ბოლო წლებში მეცნიერები განსაკუთრებით დაინტერესდნენ ენერგიის ალტერნატიული წყაროებით. ნავთობი და გაზი ადრე თუ გვიან ამოიწურება, ამიტომ უნდა ვიფიქროთ, როგორ გადავრჩეთ ახლა ამ სიტუაციაში. ევროპაში აქტიურად იყენებენ ქარის წისქვილებს, ვიღაც ცდილობს ოკეანედან ენერგიის ამოღებას, ჩვენ კი მზის ენერგიაზე ვისაუბრებთ. ბოლოს და ბოლოს, ვარსკვლავს, რომელსაც თითქმის ყოველდღე ვხედავთ ცაში, დაგვეხმარება არაგანახლებადი რესურსების დაზოგვაში და გარემოს გაუმჯობესებაში. დედამიწისთვის მზის ღირებულების გადაჭარბება ძნელია - ის იძლევა სითბოს, სინათლეს და საშუალებას აძლევს პლანეტაზე მთელი სიცოცხლის ფუნქციონირებას. მაშ, რატომ არ იპოვნეთ მისი სხვა გამოყენება?
ცოტა ისტორია
მე-19 საუკუნის შუა ხანებში ფიზიკოსმა ალექსანდრე ედმონდ ბეკერელმა აღმოაჩინა ფოტოელექტრული ეფექტი. და საუკუნის ბოლოს ჩარლზ ფრიტსმა შექმნა პირველი მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია მზის ენერგიის ელექტროენერგიად გადაქცევა. ამისთვის გამოიყენებოდა ოქროს თხელი ფენით დაფარული სელენი. ეფექტი სუსტი იყო, მაგრამ ეს გამოგონება ხშირად ასოცირდება მზის ენერგიის ეპოქის დასაწყისთან. ზოგიერთი მეცნიერი არ ეთანხმება ამ ფორმულირებას. ისინი მზის ენერგიის ეპოქის ფუძემდებელს მსოფლიოში ცნობილ მეცნიერს ალბერტ აინშტაინს უწოდებენ. 1921 წელსწელს მან მიიღო ნობელის პრემია გარე ფოტოელექტრული ეფექტის კანონების ახსნისთვის.
როგორც ჩანს, მზის ენერგია განვითარების პერსპექტიული გზაა. მაგრამ მას ყველა სახლში შესვლის მრავალი დაბრკოლება აქვს – ძირითადად ეკონომიკური და ეკოლოგიური. რა შეადგენს მზის პანელების ღირებულებას, რა ზიანი შეიძლება მიაყენონ მათ გარემოს და რა სხვა გზები გამოიმუშავებს ენერგიას, ქვემოთ გავარკვევთ.
დაზოგვის მეთოდები
ყველაზე გადაუდებელი ამოცანა, რომელიც დაკავშირებულია მზის ენერგიის მოთვინიერებასთან, არის არა მხოლოდ მისი მიღება, არამედ მისი დაგროვებაც. და ეს არის ყველაზე რთული. ამჟამად, მეცნიერებმა შეიმუშავეს მხოლოდ 3 გზა მზის ენერგიის სრულად დასამშვიდებლად.
პირველი პარაბოლური სარკის გამოყენებას ეფუძნება და ცოტათი გამადიდებელი შუშით თამაშს ჰგავს, რომელიც ყველასთვის ბავშვობიდან ნაცნობია. სინათლე გადის ობიექტივში, გროვდება ერთ წერტილში. თუ ამ ადგილას ქაღალდის ნაჭერს დადებთ, ის განათდება, რადგან გადაკვეთილი მზის სხივების ტემპერატურა წარმოუდგენლად მაღალია. პარაბოლური სარკე არის ჩაზნექილი დისკი, რომელიც წააგავს არაღრმა თასს. ეს სარკე, გამადიდებელი შუშისგან განსხვავებით, არ გადასცემს, მაგრამ ირეკლავს მზის შუქს, აგროვებს მას ერთ წერტილში, რომელიც ჩვეულებრივ მიმართულია წყლის შავი მილისკენ. ეს ფერი გამოიყენება, რადგან ის საუკეთესოდ შთანთქავს სინათლეს. მილში წყალი თბება მზის შუქით და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის წარმოებისთვის ან პატარა სახლების გასათბობად.
