Fremtidens energi, i dag Hvordan fungerer solpaneler og heliostater?

Fornybare ressurser. Det er et problem som vi møter hver dag om vi innser det eller ikke. Med hver eneste pumpe av et gasshåndtak, med hvert trykk på bilens akselerator, med alle pluggene til våre smartphone-ladere, bruker vi drivstoff. Og en dag, det brennstoffet kommer til å løpe ut. Så hvorfor bruker vi ikke den ene energikilden som ikke vil løpe ut - solen?

Solen er en fantastisk entitet. Det gir verden nok energi til å drive hele sivilisasjonen. Det eneste problemet er hvordan vi fanger og utnytter den energien? Hvor god er en gjeng med fri energi hvis vi ikke kan konvertere den til et nyttig medium? Der ligger problemet, og det er mye vanskeligere å løse enn du kanskje tror.

“Vent litt” du sier, “Vi har hatt kommersiell solenergi siden 1980-tallet!” Og du ville være rett i å si det. Problemet er imidlertid ikke inne hvordan å konvertere solens energi til elektrisitet. Vi vet allerede hvordan du gjør det - bare ikke på et nivå som kan bli massekrevd. For å forstå grensen for solenergi, må vi vite hvordan solcellepaneler fungerer.

Så bli med meg når jeg graver inn i solenergiets indre virkninger. La oss ta en nærmere titt på prosessen involvert i å transformere sollys til en levedyktig drivstoffkilde.

Solenergi begynner, som du forventer, med solen. Den gigantiske bollen av ild som henger på himmelen er den perfekte energikilden. I motsetning til kull, tetter solen ikke opp atmosfæren vår med karbondioksid. Det er lett tilgjengelig, slik at vi ikke trenger å drille rundt om i verden. Arbeide med solenergi presenterer ingen trussel mot mennesker (unntatt kanskje for sporadisk solbrenthet).

Og mest av alt er solenergi gratis. Bortsett fra å bygge de faktiske reseptorene og vedlikeholde utstyret, har solenergi ingen kostnad forbundet med den.

Så hvordan fungerer det hele?

Energi er rundt oss i ulike former. Lys er energi. Varme er energi. Bevegelse er energi. Stillhet er (potensiell) energi. Solen gir av en massiv mengde lys, og målet vårt er å konvertere den lysenergien til noe vi kan bruke, nemlig elektrisk energi.

I de fleste tilfeller, når lys rammer et objekt, blir det omgjort til varmeenergi. Tenk tilbake til ditt siste strandbesøk. Når du satt ute i solen, vokste huden din varm. Det er et enkelt faktum av livet som vi alle har opplevd. Men det finnes visse materialer som konverterer lys til andre energier enn varme. Silisium er et av disse materialene.

Når lyset treffer silisium, sprer det seg ikke som varme. I stedet hopper elektronene i silisiummolekylet rundt, og produserer en elektrisk strøm. For å kunne bruke silisium på denne måten trenger du imidlertid store silisiumkrystaller som er store nok til å produsere merkbare mengder elektrisitet.

Eldre versjoner av solteknologi brukte silisiumkrystaller. Som det viste seg, var denne metoden for sollyskonvertering ikke veldig gjennomførbar fordi store silisiumkrystaller er vanskelige å vokse. Når noe er vanskelig, er prisen på den fortsatt høy. Hvis prisen forblir høy, blir utbredt bruk usannsynlig.

I dag bruker solteknologi et annet materiale. Dette nye materialet består av kobber, indium, gallium og selen og er passende kalt kobber-indium-gallium-selenid eller CIGS. Til forskjell fra silisium er krystallene laget av CIGS mindre og billigere, men de er mye mer ineffektive enn silisium ved å konvertere sollys.

Og det er der vi er i dag. Solenergi står for svært lite av verdens energiproduksjon, og det vil forbli slik før forskerne enten finner et nytt materiale som virker så vel som silisium eller oppdager en metode for billig produksjon av store silikonkrystaller.

Som ineffektivt som solcellepaneler er akkurat nå, er det noen få metoder som brukes til å forbedre opptak og lagring av solenergi. En måte er å bruke et batteri som lagrer energien, slik at det forbrukes når det ikke er sol om natten og i overskyet dager. En annen måte er å bruke en heliostat.

Hva er en heliostat? Du kan tenke på det som et stort speil (eller mange speil) festet til en roterende pol eller plattform (eller mange poler og plattformer). I motsetning til solpaneler absorberer heliostater ikke direkte solen; i stedet bruker de speil for å omdirigere solens lys og sikte mot stasjonære solpaneler for absorpsjon.

Heliostater styres for det meste av datamaskiner. Disse datamatene blir matet visse deler av dataene (heliostatens plassering, solpanelets plassering, tid og dato) og dataene knuses til datamaskinen kan beregne solens posisjon i himmelen. Når det er gjort, justerer datamaskinen spegelens vinkel slik at solens lys kommer til å hoppe av det og treffer målet solpanel.

Den største fordelen med heliostat er at en rekke av dem kan ordnes for å være rettet mot en enkelt sol-reseptor. Mens normalt et solpanel kanskje bare mottar noe dekning av sollys, kan et arrangement av heliostater drastisk forsterke mengden lys som omdannes.

Men selv med heliostater har solenergi fortsatt en lang vei å gå før den kan brukes i stor skala. Hvis det ikke var for problemet med konvertering den faktiske sollys, solenergi ville være den mest fornybare, rimeligste og mest sunne for miljøet drivstoff for vår sivilisasjon. Det vil si, til solen eksploderer.

Bilde Kreditt: Solar Panel Illustrasjon Via Shutterstock, Solar Panel Photo Via Shutterstock

Utforsk mer om: Energibesparelse.