Annons
Förnybara resurser. Det är ett problem som vi möter varje dag oavsett om vi inser det eller inte. Med varje pump i ett gashandtag, med varje tryck på bilens accelerator, med varje kontakt på våra smarttelefonladdare, förbrukar vi bränsle. Och en dag kommer bränslet att ta slut. Så varför använder vi inte den enda energikällan som inte går slut - solen?
Solen är en magnifik enhet. Det ger världen tillräckligt med energi för att driva hela civilisationen. Det enda problemet är hur vi fångar upp och utnyttjar den energin? Vad är det med en massa gratis energi om vi inte kan konvertera den till ett användbart medium? Det ligger i frågan, och det är mycket svårare att lösa än du kan föreställa dig.
“Vänta en minut" du säger, "Vi har haft kommersiell solenergi sedan 1980-talet!”Och du skulle ha rätt i att säga det. Problemet finns dock inte i på vilket sätt för att konvertera solens energi till elektricitet. Vi vet redan hur vi gör det - bara inte på en nivå som kan massförbrukas. För att förstå gränserna för solenergi måste vi veta hur solpaneler fungerar.
Så gå med mig när jag gräver in i solkraftens inre funktioner. Låt oss titta närmare på processen för att förvandla solljus till en livskraftig bränslekälla.
Solenergi börjar, som du kan förvänta dig, med solen. Den jätte eldkula som hänger på himlen är den perfekta energikällan. Till skillnad från kol stänger inte solen vår atmosfär med koldioxid. Det är lättillgängligt så vi behöver inte borras runt om i världen. Att arbeta med solenergi utgör inget hot för människor (utom kanske för enstaka solbränna).
Och mest av allt är solenergi gratis. Förutom att bygga de faktiska receptorerna och underhålla utrustningen har solenergi inga kostnader i samband med det.
Så hur fungerar allt?
Energi finns runt omkring oss i olika former. Ljus är energi. Värme är energi. Rörelse är energi. Stillhet är (potentiell) energi. Solen avger en enorm mängd ljus och vårt mål är att konvertera den ljusenergin till något vi kan använda, nämligen elektrisk energi.
I de flesta fall, när ljus träffar ett objekt, omvandlas det till värmeenergi. Tänk tillbaka på ditt senaste strandbesök. När du satt ute i solen blev huden varm. Det är ett enkelt faktum i livet som vi alla har upplevt. Men det finns vissa material som omvandlar ljus till andra energier än värme. Kisel är ett av dessa material.
När ljuset träffar kisel sprids det inte som värme. Istället hoppar elektronerna i kiselmolekylen omkring och producerar en elektrisk ström. För att använda kisel på detta sätt behöver du dock stora kiselkristaller som är tillräckligt stora för att producera märkbara mängder el.
Äldre versioner av solteknologi använde kiselkristaller. Som det visade sig var denna metod för omvandling av solbelysning inte särskilt genomförbar eftersom stora kiselkristaller är svåra att odla. När något är svårt förblir priset på det högt. Om priset förblir högt blir utbredd användning osannolikt.
Numera använder soltekniken ett annat material. Detta nya material består av koppar, indium, gallium och selen och kallas lämpligen koppar-indium-gallium-selenid eller CIGS. Till skillnad från kisel är kristallerna gjorda av CIGS mindre och billigare, men de är mycket mer ineffektiva än kisel för att konvertera solsken.
Och det är där vi är i dag. Solenergi står för väldigt lite av världens energiproduktion, och det kommer att förbli så tills forskare antingen hitta ett nytt material som fungerar såväl som kisel eller upptäcka en metod för billigt framställning av stort kisel kristaller.
Lika ineffektiva som solpaneler är just nu, det finns några metoder som används för att förbättra fångst och lagring av solenergi. Ett sätt är att använda ett batteri som lagrar energin, vilket tillåter förbrukning när det inte finns sol - på natten och under molniga dagar. Ett annat sätt är att använda en heliostat.
Vad är en heliostat? Du kan tänka på det som en stor spegel (eller många speglar) fäst vid en roterande stolpe eller plattform (eller många stolpar och plattformar). Till skillnad från solpaneler absorberar heliostatterna inte direkt solen; istället använder de speglar för att omdirigera solens ljus och riktar det mot stationära solpaneler för absorption.
Heliostatterna styrs oftast av datorer. Dessa datorer matas med vissa data (platsen för heliostat, solens plats panelen, tid och datum) och data knas tills datorn kan beräkna solens position i himmel. När detta är gjort, justerar datorn spegelns vinkel så att solens ljus kommer att studsa av den och träffa målsolpanelen.
Heliostatens största fördel är att en mängd av dem kan arrangeras så att de riktas mot en enda solreceptor. Medan en solpanel normalt bara får en viss täckning av solljus, kan ett arrangemang av heliostatistik förstärka mängden ljus som konverteras drastiskt.
Men även med heliostatik har solenergi fortfarande en lång väg att gå innan den kan användas i en omfattande skala. Om det inte var för problemet med omvandling det faktiska solljuset, solenergin skulle vara det mest förnybara, billigaste och mest hälsosamma för miljön för vår civilisation. Det vill säga tills solen exploderar.
Bildkredit: Solpanelillustration Via Shutterstock, Solpanelfoto via Shutterstock
Joel Lee har en B.S. inom datavetenskap och mer än sex års yrkeserfarenhet. Han är chefredaktör för MakeUseOf.
