Վերջին տարիներին գիտնականները հատկապես հետաքրքրված են էներգիայի այլընտրանքային աղբյուրներով։ Նավթն ու գազը վաղ թե ուշ կսպառվեն, ուստի պետք է մտածել, թե ինչպես ենք գոյատևելու այս իրավիճակում հիմա։ Եվրոպայում ակտիվորեն օգտագործվում են հողմաղացներ, ինչ-որ մեկը փորձում է էներգիա կորզել օվկիանոսից, իսկ մենք կխոսենք արևային էներգիայի մասին։ Ի վերջո, աստղը, որը մենք տեսնում ենք գրեթե ամեն օր երկնքում, կարող է օգնել մեզ խնայել չվերականգնվող ռեսուրսները և բարելավել շրջակա միջավայրը: Արեգակի արժեքը Երկրի համար դժվար է գերագնահատել՝ այն տալիս է ջերմություն, լույս և թույլ է տալիս մոլորակի ողջ կյանքին գործել: Ուրեմն ինչու՞ չգտնել դրա այլ կիրառություն:
Մի քիչ պատմություն
19-րդ դարի կեսերին ֆիզիկոս Ալեքսանդր Էդմոնդ Բեկերելը հայտնաբերեց ֆոտոգալվանային էֆեկտը։ Եվ մինչև դարավերջ Չարլզ Ֆրիտսը ստեղծեց առաջին սարքը, որն ընդունակ էր փոխակերպել արևի էներգիան էլեկտրականության։ Դրա համար օգտագործվել է ոսկու բարակ շերտով պատված սելեն։ Էֆեկտը թույլ էր, բայց այս գյուտը հաճախ ասոցացվում է արևային էներգիայի դարաշրջանի սկզբի հետ։ Որոշ գիտնականներ համաձայն չեն այս ձևակերպման հետ։ Նրանք անվանում են արեգակնային էներգիայի դարաշրջանի հիմնադիր աշխարհահռչակ գիտնական Ալբերտ Էյնշտեյնին։ 1921 թտարի նա Նոբելյան մրցանակ ստացավ արտաքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի օրենքները բացատրելու համար։
Թվում է, թե արևային էներգիան զարգացման հեռանկարային միջոց է: Բայց ամեն տուն մտնելու համար շատ խոչընդոտներ կան՝ հիմնականում տնտեսական և բնապահպանական: Թե ինչով են կազմում արևային մարտկոցների արժեքը, ինչ վնաս կարող են պատճառել դրանք շրջակա միջավայրին և էներգիա արտադրելու այլ եղանակներ, կիմանանք ստորև։
Խնայողության մեթոդներ
Արևի էներգիան ընտելացնելու հետ կապված ամենահրատապ խնդիրը ոչ միայն դրա ընդունումն է, այլև դրա կուտակումը։ Եվ դա ամենադժվարն է։ Ներկայումս գիտնականները մշակել են արեգակնային էներգիան լիովին ընտելացնելու միայն 3 եղանակ։
Առաջինը հիմնված է պարաբոլիկ հայելու օգտագործման վրա և մի փոքր նման է խոշորացույցի հետ խաղալուն, որը բոլորին ծանոթ է մանկուց։ Լույսն անցնում է ոսպնյակի միջով՝ հավաքվելով մի կետում։ Եթե այս վայրում թուղթ դնեք, այն կլուսավորվի, քանի որ արևի խաչած ճառագայթների ջերմաստիճանը անհավատալի բարձր է։ Պարաբոլիկ հայելին ծանծաղ ամանի նմանվող գոգավոր սկավառակ է: Այս հայելին, ի տարբերություն խոշորացույցի, չի փոխանցում, այլ արտացոլում է արևի լույսը՝ հավաքելով այն մի կետում, որը սովորաբար ուղղվում է դեպի ջրով սև խողովակ։ Այս գույնը օգտագործվում է, քանի որ այն լավագույնս կլանում է լույսը: Խողովակի ջուրը տաքացվում է արևի լույսով և կարող է օգտագործվել էլեկտրաէներգիա արտադրելու կամ փոքր տներ տաքացնելու համար։
Տափակ տաքացուցիչ
Այս մեթոդը օգտագործում էբոլորովին այլ համակարգ. Արեգակնային էներգիայի ընդունիչը նման է բազմաշերտ կառույցի։ Դրա գործողության սկզբունքն այսպիսի տեսք ունի.
