طاقة المستقبل ، اليوم: كيف تعمل الألواح الشمسية وهليوستاتس؟

الإعلانات

موارد متجددة. إنها مشكلة نواجهها كل يوم سواء أدركناها أم لا. مع كل مضخة لمقبض الغاز ، مع كل ضغطة على مسرع السيارة ، مع كل قابس لشواحن الهواتف الذكية لدينا ، نستهلك الوقود. وذات يوم سينفد هذا الوقود. فلماذا لا نستخدم مصدر الطاقة الوحيد الذي لن ينفد - الشمس؟

الشمس كيان رائع. إنها تزود العالم بطاقة كافية لقوة كل الحضارة. المشكلة الوحيدة هي كيف نلتقط هذه الطاقة ونستغلها؟ ما فائدة مجموعة من الطاقة المجانية إذا لم نتمكن من تحويلها إلى وسيط مفيد؟ هنا تكمن المشكلة ، ومن الصعب حلها أكثر مما تتخيل.

“انتظر دقيقة" قول انت، "كان لدينا كهرباء شمسية تجارية منذ الثمانينات!وستكون على حق في قول ذلك. ومع ذلك ، فإن المشكلة ليست في كيف لتحويل طاقة الشمس إلى كهرباء. نحن نعلم بالفعل كيفية القيام بذلك - ليس فقط على المستوى الذي يمكن استهلاكه بكميات كبيرة. لفهم حدود الطاقة الشمسية ، نحتاج إلى معرفة كيفية عمل الألواح الشمسية.

لذا انضم إليّ عندما أحفر في الأعمال الداخلية للطاقة الشمسية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على العملية التي ينطوي عليها تحويل ضوء الشمس إلى مصدر وقود قابل للحياة.

تبدأ الطاقة الشمسية ، كما تتوقع ، مع الشمس. إن كرة النار العملاقة المعلقة في السماء هي المصدر المثالي للطاقة. على عكس الفحم ، لا تسد الشمس غلافنا الجوي بثاني أكسيد الكربون. يمكن الوصول إليه بسهولة لذا لا يتعين علينا الذهاب للحفر حول العالم. لا يمثل العمل باستخدام الطاقة الشمسية أي تهديد للبشر (باستثناء ربما بسبب حروق الشمس العرضية).

والأهم من ذلك كله ، الطاقة الشمسية مجانية. بصرف النظر عن بناء المستقبلات الفعلية وصيانة المعدات ، فإن الطاقة الشمسية ليس لها تكلفة مرتبطة بها.

فكيف يفعل كل ذلك العمل؟

الطاقة في كل مكان حولنا بأشكال مختلفة. الضوء طاقة. الحرارة طاقة. الحركة طاقة. السكون هو طاقة (محتملة). تعطي الشمس كمية هائلة من الضوء وهدفنا هو تحويل طاقة الضوء هذه إلى شيء يمكننا استخدامه ، أي الطاقة الكهربائية.

في معظم الحالات ، عندما يضرب الضوء جسمًا ، يتم تحويله إلى طاقة حرارية. فكر في زيارتك الأخيرة إلى الشاطئ. عندما جلست في الشمس ، أصبحت بشرتك ساخنة. إنها حقيقة بسيطة في الحياة شهدناها جميعًا. ولكن هناك مواد معينة تحول الضوء إلى طاقات غير الحرارة. السليكون هو أحد تلك المواد.

عندما يضرب الضوء السليكون ، لا يتبدد كحرارة. وبدلاً من ذلك ، تتحرك الإلكترونات في جزيء السيليكون حولها ، مما ينتج تيارًا كهربائيًا. ومع ذلك ، من أجل استخدام السيليكون بهذه الطريقة ، فأنت تحتاج إلى بلورات كبيرة من السيليكون كبيرة بما يكفي لإنتاج كميات ملحوظة من الكهرباء.

