XXI amžiuje saulės energija jau tapo kasdienio gyvenimo dalimi. Nuo saulės šildomų baseinų iki saulės energiją naudojančių namų yra daug pavyzdžių, įrodančių naudingą švarios, saugios ir tvarios saulės energijos panaudojimą. Augant susirūpinimui dėl iškastinio kuro deginimo padarinių ir galimybės išeikvoti neatsinaujinančius energijos šaltinius, saulės energijos ateitis atrodo šviesi. Nuo 21 m. ši technologija nėra be problemų, o iki šiol programos dažniausiai buvo palyginti nedidelės, tačiau šioje srityje vyksta daug tyrimų ir buvo daug daug žadančių pokyčių.
Saulės energijos panaudojimas
Saulė potencialiai yra didžiulis atsinaujinančios, švarios energijos šaltinis. Kai kurie mano, kad saulės šviesa gali pagaminti 10,000 21 kartų daugiau energijos nei Žemė naudojo XXI amžiaus sandūroje. Tačiau norint efektyviai panaudoti šią energiją, reikia įveikti didelių technologinių iššūkių. Yra daugybė skirtingų technologijų, kurios naudoja saulės šviesą energijai tiekti ir kurios yra kuriamos.
Saulės šviesa gali būti naudojama tiesiog vandeniui šildyti, kuris vėliau naudojamas centriniam namų šildymui. Arba jis gali būti naudojamas elektros energijai gaminti naudojant fotovoltinius (PV) elementus, išdėstytus saulės kolektoriuose. Trečias būdas yra sutelkti saulės šviesą į tikslą, kad būtų generuojama šiluma, kuri gali būti tiesiogiai naudojama pramonės reikmėms arba tiekti elektrą.
Solar Panels
Šios plokštės remiasi fotoelektriniu efektu, kai tam tikros medžiagos, veikiamos šviesa, sukuria nedidelę elektros srovę. Fotovoltiniai elementai yra sukonstruoti taip, kad išnaudotų šį efektą, o saulės kolektoriai susideda iš didelių šių įrenginių masyvų, išdėstytų taip, kad gautų kuo daugiau saulės šviesos. Kartu jie gali pagaminti didelį kiekį elektros energijos. Nors 2013 m. jie yra gana neefektyvūs, paprastai jų eksploatavimo ir priežiūros sąnaudos yra labai mažos ir gali būti labai veiksmingos tiekiant energiją namams. Atliekama daug tyrimų, siekiant pagerinti efektyvumą ir konstruoti elementus iš pigesnių medžiagų.
Daugumą saulės baterijų sudaro kristalinio silicio PV elementai, kurių efektyvumas saulės šviesą paverčia elektra 14–16 %. Tačiau kai kurios alternatyvos yra tiriamos. Plonos plėvelės ląstelės gali būti pagamintos iš įvairių medžiagų. Nors šiuo metu jie yra mažiau veiksmingi nei standartiniai PV elementai, jie yra lengvi, lankstūs ir pigiau gaminami. Daugiajungiamieji elementai gali pasiekti didesnį nei 43% efektyvumą. Jie sukonstruoti taip, kad skirtingos ląstelės dalys būtų sureguliuotos taip, kad gautų saulės šviesą tam tikruose bangos ilgio diapazonuose, o ne turi vieną receptorių, kuris praleidžia dalį turimos energijos.
Kita perspektyvi sritis yra dažams jautrus saulės elementas (DSSC), kartais vadinamas Gratzelio elementu Michaelo Gratzelio vardu, kuris pirmą kartą jį sukūrė 1990-aisiais. Jie naudoja dažus saulės energijai užfiksuoti ir elektronų srautui gaminti, kurie papildomi per žemiau esantį skysto elektrolito sluoksnį. Nors jų gamyba gali būti pigi, jų efektyvumas yra tik apie 12 %, be to, yra patvarumo problemų, kurios gali turėti įtakos komerciniam naudojimui. Pavyzdžiui, skystis gali užšalti šaltomis sąlygomis arba išsiplėsti, kai yra šiltas, ir gali nutekėti. Mokslininkai sukūrė elemento versiją, kurioje varginantis skystas elektrolitas pakeičiamas kieta medžiaga, atveriant kelią pigioms ir patvarioms saulės baterijoms.
