo, los paneles tienen un grosor relativamente pequeño, lo que permite colocarlos en casi cualquier lugar.
Tipos de paneles de silicona
Hay varios tipos de células solares. Los primeros están fabricados con silicio monocristalino. Su eficiencia es de alrededor del 15%. Estos paneles solares son los más caros.
La eficiencia de los elementos hechos de silicio policristalino alcanza el 11%. Cuestan menos, ya que el material para ellos se obtiene utilizando una tecnología simplificada. El tercer tipo es el más económico y tiene una eficiencia mínima. Se trata de paneles fabricados con silicio amorfo, es decir, no cristalino. Además de la baja eficiencia, tienen otro inconveniente importante: la fragilidad.
Algunos fabricantes usan ambos lados del panel solar para aumentar la eficiencia: atrás y adelante. Esto le permite capturar la luz en grandes volúmenes y aumenta la cantidad de energía recibida en un 15-20 %.
Productores nacionales
La energía solar en la Tierra se está generalizando. Incluso en nuestro país, están interesados en estudiar esta industria. A pesar de que el desarrollo de energía alternativa no es muy activo en Rusia, se ha logrado cierto éxito. Actualmente, varias organizaciones se dedican a la creación de paneles para energía solar, principalmenteinstitutos científicos de diversos campos y fábricas para la producción de equipos eléctricos.
- NPF "Kvarco".
- OJSC Planta mecánica de Kovrov.
- Instituto de Investigación de Electrificación de la Agricultura de toda Rusia.
- Ingeniería de ONG.
- AO VIEN.
- OJSC "Planta de Ryazan de dispositivos de metal-cerámica".
- JSC Pravdinsky Planta piloto de fuentes de energía Pozit.
Esta es solo una pequeña parte de las empresas que participan activamente en el desarrollo de energías alternativas en Rusia.
Impacto ambiental
El rechazo de las fuentes de energía del carbón y el petróleo está relacionado no solo con el hecho de que estos recursos se agotarán tarde o temprano. El hecho es que dañan mucho el medio ambiente: contaminan el suelo, el aire y el agua, contribuyen al desarrollo de enfermedades en las personas y reducen la inmunidad. Por eso, las fuentes de energía alternativas deben ser respetuosas con el medio ambiente.
El silicio, que se utiliza para fabricar células fotovoltaicas, es seguro en sí mismo, ya que es un material natural. Pero después de limpiarlo, quedan residuos. Son los que pueden dañar a los humanos y al medio ambiente si se usan de manera incorrecta.
Además, en un área completamente llena de paneles solares, la iluminación natural puede verse afectada. Esto conducirá a cambios en el ecosistema existente. Pero, en general, el impacto ambiental de los dispositivos diseñados para convertir la energía solar es mínimo.
Economía
Los mayores costos para la producción de paneles solares están asociados con el alto costo de las materias primas. Como ya hemos descubierto, los paneles especiales se crean con silicio. A pesar de que este mineral se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, existen grandes problemas asociados a su extracción. El hecho es que el silicio, que constituye más de una cuarta parte de la masa de la corteza terrestre, no es adecuado para la producción de células solares. Para estos fines, solo es adecuado el material más puro obtenido por un método industrial. Desafortunadamente, obtener el silicio más puro de la arena es extremadamente problemático.
El precio de este recurso es comparable al del uranio utilizado en las centrales nucleares. Es por eso que el costo de los paneles solares actualmente se mantiene en un nivel bastante alto.
Tecnologías modernas
Los primeros intentos de domesticar la energía solar aparecieron hace mucho tiempo. Desde entonces, muchos científicos se han involucrado activamente en la búsqueda del equipo más eficiente. No solo debe ser rentable, sino también compacto. Su eficiencia debe esforzarse al máximo.
Los primeros pasos hacia un dispositivo ideal para recibir y convertir energía solar se dieron con la invención de las baterías de silicio. Por supuesto, el precio es bastante alto, pero los paneles se pueden colocar en los techos y paredes de las casas, donde no molestarán a nadie. Y la eficiencia de tales baterías es innegable.
Pero la mejor manera de aumentar la popularidad de la energía solar es hacerla más barata. Científicos alemanes ya han propuesto sustituir el silicio por fibras sintéticas que pueden integrarse entela u otros materiales. La eficiencia de una batería solar de este tipo no es muy alta. Pero una camiseta intercalada con fibras sintéticas al menos puede proporcionar electricidad a un teléfono inteligente o reproductor. También se está trabajando activamente en el campo de la nanotecnología. Es probable que permitan que el sol se convierta en la fuente de energía más popular de este siglo. Los especialistas de Scates AS de Noruega ya han declarado que la nanotecnología reducirá 2 veces el costo de los paneles solares.