ბრტყელი გამათბობელი
ეს მეთოდი გამოიყენებასრულიად განსხვავებული სისტემა. მზის ენერგიის მიმღები ჰგავს მრავალშრიან სტრუქტურას. მისი მოქმედების პრინციპი ასე გამოიყურება.
შუშის გავლისას სხივები ურტყამს ჩაბნელებულ ლითონს, რომელიც, მოგეხსენებათ, უკეთ შთანთქავს სინათლეს. მზის გამოსხივება იქცევა თერმულ ენერგიად და ათბობს წყალს, რომელიც რკინის ფირფიტის ქვეშ არის. გარდა ამისა, ყველაფერი ხდება ისე, როგორც პირველ მეთოდში. გაცხელებული წყალი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სივრცის გასათბობად, ასევე ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად. მართალია, ამ მეთოდის ეფექტურობა არ არის საკმარისად მაღალი, რომ ყველგან გამოიყენოთ.
როგორც წესი, ამ გზით მიღებული მზის ენერგია სითბოა. ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის მესამე მეთოდი ბევრად უფრო ხშირად გამოიყენება.
მზის უჯრედები
ყველაზე მეტად ჩვენ ვიცნობთ ენერგიის მიღების ამ გზას. იგი მოიცავს სხვადასხვა ბატარეების ან მზის პანელების გამოყენებას, რომლებიც გვხვდება მრავალი თანამედროვე სახლის სახურავებზე. ეს მეთოდი უფრო რთულია, ვიდრე ადრე იყო აღწერილი, მაგრამ ბევრად უფრო პერსპექტიულია. სწორედ ის იძლევა მზის ენერგიის ელექტროენერგიად გარდაქმნას ინდუსტრიული მასშტაბით.
სპეციალური პანელები, რომლებიც შექმნილია სხივების დასაჭერად, დამზადებულია გამდიდრებული სილიკონის კრისტალებისგან. მზის შუქი, რომელიც მათზე ეცემა, ელექტრონს ორბიტას ტოვებს. მეორე დაუყოვნებლივ ცდილობს დაიკავოს თავისი ადგილი, რითაც მიიღება უწყვეტი მოძრავი ჯაჭვი, რომელიც ქმნის დენს. საჭიროების შემთხვევაში, იგი დაუყოვნებლივ გამოიყენება მოწყობილობების უზრუნველსაყოფად ან ფორმაში დაგროვილიელექტროენერგია სპეციალურ ბატარეებში.
ამ მეთოდის პოპულარობა გამართლებულია იმით, რომ ის საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ 120 ვატზე მეტი სიმძლავრის მხოლოდ ერთი კვადრატული მეტრი მზის პანელებიდან. ამავდროულად, პანელებს აქვთ შედარებით მცირე სისქე, რაც საშუალებას აძლევს მათ განთავსდეს თითქმის ყველგან.
სილიკონის პანელების ტიპები
არსებობს მზის უჯრედების რამდენიმე სახეობა. პირველი დამზადებულია ერთკრისტალური სილიკონის გამოყენებით. მათი ეფექტურობა დაახლოებით 15% -ს შეადგენს. ეს მზის პანელები ყველაზე ძვირია.
პოლიკრისტალური სილიკონისგან დამზადებული ელემენტების ეფექტურობა 11%-ს აღწევს. ისინი იაფია, რადგან მათთვის მასალა მიიღება გამარტივებული ტექნოლოგიის გამოყენებით. მესამე ტიპი ყველაზე ეკონომიურია და აქვს მინიმალური ეფექტურობა. ეს არის ამორფული სილიკონისგან დამზადებული პანელები, ანუ არაკრისტალური. დაბალი ეფექტურობის გარდა, მათ აქვთ კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ნაკლი - სისუსტე.
ზოგიერთი მწარმოებელი იყენებს მზის პანელის ორივე მხარეს ეფექტურობის გასაზრდელად - უკანა და წინა. ეს საშუალებას გაძლევთ დაიჭიროთ სინათლე დიდი მოცულობით და ზრდის მიღებულ ენერგიას 15-20%-ით.
შიდა მწარმოებლები
მზის ენერგია დედამიწაზე სულ უფრო ფართოვდება. ჩვენშიც კი ინტერესდებიან ამ დარგის შესწავლით. მიუხედავად იმისა, რომ რუსეთში ალტერნატიული ენერგიის განვითარება არც თუ ისე აქტიურია, გარკვეული წარმატება მიღწეულია. ამჟამად რამდენიმე ორგანიზაციაა დაკავებული მზის ენერგიის პანელების შექმნით - ძირითადადსხვადასხვა დარგის სამეცნიერო ინსტიტუტები და ელექტრო მოწყობილობების წარმოების ქარხნები.
