Lai gan mēs saistām ideju par saules enerģijas uztveršanu un izmantošanu ar saules paneļiem, cilvēce ir izmantojusi šo enerģijas avotu kopš pirms tūkstošiem gadu apgaismot, sildīt savas mājas, iegūt karstu ūdeni un gatavot. Arī vējš ir izmantots gadsimtiem ilgi, attīstoties no vējdzirnavām, kuras Servantess attēloja Dona Kihotā, līdz mūsdienu vēja turbīnām.
Tehnoloģiju attīstība ir ļāvusi iegūt enerģiju no saules, vēja un citiem avotiem arvien efektīvāka un vieglāk lietojama. Tomēr vēl ir daudz darāmā, pirms mēs varam pilnībā atteikties no fosilā kurināmā un paļauties tikai uz to alternatīvās enerģijas. Visā pasaulē pētnieku un inženieru grupas strādā, lai uzlabotu atjaunojamās enerģijas efektivitāti. Tālāk mēs izpētīsim dažas no daudzsološākajām tehnoloģijām.
1. Perovskīti: saules enerģijas nākotne
Tradicionālās saules baterijas ir izgatavotas no silīcija, materiāla, kam ir vairāki ierobežojumi: tas ir stingrs, smags, un to efektivitāti ir grūti uzlabot. Šajā kontekstā, perovskīti ir parādījušies kā daudzsološa alternatīva. Šiem materiāliem, kas sastāv no organiskām un neorganiskām molekulām, ir kristāliska struktūra, kas ļauj sasniegt augstāku efektivitāti un samazināt ražošanas izmaksas.
Perovskītus ir viegli ražot, un tos var uzklāt veidā plānās plēves, ļaujot saules baterijām būt vieglākām un elastīgākām. Tas paver iespēju tos integrēt dažādās virsmās, piemēram, jumtos vai transportlīdzekļos.
Tomēr perovskīti rada arī izaicinājumus. To izturība ir atklāts jautājums, jo tie mēdz ātri degradēties kad tiek pakļauti vides apstākļiem. Neskatoties uz šīm problēmām, šīs tehnoloģijas pētījumi strauji virzās uz priekšu, un ir sagaidāms, ka nākamajos gados perovskīta šūnas kļūs par komerciāli dzīvotspējīgu iespēju.
2. Fotoelementu tinte: radikāli maina saules paneļu ražošanu
Viens no galvenajiem sasniegumiem perovskīta šūnu ražošanas uzlabošanā ir fotoelementu tinte. Šī jaunā metode ļauj ātrāk un lētāk nogulsnēt perovskītus, kas atvieglotu saules paneļu masveida ražošanu.
Šīs inovācijas atslēga ir maisījums, kas veido kristālus zemākā temperatūrā. Izmantojot a negatīvs šķīdinātājs, zinātnieki ir panākuši kristālu veidošanos ātrāk un vienmērīgāk, kas ļautu ražot saules paneļus augstas veiktspējas ražošanas līnijās.
Sākotnējie testi liecina, ka šie paneļi varētu sasniegt aptuveni 20% efektivitāti, un ir sagaidāms, ka turpmākie pētījumi atrisinās stabilitātes un izturības problēmas.
3. Vēja turbīnas ar dubultu rotoru: lielāka efektivitāte enerģijas ražošanā
Vēja enerģijas jomā viena no perspektīvākajām inovācijām ir dubultrotoru vēja turbīnas. Šī tehnoloģija, ko izstrādājuši Aiovas Enerģētikas centra inženieri, cenšas uzlabot vēja turbīnu efektivitāti, pievienojot otru, mazāku lāpstiņu komplektu.
Tradicionālo turbīnu problēma ir tā, ka torņa pamatne un lāpstiņas rada vēja pretestību, kas samazina enerģijas daudzumu, ko var iegūt no vēja. Pievienojot otru rotoru, daļu no šīs zaudētās enerģijas var atgūt, kas palielina enerģijas ražošanu līdz pat 18% saskaņā ar pētījumiem.
Tagad uzdevums ir optimizēt konstrukciju, lai noteiktu labāko otrā rotora atrašanās vietu un to, vai tam jāgriežas tajā pašā virzienā kā galvenais vai pretējā virzienā. Vēja tuneļa simulācijas un reālās pasaules testēšana ir iepriecinoša.
4. Peldošie saules paneļi: risinājums vietas trūkumam
Ūdenstilpju izmantošana saules paneļu uzstādīšanai ir plaukstoša tehnoloģija. Kopš 2011. gada franču kompānija Ciel&Tierre izstrādā t.s peldošie saules paneļi, kas var atrasties ezeros, ūdenskrātuvēs un citās ūdenstilpēs.
Šīs sistēmas ne tikai izmanto citādi neizmantotās telpas priekšrocības, bet arī uzlabot paneļu efektivitāti novēršot to pārkaršanu, jo ūdens darbojas kā dabisks dzesēšanas šķidrums. Saskaņā ar pētījumiem peldošie saules paneļi var radīt līdz pat 20% vairāk enerģijas nekā tie, kas uzstādīti uz sauszemes.
Tādās valstīs kā Japāna un Ķīna ir uzstādītas liela mēroga peldošās saules iekārtas. Piemēram, Ķīnā atrodas pasaulē lielākais peldošais saules enerģijas parks, kas spēj nodrošināt elektrību vairāk nekā 15.000 XNUMX māju.
Papildus enerģijas ieguvumiem šīs sistēmas samazina ūdens iztvaikošanu un palīdz novērst aļģu augšanu, padarot tās par divtik ilgtspējīgu risinājumu.
5. Saules jumta dakstiņi: atjaunojamā enerģija katrā mājā
Vēl viens interesants sasniegums saules enerģijas izmantošanā ir saules flīzes. Šīs fotoelektriskās flīzes ir izstrādātas kā estētiska un funkcionāla alternatīva parastajiem saules paneļiem. Atšķirībā no tradicionālajiem paneļiem, saules dakstiņi ir integrēti tieši jumtā un pilda divkāršu funkciju: aizsargā māju pret nelabvēlīgiem laikapstākļiem un elektroenerģijas ražošana.
Šīs flīzes parasti ir izgatavotas no keramikas, un tajās ir saules baterijas, kas absorbē saules gaismu un pārvērš to enerģijā. Sistēma tiek savienota ar invertoru, kas flīžu radīto līdzstrāvu pārvērš maiņstrāvā mājas lietošanai.
Šīs flīzes ir īpaši populāras dzīvojamās vidēs, kur mērķis ir saglabāt arhitektūras kompleksa estētiku, un tām ir potenciāls kļūt par standarta elementu nākotnes konstrukcijās.
Palielinoties efektivitātei un zemākām uzstādīšanas izmaksām, saules šindeļi kļūst arvien populārāki un turpmākajos gados varētu būt dzīvotspējīgs risinājums daudziem cilvēkiem.
Pateicoties jaunu materiālu un tehnoloģiju kombinācijai, atjaunojamā enerģija strauji attīstās. Lai gan joprojām pastāv izaicinājumi gan efektivitātes, gan izmaksu ziņā, arvien vairāk projektu parāda, ka enerģijas nākotne ir tīros un ilgtspējīgos avotos. Katrs no šajā rakstā apspriestajiem sasniegumiem, sākot no perovskītiem līdz peldošajiem saules paneļiem, tuvina mūs pasaulei, kurā atjaunojamā enerģija ir norma.