Energía solar para el hogar
La vivienda autosuficiente es el sueño de muchos: no depender de la calefacción centralizada, no tener problemas para pagar las facturas y no dañar el medio ambiente. Muchos países ya están construyendo activamente viviendas que consumen solo energía obtenida de fuentes alternativas. Un ejemplo llamativo es la llamada casa solar.
Durante el proceso de construcción requerirá más inversión que la tradicional. Pero después de varios años de funcionamiento, todos los costos se amortizarán: no tendrá que pagar la calefacción, el agua caliente ni la electricidad. En una casa solar, todas estas comunicaciones están ligadas a paneles fotovoltaicos especiales colocados en el techo. Además, los recursos energéticos obtenidos de esta manera no solo se gastan en las necesidades actuales, sino que también se acumulan para su uso durante la noche y en días nublados.
Actualmente, la construcción de tales casas se lleva a cabo no solo en países cercanos al ecuador, donde es más fácil obtener energía solar. También se levantan enCanadá, Finlandia y Suecia.
Pros y contras
El desarrollo de tecnologías que permitan el uso de energía solar en todas partes podría ser más activo. Pero hay ciertas razones por las que esto todavía no es una prioridad. Como dijimos anteriormente, durante la producción de paneles, se producen sustancias nocivas para el medio ambiente. Además, el equipo terminado contiene galio, arsénico, cadmio y plomo.
La necesidad de reciclar los paneles fotovoltaicos también plantea muchas preguntas. Después de 50 años de funcionamiento, quedarán inutilizables y tendrán que ser destruidos de alguna manera. ¿Causará un enorme daño a la naturaleza? También vale la pena considerar que la energía solar es un recurso voluble, cuya eficiencia depende de la hora del día y el clima. Y este es un inconveniente significativo.
Pero, por supuesto, hay ventajas. La energía solar se puede extraer de casi cualquier parte de la Tierra, y el equipo para producirla y convertirla puede ser lo suficientemente pequeño como para caber en la parte posterior de un teléfono inteligente. Más importante aún, es un recurso renovable, es decir, la cantidad de energía solar permanecerá sin cambios durante al menos otros mil años.
Prospectos
El desarrollo de tecnologías en el campo de la energía solar debería conducir a una reducción del coste de creación de elementos. Ya están apareciendo paneles de vidrio que se pueden instalar en las ventanas. El desarrollo de la nanotecnología ha hecho posible inventar una pintura que se rocía sobre los paneles solares y puede reemplazar la capa de silicio. Si el costo de la energía solar realmente se reduce varias veces, su popularidad también crecerá muchas veces.
La creación de pequeños paneles para uso individual permitirá a las personas utilizar la energía solar en cualquier entorno: en casa, en el coche o incluso fuera de la ciudad. Gracias a su distribución, la carga en la red eléctrica centralizada disminuirá, ya que las personas podrán cargar ellos mismos pequeños dispositivos electrónicos.
Los expertos de Shell creen que para 2040 aproximadamente la mitad de la energía mundial se generará a partir de recursos renovables. Ya en Alemania, el consumo de energía solar está creciendo activamente y la potencia de la batería supera los 35 gigavatios. Japón también está desarrollando activamente esta industria. Estos dos países son los líderes en el consumo de energía solar en el mundo. Es probable que Estados Unidos se les una pronto.
Otras fuentes de energía alternativas
Los científicos no dejan de preguntarse qué más se puede usar para generar electricidad o calor. Estos son ejemplos de las fuentes de energía alternativa más prometedoras.
Molinos de viento ahora se pueden encontrar en casi cualquier país. Incluso en las calles de muchas ciudades rusas, se instalan faroles que se alimentan de electricidad a partir de la energía eólica. Seguramente su costo es más alto que el promedio, pero con el tiempo compensarán esta diferencia.
Hace bastante tiempo se inventó una tecnología que permite obtener energía utilizandodiferencia en la temperatura del agua en la superficie del océano y en la profundidad. China va a desarrollar activamente esta dirección. En los próximos años, frente a las costas del Reino Medio, se va a construir la mayor central eléctrica que funcione con esta tecnología. Hay otras formas de utilizar el mar. Por ejemplo, en Australia planean crear una central eléctrica que genere energía a partir de la fuerza de las corrientes.
Hay muchas otras formas de generar electricidad o calor. Pero en el contexto de muchas otras opciones, la energía solar es realmente una dirección prometedora en el desarrollo de la ciencia.
