Fremtidens energi i dag: Hvordan fungerer solpaneler og heliostatistikker?

Reklame

Fornyelige ressourcer. Det er et problem, som vi står over for hver dag, uanset om vi er klar over det eller ej. Med hver pumpe i et gashåndtag, med hvert tryk på en bils accelerator, med hvert stik på vores smartphone-opladere, bruger vi brændstof. Og en dag vil det brændstof løbe tør. Så hvorfor bruger vi ikke den ene energikilde, der ikke løber tør - solen?

Solen er en storslået enhed. Det giver verden nok energi til at drive hele civilisationen. Det eneste problem er, hvordan fanger vi og udnytter den energi? Hvilken fordel er en masse fri energi, hvis vi ikke kan konvertere den til et nyttigt medium? Deri ligger problemet, og det er meget vanskeligere at løse, end du måske forestiller dig.

“Vent et øjeblik" du siger, "Vi har haft kommerciel solenergi siden 1980'erne!”Og du ville have ret i at sige det. Problemet er dog ikke inde hvordan at konvertere solens energi til elektricitet. Vi ved allerede, hvordan man gør det - bare ikke på et niveau, der kan forbruges masse. For at forstå grænserne for solenergi er vi nødt til at vide, hvordan solcellepaneler fungerer.

Så slutter mig, når jeg graver ned i den indre effekt af solenergi. Lad os se nærmere på processen, der er involveret i at omdanne sollys til en levedygtig brændstofskilde.

Solenergi begynder, som du kunne forvente, med solen. Den kæmpe ildkugle, der hænger på himlen, er den perfekte energikilde. I modsætning til kul tilstopper solen ikke vores atmosfære med kuldioxid. Det er let tilgængeligt, så vi ikke behøver at bore rundt i verden. Arbejde med solenergi udgør ingen trussel mod mennesker (undtagen måske for lejlighedsvis solforbrænding).

Og mest af alt er solenergi gratis. Bortset fra at bygge de faktiske receptorer og vedligeholde udstyret, har solenergi ingen omkostninger forbundet med det.

Så hvordan fungerer det hele?

Energi er rundt omkring os i forskellige former. Lys er energi. Varme er energi. Bevægelse er energi. Stillhed er (potentiel) energi. Solen afgiver en enorm mængde lys, og vores mål er at konvertere denne lysenergi til noget, vi kan bruge, nemlig elektrisk energi.

I de fleste tilfælde, når lys rammer et objekt, omdannes det til varmeenergi. Tænk tilbage på dit sidste strandbesøg. Da du sad ude i solen, blev din hud varm. Det er en enkel kendsgerning i livet, som vi alle har oplevet. Men der findes visse materialer, der konverterer lys til andre energier end varme. Silicium er et af disse materialer.

Når lys rammer silicium, spreder det sig ikke som varme. I stedet springer elektronerne i siliciummolekylet rundt i bevægelse og producerer en elektrisk strøm. For at bruge silicium på denne måde har du imidlertid brug for store siliciumkrystaller, der er store nok til at producere mærkbare mængder elektricitet.

Ældre versioner af solteknologi anvendte siliciumkrystaller. Som det viste sig, var denne metode til konvertering af sollys ikke meget gennemførlig, fordi store siliciumkrystaller er vanskelige at dyrke. Når noget er vanskeligt, forbliver prisen på det høj. Hvis prisen forbliver høj, bliver udbredt anvendelse usandsynlig.

I dag bruger solteknologi et andet materiale. Dette nye materiale er sammensat af kobber, indium, gallium og selen og kaldes passende kobber-indium-gallium-selenid eller CIGS. I modsætning til silicium er krystallerne lavet af CIGS mindre og billigere, men de er meget mere ineffektive end silicium til konvertering af sollys.

Og det er her vi er i dag. Solenergi tegner sig for meget lidt af verdens energiproduktion, og det vil forblive på den måde, indtil forskere enten finde et nyt materiale, der fungerer såvel som silicium, eller opdage en metode til billigt fremstilling af stort silicium krystaller.

Så ineffektive som solcellepaneler er lige nu, er der et par metoder, der bruges til at forbedre opsamling og opbevaring af solenergi. En måde er at bruge et batteri, der lagrer energien, hvilket giver forbrug, når der ikke er sol – om natten og i overskyede dage. En anden måde er at bruge en heliostat.

Hvad er en heliostat? Du kan tænke på det som et stort spejl (eller mange spejle) fastgjort til en roterende stang eller platform (eller mange poler og platforme). I modsætning til solpaneler absorberer heliostater ikke solen direkte; i stedet bruger de spejle til at omdirigere solens lys og sigte det mod stationære solcellepaneler til absorption.

Heliostater kontrolleres for det meste af computere. Disse computere fodres med bestemte stykker data (heliostatens placering, solens placering panel, tid og dato) og dataene knuses, indtil computeren kan beregne solens position i himmel. Når det er gjort, justerer computeren spejlets vinkel, så solens lys springer ud af det og rammer målet solcellepanel.

Den største fordel ved heliostaten er, at en række af dem kan arrangeres, så de er rettet mod en enkelt solreceptor. Mens normalt et solcellepanel kun modtager en vis dækning af sollys, kan et arrangement af heliostater drastisk forstærke den mængde lys, der konverteres.

Men selv med heliostatik har solenergi stadig en lang vej at gå, før den kan bruges i vidt omfang. Hvis det ikke var for problemet med konvertering det faktiske sollys, solenergi ville være det mest vedvarende, mest overkommelige og mest sundt-for-miljøet brændstof til vores civilisation. Det vil sige, indtil solen eksploderer.

Billedkredit: Solpanelillustration Via Shutterstock, Solpanelfoto via Shutterstock