تستخدم الإصدارات الأقدم من تكنولوجيا الطاقة الشمسية بلورات السيليكون. كما اتضح ، فإن طريقة تحويل الضوء الشمسي هذه لم تكن مجدية للغاية لأن بلورات السيليكون الكبيرة يصعب نموها. عندما يكون هناك شيء صعب ، يبقى سعره مرتفعًا. إذا ظل السعر مرتفعًا ، يصبح الاستخدام على نطاق واسع غير مرجح.

في الوقت الحاضر ، تستخدم تكنولوجيا الطاقة الشمسية مادة مختلفة. تتكون هذه المادة الجديدة من النحاس ، الإنديوم ، الغاليوم ، والسيلينيوم ، وتسمى على نحو ملائم بالنحاس-الإنديوم-الغاليوم-سيلينيد ، أو CIGS. على عكس السليكون ، فإن البلورات المصنوعة من CIGS أصغر وأرخص ، ولكنها أكثر كفاءة من السيليكون في تحويل الضوء الشمسي.

وها نحن اليوم. تمثل الكهرباء الشمسية القليل جدًا من إنتاج الطاقة في العالم ، وستبقى على هذا النحو حتى العلماء إما أن تعثر على مادة جديدة تعمل مثل السليكون أو تكتشف طريقة لإنتاج السيليكون الكبير بسعر زهيد بلورات.

نظرًا لعدم كفاءة الألواح الشمسية في الوقت الحالي ، هناك عدد قليل من الطرق المستخدمة لتحسين التقاط وتخزين الكهرباء الشمسية. تتمثل إحدى الطرق في استخدام بطارية تخزن الطاقة ، مما يسمح بالاستهلاك عندما لا يكون هناك شمس - في الليل وخلال الأيام الملبدة بالغيوم. طريقة أخرى هي استخدام heliostat.

ما هو الهليوستات؟ يمكنك التفكير في الأمر على أنه مرآة كبيرة (أو العديد من المرايا) متصلة بعمود أو منصة دوارة (أو العديد من الأعمدة والمنصات). على عكس الألواح الشمسية ، لا تمتص أشعة الشمس بشكل مباشر الشمس ؛ بدلاً من ذلك ، يستخدمون المرايا لإعادة توجيه ضوء الشمس وتوجيهه إلى الألواح الشمسية الثابتة للامتصاص.

يتم التحكم في معظم أجهزة Heliostats بواسطة أجهزة الكمبيوتر. يتم تغذية هذه الحواسيب بقطع معينة من البيانات (موقع الهليوستات ، موقع الطاقة الشمسية لوحة ، والوقت والتاريخ) والبيانات يتم تحريكها حتى يتمكن الكمبيوتر من حساب موضع الشمس في سماء. بمجرد الانتهاء من ذلك ، يقوم الكمبيوتر بضبط زاوية المرآة بحيث يرتد ضوء الشمس عنها ويضرب اللوحة الشمسية المستهدفة.

أكبر فائدة للهليوستات هي أنه يمكن ترتيب العديد منها بحيث تستهدف مستقبل شمسي واحد. في حين أن اللوح الشمسي قد يتلقى عادةً بعض تغطية ضوء الشمس فقط ، إلا أن ترتيبًا للهيليوستات يمكن أن يضخم بشكل كبير كمية الضوء التي يتم تحويلها.

ولكن حتى مع أجهزة الهيليوستات ، لا يزال أمام الطاقة الشمسية طريق طويل قبل أن تتمكن من استخدامها على نطاق واسع. إذا لم يكن لمشكلة تحويل أشعة الشمس الفعلية ، ستكون الطاقة الشمسية الوقود الأكثر متجددة ، والأكثر بأسعار معقولة ، والأكثر صحة للبيئة من أجل حضارتنا. أي حتى تنفجر الشمس.

حقوق الصورة: الرسم التوضيحي للألواح الشمسية عبر Shutterstock, صور الألواح الشمسية عبر Shutterstock