Անցնելով ապակու միջով՝ ճառագայթները հարվածում են մգացած մետաղին, որը, ինչպես գիտեք, ավելի լավ է կլանում լույսը։ Արեգակնային ճառագայթումը վերածվում է ջերմային էներգիայի և տաքացնում ջուրը, որը գտնվում է երկաթե ափսեի տակ։ Ավելին, ամեն ինչ տեղի է ունենում, ինչպես առաջին մեթոդով: Ջեռուցվող ջուրը կարող է օգտագործվել ինչպես տարածքի ջեռուցման, այնպես էլ էլեկտրական էներգիա արտադրելու համար։ Ճիշտ է, այս մեթոդի արդյունավետությունը այնքան էլ բարձր չէ, որպեսզի այն օգտագործվի ամենուր։
Այս եղանակով ստացվող արեգակնային էներգիան, որպես կանոն, ջերմություն է։ Էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար շատ ավելի հաճախ օգտագործվում է երրորդ մեթոդը։
Արևային բջիջներ
Ամենից շատ մեզ ծանոթ է էներգիա ստանալու այս եղանակը։ Այն ներառում է տարբեր մարտկոցների կամ արևային մարտկոցների օգտագործում, որոնք կարելի է գտնել ժամանակակից բազմաթիվ տների տանիքներում: Այս մեթոդը ավելի բարդ է, քան նախկինում նկարագրված է, բայց շատ ավելի խոստումնալից է: Հենց նա է հնարավոր դարձնում արևային էներգիան արդյունաբերական մասշտաբով վերածել էլեկտրականության։
Հատուկ վահանակներ, որոնք նախատեսված են ճառագայթները գրավելու համար, պատրաստված են հարստացված սիլիցիումի բյուրեղներից: Արևի լույսը, ընկնելով նրանց վրա, էլեկտրոնը դուրս է մղում ուղեծրից: Մեկ ուրիշն անմիջապես ձգտում է զբաղեցնել իր տեղը, այդպիսով ստացվում է շարունակական շարժվող շղթա, որը ստեղծում է հոսանք։ Անհրաժեշտության դեպքում այն անմիջապես օգտագործվում է սարքեր տրամադրելու համար կամ կուտակվում է ձևի մեջէլեկտրականություն հատուկ մարտկոցներում։
Այս մեթոդի հանրաճանաչությունը հիմնավորվում է նրանով, որ այն թույլ է տալիս ստանալ ավելի քան 120 Վտ հզորություն ընդամենը մեկ քառակուսի մետր արևային մարտկոցներից։ Միևնույն ժամանակ, վահանակներն ունեն համեմատաբար փոքր հաստություն, ինչը թույլ է տալիս դրանք տեղադրել գրեթե ցանկացած վայրում։
Սիլիկոնային վահանակների տեսակները
Գոյություն ունեն արևային բջիջների մի քանի տեսակներ: Առաջինները պատրաստված են մեկ բյուրեղյա սիլիցիումով: Դրանց արդյունավետությունը մոտ 15% է: Այս արևային մարտկոցներն ամենաթանկն են։
Պոլիբյուրեղային սիլիցիումից պատրաստված տարրերի արդյունավետությունը հասնում է 11%-ի։ Նրանք արժեն ավելի քիչ, քանի որ նրանց համար նյութը ձեռք է բերվում պարզեցված տեխնոլոգիայի միջոցով: Երրորդ տեսակը ամենատնտեսողն է և ունի նվազագույն արդյունավետություն։ Սրանք ամորֆ սիլիցիումից պատրաստված պանելներ են, այսինքն՝ ոչ բյուրեղային։ Բացի ցածր արդյունավետությունից, նրանք ունեն ևս մեկ նշանակալի թերություն՝ փխրունություն։
Որոշ արտադրողներ օգտագործում են արևային մարտկոցի երկու կողմերն արդյունավետությունը բարձրացնելու համար՝ հետևի և առջևի: Սա թույլ է տալիս գրավել լույսը մեծ ծավալներով և մեծացնում է ստացվող էներգիայի քանակը 15-20%-ով։
Ներքին արտադրողներ
Արեգակնային էներգիան Երկրի վրա ավելի ու ավելի է տարածվում. Նույնիսկ մեր երկրում հետաքրքրված են այս ոլորտը ուսումնասիրելու հարցում։ Չնայած այն հանգամանքին, որ Ռուսաստանում այլընտրանքային էներգիայի զարգացումն այնքան էլ ակտիվ չէ, որոշակի հաջողություններ են գրանցվել։ Ներկայումս մի քանի կազմակերպություններ զբաղվում են արևային էներգիայի վահանակների ստեղծմամբ՝ հիմնականումտարբեր ոլորտների գիտական ինստիտուտներ և էլեկտրասարքավորումների արտադրության գործարաններ։
- NPF «Kvark».