Be pigesnių ir efektyvesnių fotovoltinių elementų kūrimo, svarbi saulės energijos ateities dalis yra naujų pastatų statyba ir daugelio senesnių pastatų modernizavimas. Kai kurie ekspertai prognozuoja, kad daugumos, jei ne visų, naujų pastatų stoguose bus sumontuotos saulės baterijos. Kadangi juos taip pat lengva montuoti, daugelis senesnių pastatų gali būti patobulinti, kad jie veiktų su saulės energija. Ekspertai ir aplinkosaugininkai tikisi, kad vyriausybės skatins žaliosios energijos statybą, taikydamos dosnias mokesčių lengvatas, lengvatas ir dotacijas alternatyvios energijos naudojimui.
Saulės baterijos ant stogo kai kuriose srityse gali patenkinti visą arba didžiąją namo energijos poreikį. Tačiau tais atvejais, kai žmonės gyvena daugiabučiuose būstuose, stogo plotas yra labai mažas, palyginti su namų skaičiumi. Nors mažos, individualios programos gali sumažinti elektros tinklo įtampą, jei Saulė nori patenkinti miestų ir pramonės šakų energijos poreikius, jos ateitis turi slypėti didelėse saulės energija varomose elektros energijos gamybos stotyse.
Didžiausia problema, su kuria susiduriama naudojant saulės energiją naudojant PV elementus, yra vietos, reikalingos elektrinėms statyti. Gamyklą sudaro tūkstančiai saulės baterijų, kitaip nei šiuo metu įrengtos alternatyvios energijos namuose. Dėl šios priežasties jiems reikia nuolat saulėtos vietos ir daug vietos. Šiuo metu viena didžiausių elektrinių pasaulyje užima daugiau nei 10 kvadratinių mylių (16.9 km2) ir sukuria pakankamai elektros energijos apie 200,000 100 namų. Kai kurie ekspertai teigia, kad norint aprūpinti elektrą visoms JAV, reikėtų maždaug 160.9 mylių (XNUMX km) ploto vienoje pusėje, tikriausiai kažkur Amerikos pietvakarių dykumos klimate.
Alternatyvos saulės kolektoriams
Yra daugybė kitų galimybių plačiu mastu panaudoti Saulės galią. Vienas iš pavyzdžių yra saulės energijos koncentravimo (CSP) technologija. Užuot tiesiogiai gaminę elektrą, jie koncentruoja saulės šviesą vandeniui šildyti, tiekdami garą turbinai, kuri gamina elektrą kaip ir įprastinė elektrinė, varyti. Jie gali būti sudaryti iš parabolinių veidrodžių matricų, kurios sutelkia saulės šviesą į linijinį vamzdelį, užpildytą skysčiu. Kaip alternatyva, saulės šilumą galima sufokusuoti paraboliniu veidrodžiu, kad sušildytų skystį, varantį Stirlingo variklį, kuris tiekia mechaninę energiją elektros gamybai.
Kita patikrinta sistema yra „elektros bokštas“, kuriame saulės sekimo plokščių veidrodžių masyvas nukreipia saulės skleidžiamą šilumą į skysčio talpyklą, kuri naudojama generatoriaus garams tiekti. Veikia nemažai elektrinių, gaminančių 10-20 megavatų elektros energijos. Būsimos gamyklos gali tiekti iki 200 megavatų.
Ateitis
Viena vilčių teikianti tendencija, susijusi su saulės energijos ateitimi, yra ta, kad daugelis didžiausių pasaulio novatorių nusprendžia sutelkti savo talentus ir lėšas į alternatyvių energijos technologijų tobulinimą. Daugelyje apdovanojimų schemų, finansuojamų įvairių vyriausybių visame pasaulyje, pagrindinis dėmesys skiriamas saulės energijos tiekimui ekonomiškai ir dideliu mastu. Daugelyje šalių piliečiai finansiškai skatinami pereiti prie „žaliųjų“ energijos šaltinių ir įsirengti savo saulės baterijas.
Nors 2013 m. yra daug vilčių teikiančių ženklų, kad vyriausybės pripažįsta alternatyvių energijos šaltinių poreikį ir skatina saulės energijos tyrimus, atsakymas iš dalies yra pasaulio piliečių rankose. Tai, ką paprasti piliečiai pasirenka pirkti ir paremti, turės įtakos ateities tendencijoms. Įrengdami saulės baterijas, paaukodami su alternatyviąja energija susijusioms mokslinių tyrimų organizacijoms, įgiję universitetinį atitinkamo dalyko išsilavinimą ir balsuodami už priemones, skatinančias alternatyviosios energijos plėtrą, kiekvienas gali pasakyti apie saulės energijos ateitį.