- NPF "Kvark".
- OJSC კოვროვის მექანიკური ქარხანა.
- სოფლის მეურნეობის ელექტრიფიკაციის სრულიადრუსული კვლევითი ინსტიტუტი.
- NGO Engineering.
- AO VIEN.
- OJSC "ლითონ-კერამიკული მოწყობილობების რიაზანის ქარხანა".
- სს პრავდინსკის ელექტროენერგიის წყაროების საპილოტე სადგური პოზიტი.
ეს არის მხოლოდ მცირე ნაწილი იმ საწარმოებისა, რომლებიც აქტიურად არიან ჩართული რუსეთში ალტერნატიული ენერგიის განვითარებაში.
ზემოქმედება გარემოზე
ენერგეტიკული წყაროების ქვანახშირისა და ნავთობის უარყოფა დაკავშირებულია არა მხოლოდ იმით, რომ ადრე თუ გვიან ეს რესურსები ამოიწურება. ფაქტია, რომ ისინი დიდ ზიანს აყენებენ გარემოს - აბინძურებენ ნიადაგს, ჰაერს და წყალს, ხელს უწყობენ ადამიანებში დაავადებების განვითარებას და ამცირებენ იმუნიტეტს. ამიტომ ენერგიის ალტერნატიული წყაროები ეკოლოგიურად სუფთა უნდა იყოს.
სილიკონი, რომელიც გამოიყენება ფოტოელექტრული უჯრედების დასამზადებლად, თავისთავად უსაფრთხოა, რადგან ის ბუნებრივი მასალაა. მაგრამ მისი გაწმენდის შემდეგ ნარჩენები რჩება. მათ შეუძლიათ ზიანი მიაყენონ ადამიანებს და გარემოს არასწორად გამოყენების შემთხვევაში.
გარდა ამისა, მზის პანელებით მთლიანად სავსე ზონაში, ბუნებრივი განათება შეიძლება დაირღვეს. ეს გამოიწვევს არსებულ ეკოსისტემაში ცვლილებებს. მაგრამ ზოგადად, მზის ენერგიის კონვერტაციისთვის შექმნილი მოწყობილობების გარემოზე ზემოქმედება მინიმალურია.
ეკონომიკა
მზის პანელების წარმოების ყველაზე დიდი ხარჯები დაკავშირებულია ნედლეულის მაღალ ღირებულებასთან. როგორც უკვე გავარკვიეთ, სპეციალური პანელები იქმნება სილიკონის გამოყენებით. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მინერალი ბუნებაში ფართოდ არის გავრცელებული, მის მოპოვებასთან დაკავშირებული დიდი პრობლემებია. ფაქტია, რომ სილიციუმი, რომელიც დედამიწის ქერქის მასის მეოთხედზე მეტს შეადგენს, არ არის შესაფერისი მზის უჯრედების წარმოებისთვის. ამ მიზნებისათვის შესაფერისია მხოლოდ სამრეწველო მეთოდით მიღებული სუფთა მასალა. სამწუხაროდ, ქვიშისგან სუფთა სილიკონის მიღება უკიდურესად პრობლემურია.
ამ რესურსის ფასი შედარებულია ატომურ ელექტროსადგურებში გამოყენებულ ურანთან. სწორედ ამიტომ, მზის პანელების ღირებულება ამჟამად საკმაოდ მაღალ დონეზე რჩება.
თანამედროვე ტექნოლოგიები
მზის ენერგიის მოთვინიერების პირველი მცდელობები დიდი ხნის წინ გამოჩნდა. მას შემდეგ ბევრი მეცნიერი აქტიურად იყო ჩართული ყველაზე ეფექტური აღჭურვილობის ძიებაში. ეს უნდა იყოს არა მხოლოდ ეკონომიური, არამედ კომპაქტურიც. მისი ეფექტურობა მაქსიმალურად უნდა მიისწრაფოდეს.
პირველი ნაბიჯები მზის ენერგიის მიღებისა და გარდაქმნის იდეალური მოწყობილობისკენ გადადგა სილიკონის ბატარეების გამოგონებით. რა თქმა უნდა, ფასი საკმაოდ მაღალია, მაგრამ პანელები შეიძლება განთავსდეს სახლების სახურავებზე და კედლებზე, სადაც ისინი არავის შეაწუხებენ. და ასეთი ბატარეების ეფექტურობა უდაოა.