- ԲԲԸ Կովրովի մեխանիկական գործարան.
- Գյուղատնտեսության էլեկտրիֆիկացման համառուսական գիտահետազոտական ինստիտուտ.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- ԲԲԸ «Մետաղ-կերամիկական սարքերի Ռյազանի գործարան».
- JSC Pravdinsky Pilot Power Sources Pozit.
Սա Ռուսաստանում այլընտրանքային էներգիայի զարգացման գործում ակտիվորեն ներգրավված ձեռնարկությունների միայն փոքր մասն է։
Շրջակա միջավայրի ազդեցություն
Ածխի և նավթի էներգիայի աղբյուրների մերժումը կապված է ոչ միայն այն բանի հետ, որ այդ պաշարները վաղ թե ուշ կսպառվեն։ Բանն այն է, որ դրանք մեծ վնաս են հասցնում շրջակա միջավայրին՝ աղտոտում են հողը, օդը և ջուրը, նպաստում են մարդկանց հիվանդությունների զարգացմանը և նվազեցնում իմունիտետը։ Ահա թե ինչու էներգիայի այլընտրանքային աղբյուրները պետք է լինեն էկոլոգիապես մաքուր։
Սիլիկոնը, որն օգտագործվում է ֆոտոգալվանային բջիջներ պատրաստելու համար, ինքնին անվտանգ է, քանի որ այն բնական նյութ է: Բայց մաքրելուց հետո թափոններ են մնում։ Դրանք են, որոնք կարող են վնասել մարդկանց և շրջակա միջավայրին, եթե ոչ պատշաճ օգտագործվեն:
Բացի այդ, արևային մարտկոցներով ամբողջությամբ լցված տարածքում բնական լուսավորությունը կարող է խաթարվել: Սա կհանգեցնի գոյություն ունեցող էկոհամակարգի փոփոխությունների։ Բայց ընդհանուր առմամբ արեգակնային էներգիան փոխակերպելու համար նախատեսված սարքերի շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը նվազագույն է։
Տնտեսություն
Արևային մարտկոցների արտադրության ամենամեծ ծախսերը կապված են հումքի բարձր արժեքի հետ։ Ինչպես արդեն պարզել ենք, հատուկ վահանակներ են ստեղծվում սիլիցիումի օգտագործմամբ։ Չնայած այն հանգամանքին, որ այս հանքանյութը լայնորեն տարածված է բնության մեջ, դրա արդյունահանման հետ կապված մեծ խնդիրներ կան։ Բանն այն է, որ սիլիցիումը, որը կազմում է երկրակեղեւի զանգվածի ավելի քան մեկ քառորդը, պիտանի չէ արեգակնային բջիջների արտադրության համար։ Այս նպատակների համար հարմար է միայն արդյունաբերական մեթոդով ձեռք բերված ամենամաքուր նյութը: Ցավոք սրտի, ավազից ամենամաքուր սիլիցիում ստանալը չափազանց խնդրահարույց է:
Այս ռեսուրսի գինը համեմատելի է ատոմակայաններում օգտագործվող ուրանի հետ։ Այդ իսկ պատճառով արևային մարտկոցների արժեքը ներկայումս մնում է բավականին բարձր մակարդակի վրա։
Ժամանակակից տեխնոլոգիաներ
Արեգակնային էներգիան ընտելացնելու առաջին փորձերը ի հայտ եկան շատ վաղուց։ Այդ ժամանակից ի վեր շատ գիտնականներ ակտիվորեն ներգրավվել են ամենաարդյունավետ սարքավորումների որոնման մեջ: Այն պետք է լինի ոչ միայն ծախսարդյունավետ, այլև կոմպակտ: Դրա արդյունավետությունը պետք է ձգտի առավելագույնին։
Արևային էներգիան ընդունող և փոխակերպող իդեալական սարքի առաջին քայլերն արվել են սիլիկոնային մարտկոցների գյուտով։ Իհարկե, գինը բավականին բարձր է, բայց պանելները կարելի է տեղադրել տների տանիքներին ու պատերին, որտեղ ոչ մեկին չեն անհանգստացնի։ Իսկ նման մարտկոցների արդյունավետությունն անհերքելի է։
Բայց արևային էներգիայի ժողովրդականությունը մեծացնելու լավագույն միջոցը այն ավելի էժանացնելն է: Գերմանացի գիտնականներն արդեն առաջարկել են սիլիցիումը փոխարինել սինթետիկ մանրաթելերով, որոնք կարող են ինտեգրվել:գործվածք կամ այլ նյութեր: Նման արևային մարտկոցի արդյունավետությունը շատ բարձր չէ։ Սակայն սինթետիկ մանրաթելերով ներքաշված վերնաշապիկը կարող է առնվազն էլեկտրականություն ապահովել սմարթֆոնին կամ նվագարկիչին: Ակտիվ աշխատանքներ են տարվում նաեւ նանոտեխնոլոգիայի ոլորտում։ Հավանական է, որ դրանք թույլ կտան արևին դառնալ էներգիայի ամենահայտնի աղբյուրը այս դարում: Նորվեգիայից Scates AS-ի մասնագետներն արդեն հայտարարել են, որ նանոտեխնոլոգիան 2 անգամ կնվազեցնի արևային մարտկոցների արժեքը։
Արևային էներգիա տան համար
Ինքնապահպանվող բնակարանը շատերի երազանքն է՝ կենտրոնացված ջեռուցումից կախվածություն, հաշիվների վճարման հետ կապված խնդիրներ և շրջակա միջավայրին վնաս չհասցնելը: Արդեն շատ երկրներ ակտիվորեն կառուցում են բնակարաններ, որոնք սպառում են միայն այլընտրանքային աղբյուրներից ստացված էներգիան: Վառ օրինակ է այսպես կոչված արևային տունը։
Շինարարության ընթացքում այն կպահանջի ավելի շատ ներդրումներ, քան ավանդականը։ Բայց մի քանի տարի աշխատելուց հետո բոլոր ծախսերը կվճարվեն՝ ստիպված չեք լինի վճարել ջեռուցման, տաք ջրի և էլեկտրաէներգիայի համար: Արևային տան մեջ այս բոլոր հաղորդակցությունները կապված են տանիքում տեղադրված հատուկ ֆոտովոլտային վահանակների հետ: Ընդ որում, այս ճանապարհով ստացված էներգետիկ ռեսուրսները ոչ միայն ծախսվում են ընթացիկ կարիքների համար, այլև կուտակվում են գիշերը և ամպամած եղանակին օգտագործելու համար։
Ներկայումս նման տների կառուցումն իրականացվում է ոչ միայն հասարակածին մոտ երկրներում, որտեղ ամենահեշտ է արևային էներգիա ստանալը։ Դրանք նույնպես կանգնեցված ենԿանադա, Ֆինլանդիա և Շվեդիա.