მაგრამ მზის ენერგიის პოპულარობის გაზრდის საუკეთესო გზა მისი იაფია. გერმანელმა მეცნიერებმა უკვე შესთავაზეს სილიკონის შეცვლა სინთეტიკური ბოჭკოებით, რომლებიც შეიძლება ინტეგრირებული იყოსქსოვილი ან სხვა მასალები. ასეთი მზის ბატარეის ეფექტურობა არ არის ძალიან მაღალი. მაგრამ სინთეზური ბოჭკოებით გადაკვეთილ პერანგს შეუძლია მინიმუმ ელექტროენერგია მიაწოდოს სმარტფონს ან მოთამაშეს. ნანოტექნოლოგიის მიმართულებითაც აქტიურად მიმდინარეობს მუშაობა. სავარაუდოა, რომ ისინი საშუალებას მისცემს მზეს გახდეს ენერგიის ყველაზე პოპულარული წყარო ამ საუკუნეში. ნორვეგიიდან Scates AS-ის სპეციალისტებმა უკვე განაცხადეს, რომ ნანოტექნოლოგია მზის პანელების ღირებულებას 2-ჯერ შეამცირებს.
მზის ენერგია სახლისთვის
თვითმდგრადი საცხოვრებელი სახლი ბევრის ოცნებაა: არანაირი დამოკიდებულება ცენტრალიზებულ გათბობაზე, არანაირი პრობლემა გადასახადების გადახდასთან დაკავშირებით და არანაირი ზიანი გარემოსთვის. უკვე ბევრი ქვეყანა აქტიურად აშენებს საცხოვრებელს, რომელიც მოიხმარს მხოლოდ ალტერნატიული წყაროებიდან მიღებულ ენერგიას. თვალსაჩინო მაგალითია ეგრეთ წოდებული მზის სახლი.
მშენებლობის პროცესში ის უფრო მეტ ინვესტიციას მოითხოვს, ვიდრე ტრადიციული. მაგრამ რამდენიმე წლის მუშაობის შემდეგ, ყველა ხარჯი ანაზღაურდება - გათბობის, ცხელი წყლისა და ელექტროენერგიის გადახდა არ მოგიწევთ. მზის სახლში, ყველა ეს კომუნიკაცია მიბმულია სახურავზე მოთავსებულ სპეციალურ ფოტოელექტრო პანელებზე. უფრო მეტიც, ამ გზით მიღებული ენერგორესურსები იხარჯება არა მხოლოდ მიმდინარე საჭიროებებზე, არამედ გროვდება ღამით და მოღრუბლულ ამინდში გამოსაყენებლად.
ამჟამად ასეთი სახლების მშენებლობა მიმდინარეობს არა მხოლოდ ეკვატორთან ახლოს მდებარე ქვეყნებში, სადაც მზის ენერგიის მიღება ყველაზე ადვილია. ისინი ასევე აღმართულიაკანადა, ფინეთი და შვედეთი.
დადებითი და უარყოფითი მხარეები
ტექნოლოგიის განვითარება, რომელიც მზის ენერგიის ყველგან გამოყენების საშუალებას იძლევა, შეიძლება უფრო აქტიური იყოს. მაგრამ არსებობს გარკვეული მიზეზები, რის გამოც ეს ჯერ კიდევ არ არის პრიორიტეტული. როგორც ზემოთ ვთქვით, პანელების დამზადებისას წარმოიქმნება გარემოსთვის მავნე ნივთიერებები. გარდა ამისა, მზა აღჭურვილობა შეიცავს გალიუმს, დარიშხანს, კადმიუმს და ტყვიას.
ფოტოელექტრული პანელების გადამუშავების აუცილებლობა ასევე აჩენს ბევრ კითხვას. 50 წლიანი ექსპლუატაციის შემდეგ ისინი გამოუსადეგარი გახდება და როგორმე უნდა განადგურდეს. უზარმაზარ ზიანს მიაყენებს ბუნებას? ასევე გასათვალისწინებელია, რომ მზის ენერგია არის ცვალებადი რესურსი, რომლის ეფექტურობა დამოკიდებულია დღის დროზე და ამინდზე. და ეს არის მნიშვნელოვანი ნაკლი.