Կողմ և դեմ
Տեխնոլոգիաների զարգացումը, որը թույլ է տալիս օգտագործել արևային էներգիան ամենուր, կարող է ավելի ակտիվ լինել։ Բայց կան որոշակի պատճառներ, թե ինչու դա դեռ առաջնահերթություն չէ: Ինչպես վերը ասացինք, պանելների արտադրության ժամանակ արտադրվում են շրջակա միջավայրի համար վնասակար նյութեր։ Բացի այդ, պատրաստի սարքավորումը պարունակում է գալիում, մկնդեղ, կադմիում և կապար։
Ֆոտովոլտային վահանակների վերամշակման անհրաժեշտությունը նույնպես շատ հարցեր է առաջացնում: 50 տարվա շահագործումից հետո դրանք կդառնան անօգտագործելի ու պետք է ինչ-որ կերպ ոչնչացվեն։ Արդյո՞ք դա հսկայական վնաս կպատճառի բնությանը: Արժե նաև հաշվի առնել, որ արևային էներգիան փոփոխական ռեսուրս է, որի արդյունավետությունը կախված է օրվա ժամից և եղանակից: Եվ սա էական թերություն է։
Բայց, իհարկե, կան պլյուսներ. Արեգակնային էներգիան կարելի է արդյունահանել Երկրի գրեթե ցանկացած կետում, և այն արտադրելու և փոխակերպելու սարքավորումները կարող են այնքան փոքր լինել, որպեսզի տեղավորվեն սմարթֆոնի հետևի մասում: Ավելի կարևոր է, որ դա վերականգնվող ռեսուրս է, այսինքն՝ արևային էներգիայի քանակն անփոփոխ կմնա առնվազն ևս հազար տարի։
Հեռանկարներ
Արևային էներգիայի ոլորտում տեխնոլոգիաների զարգացումը պետք է հանգեցնի տարրերի ստեղծման ծախսերի կրճատմանը. Արդեն հայտնվում են ապակե պանելներ, որոնք կարելի է տեղադրել պատուհանների վրա։ Նանոտեխնոլոգիայի զարգացումը հնարավորություն է տվել հայտնագործել ներկ, որը ցրվելու է արևային մարտկոցների վրա և կարող է փոխարինել սիլիկոնային շերտը։Եթե արևային էներգիայի արժեքը իսկապես մի քանի անգամ նվազի, ապա դրա ժողովրդականությունը նույնպես բազմապատիկ կաճի։
Անհատական օգտագործման համար փոքր վահանակների ստեղծումը թույլ կտա մարդկանց օգտագործել արևային էներգիա ցանկացած միջավայրում՝ տանը, մեքենայում կամ նույնիսկ քաղաքից դուրս: Դրանց բաշխման շնորհիվ կենտրոնացված էլեկտրացանցերի բեռը կնվազի, քանի որ մարդիկ կկարողանան ինքնուրույն լիցքավորել փոքր էլեկտրոնիկա։
Shell-ի փորձագետները կարծում են, որ մինչև 2040 թվականը աշխարհի էներգիայի մոտ կեսը կստեղծվի վերականգնվող աղբյուրներից: Արդեն հիմա Գերմանիայում ակտիվորեն աճում է արևային էներգիայի սպառումը, իսկ մարտկոցի հզորությունը կազմում է ավելի քան 35 Գիգավատ։ Ճապոնիան նույնպես ակտիվորեն զարգացնում է այս արդյունաբերությունը։ Այս երկու երկրներն աշխարհում արեւային էներգիայի սպառման առաջատարներն են։ Միացյալ Նահանգները, ամենայն հավանականությամբ, շուտով կմիանա նրանց։
Էներգիայի այլ այլընտրանքային աղբյուրներ
Գիտնականները չեն դադարում տարակուսել, թե էլ ինչ կարող է օգտագործվել էլեկտրաէներգիա կամ ջերմություն արտադրելու համար: Ահա այլընտրանքային էներգիայի առավել խոստումնալից աղբյուրների օրինակներ։
Հողմաղացներ այժմ կարելի է գտնել գրեթե ցանկացած երկրում: Նույնիսկ Ռուսաստանի շատ քաղաքների փողոցներում տեղադրված են լապտերներ, որոնք իրենց էլեկտրաէներգիան ապահովում են քամու էներգիայից։ Իհարկե, դրանց արժեքը միջինից բարձր է, բայց ժամանակի ընթացքում նրանք կփոխհատուցեն այս տարբերությունը:
Բավականին վաղուց հայտնագործվեց մի տեխնոլոգիա, որը թույլ է տալիս էներգիա ստանալ՝ օգտագործելովջրի ջերմաստիճանի տարբերություն օվկիանոսի մակերևույթի և խորության վրա. Չինաստանն ակտիվորեն պատրաստվում է զարգացնել այս ուղղությունը։ Առաջիկա տարիներին Միջին Թագավորության ափերի մոտ նրանք պատրաստվում են կառուցել այս տեխնոլոգիայով աշխատող ամենամեծ էլեկտրակայանը։ Ծովից օգտվելու այլ եղանակներ կան. Օրինակ՝ Ավստրալիայում նախատեսում են ստեղծել էլեկտրակայան, որը էներգիա է արտադրում հոսանքների ուժից։
Էլեկտրաէներգիա կամ ջերմություն արտադրելու շատ այլ եղանակներ կան: Բայց շատ այլ տարբերակների ֆոնին արևային էներգիան իսկապես խոստումնալից ուղղություն է գիտության զարգացման մեջ։