მაგრამ, რა თქმა უნდა, არის პლიუსებიც. მზის ენერგიის მოპოვება შესაძლებელია დედამიწის თითქმის ნებისმიერ წერტილში, ხოლო მისი წარმოებისა და კონვერტაციის აღჭურვილობა შეიძლება იყოს საკმარისად მცირე, რომ მოთავსდეს სმარტფონის უკანა მხარეს. რაც მთავარია, ეს არის განახლებადი რესურსი, ანუ მზის ენერგიის რაოდენობა უცვლელი დარჩება კიდევ ათასი წლის განმავლობაში.
პერსპექტივები
მზის ენერგიის სფეროში ტექნოლოგიების განვითარებამ უნდა გამოიწვიოს ელემენტების შექმნის ღირებულების შემცირება. უკვე ჩნდება შუშის პანელები, რომლებიც შეიძლება დამონტაჟდეს ფანჯრებზე. ნანოტექნოლოგიის განვითარებამ შესაძლებელი გახადა ისეთი საღებავის გამოგონება, რომელიც შეისხურება მზის პანელებზე და შეუძლია შეცვალოს სილიკონის ფენა.თუ მზის ენერგიის ღირებულება მართლაც რამდენჯერმე შემცირდება, მისი პოპულარობაც მრავალჯერ გაიზრდება.
პატარა პანელების შექმნა ინდივიდუალური გამოყენებისთვის საშუალებას მისცემს ადამიანებს გამოიყენონ მზის ენერგია ნებისმიერ გარემოში - სახლში, მანქანაში ან თუნდაც ქალაქგარეთ. მათი განაწილების წყალობით, ცენტრალიზებულ ელექტრო ქსელზე დატვირთვა შემცირდება, რადგან ადამიანები თავად შეძლებენ მცირე ელექტრონიკის დამუხტვას.
Shell-ის ექსპერტები თვლიან, რომ 2040 წლისთვის მსოფლიო ენერგიის დაახლოებით ნახევარი გამოიმუშავებს განახლებადი რესურსებიდან. უკვე გერმანიაში, მზის ენერგიის მოხმარება აქტიურად იზრდება და ბატარეის სიმძლავრე 35 გიგავატზე მეტია. იაპონია ასევე აქტიურად ავითარებს ამ ინდუსტრიას. ეს ორი ქვეყანა ლიდერობს მსოფლიოში მზის ენერგიის მოხმარებაში. შეერთებული შტატები, სავარაუდოდ, მათ მალე შეუერთდება.
სხვა ალტერნატიული ენერგიის წყაროები
მეცნიერები არ წყვეტენ თავსატეხებს იმაზე, თუ რა შეიძლება გამოიყენონ ელექტროენერგიის ან სითბოს გამომუშავებისთვის. აქ მოცემულია ენერგიის ყველაზე პერსპექტიული ალტერნატიული წყაროების მაგალითები.
ქარის წისქვილები ახლა შეგიძლიათ ნახოთ თითქმის ნებისმიერ ქვეყანაში. რუსეთის მრავალი ქალაქის ქუჩებშიც კი დამონტაჟებულია ფარნები, რომლებიც ელექტროენერგიით უზრუნველყოფენ ქარის ენერგიას. რა თქმა უნდა, მათი ღირებულება საშუალოზე მაღალია, მაგრამ დროთა განმავლობაში ისინი აინაზღაურებენ ამ განსხვავებას.
საკმაოდ დიდი ხნის წინ გამოიგონეს ტექნოლოგია, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ენერგიის გამოყენებითწყლის ტემპერატურის განსხვავება ოკეანის ზედაპირზე და სიღრმეში. ჩინეთი აქტიურად აპირებს ამ მიმართულების განვითარებას. უახლოეს წლებში, შუა სამეფოს სანაპიროებთან, აპირებენ ამ ტექნოლოგიით მოქმედი უდიდესი ელექტროსადგურის აშენებას. ზღვის გამოყენების სხვა გზებიც არსებობს. მაგალითად, ავსტრალიაში გეგმავენ შექმნან ელექტროსადგური, რომელიც გამოიმუშავებს ენერგიას დენების ძალისგან.
ელექტროენერგიის ან სითბოს გამომუშავების მრავალი სხვა გზა არსებობს. მაგრამ მრავალი სხვა ვარიანტის ფონზე, მზის ენერგია მართლაც პერსპექტიული მიმართულებაა მეცნიერების განვითარებაში.
