Katika miaka ya hivi majuzi, wanasayansi wamevutiwa sana na vyanzo mbadala vya nishati. Mafuta na gesi yataisha mapema au baadaye, kwa hiyo tunapaswa kufikiria jinsi tutakavyoishi katika hali hii sasa. Upepo wa upepo hutumiwa kikamilifu huko Uropa, mtu anajaribu kutoa nishati kutoka kwa bahari, na tutazungumza juu ya nishati ya jua. Baada ya yote, nyota ambayo tunaona karibu kila siku angani inaweza kutusaidia kuokoa rasilimali zisizoweza kurejeshwa na kuboresha mazingira. Thamani ya jua kwa Dunia ni ngumu kukadiria - inatoa joto, mwanga na inaruhusu maisha yote kwenye sayari kufanya kazi. Kwa hivyo kwa nini usitafute matumizi mengine?
Historia kidogo
Katikati ya karne ya 19, mwanafizikia Alexander Edmond Becquerel aligundua athari ya photovoltaic. Na mwisho wa karne, Charles Fritts aliunda kifaa cha kwanza chenye uwezo wa kubadilisha nishati ya jua kuwa umeme. Kwa hili, seleniamu iliyotiwa na safu nyembamba ya dhahabu ilitumiwa. Athari ilikuwa dhaifu, lakini uvumbuzi huu mara nyingi huhusishwa na mwanzo wa zama za nishati ya jua. Baadhi ya wasomi hawakubaliani na uundaji huu. Wanamwita mwanzilishi wa enzi ya nishati ya jua mwanasayansi maarufu duniani Albert Einstein. Mnamo 1921mwaka alipokea Tuzo ya Nobel kwa kueleza sheria za athari ya nje ya umeme.
Inaonekana kuwa nishati ya jua ni njia nzuri ya maendeleo. Lakini kuna vikwazo vingi vya kuingia katika kila nyumba - hasa kiuchumi na kimazingira. Ni nini kinachojumuisha gharama ya paneli za jua, ni madhara gani zinaweza kufanya kwa mazingira na ni njia gani zingine za kuzalisha nishati, tutajua hapa chini.
Njia za kuweka akiba
Kazi ya dharura zaidi inayohusishwa na kudhibiti nishati ya jua sio tu upokeaji wake, lakini pia mkusanyiko wake. Na hilo ndilo jambo gumu zaidi. Hivi sasa, wanasayansi wameunda njia 3 pekee za kudhibiti kikamilifu nishati ya jua.
Ya kwanza inategemea matumizi ya kioo cha mfano na ni kama kucheza na kioo cha kukuza, ambacho kinajulikana na kila mtu tangu utotoni. Nuru hupita kupitia lensi, ikikusanyika kwa wakati mmoja. Ikiwa utaweka kipande cha karatasi mahali hapa, itawaka, kwa sababu joto la mionzi ya jua iliyovuka ni ya juu sana. Kioo cha mfano ni diski ya concave inayofanana na bakuli la kina. Kioo hiki, tofauti na kioo cha kukuza, haipitishi, lakini huonyesha mwanga wa jua, kukusanya kwa wakati mmoja, ambayo kwa kawaida huelekezwa kwenye bomba nyeusi na maji. Rangi hii hutumiwa kwa sababu inachukua vizuri mwanga. Maji kwenye bomba hupashwa joto na mwanga wa jua na yanaweza kutumika kuzalisha umeme au kupasha joto nyumba ndogo.
Hita Bapa
Njia hii hutumiamfumo tofauti kabisa. Mpokeaji wa nishati ya jua anaonekana kama muundo wa safu nyingi. Kanuni ya uendeshaji wake inaonekana hivi.
Ikipita kwenye glasi, miale hugonga chuma kilichotiwa giza, ambacho, kama unavyojua, hunyonya mwanga vizuri zaidi. Mionzi ya jua hugeuka kuwa nishati ya joto na hupasha maji, ambayo ni chini ya sahani ya chuma. Zaidi ya hayo, kila kitu hufanyika kama katika njia ya kwanza. Maji ya moto yanaweza kutumika kwa ajili ya kupokanzwa nafasi au kwa ajili ya kuzalisha nishati ya umeme. Kweli, ufanisi wa njia hii si wa juu vya kutosha kutumika kila mahali.
Kama sheria, nishati ya jua inayopatikana kwa njia hii ni joto. Ili kuzalisha umeme, njia ya tatu hutumiwa mara nyingi zaidi.
Seli za jua
Zaidi ya yote tunaifahamu njia hii ya kupata nishati. Inahusisha matumizi ya betri mbalimbali au paneli za jua, ambazo zinaweza kupatikana kwenye paa za nyumba nyingi za kisasa. Njia hii ni ngumu zaidi kuliko ilivyoelezwa hapo awali, lakini inaahidi zaidi. Ni yeye anayewezesha kubadilisha nishati ya jua kuwa umeme kwa kiwango cha viwanda.
Vidirisha maalum vilivyoundwa ili kunasa miale hutengenezwa kwa fuwele za silikoni zilizoboreshwa. Mwangaza wa jua, ukianguka juu yao, hugonga elektroni kutoka kwa obiti. Mwingine mara moja hujitahidi kuchukua nafasi yake, hivyo mlolongo unaoendelea wa kusonga unapatikana, ambao huunda sasa. Ikiwa ni lazima, mara moja hutumiwa kutoa vifaa au kusanyiko katika fomuumeme katika betri maalum.
Umaarufu wa njia hii unathibitishwa na ukweli kwamba hukuruhusu kupata zaidi ya wati 120 kutoka kwa mita moja ya mraba ya paneli za jua. Wakati huo huo, paneli zina unene mdogo, ambayo huruhusu kuwekwa karibu popote.
Aina za paneli za silicon
Kuna aina kadhaa za seli za jua. Ya kwanza hufanywa kwa kutumia silicon moja ya kioo. Ufanisi wao ni karibu 15%. Paneli hizi za sola ndizo ghali zaidi.
Ufanisi wa vipengele vilivyotengenezwa kwa silikoni ya polycrystalline hufikia 11%. Wana gharama kidogo, kwani nyenzo kwao hupatikana kwa kutumia teknolojia iliyorahisishwa. Aina ya tatu ni ya kiuchumi zaidi na ina ufanisi mdogo. Hizi ni paneli zilizofanywa kwa silicon ya amorphous, yaani, isiyo ya fuwele. Kando na ufanisi mdogo, wana dosari nyingine muhimu - udhaifu.
Baadhi ya watengenezaji hutumia pande zote mbili za paneli ya jua ili kuongeza ufanisi - nyuma na mbele. Hii hukuruhusu kunasa mwangaza kwa wingi na kuongeza kiwango cha nishati inayopokelewa kwa 15-20%.
Watayarishaji wa ndani
Nishati ya jua Duniani inazidi kuenea. Hata katika nchi yetu, wana nia ya kusoma tasnia hii. Licha ya ukweli kwamba maendeleo ya nishati mbadala haifanyi kazi sana nchini Urusi, mafanikio fulani yamepatikana. Hivi sasa, mashirika kadhaa yanahusika katika uundaji wa paneli za nishati ya jua - haswataasisi za kisayansi za nyanja mbalimbali na viwanda vya uzalishaji wa vifaa vya umeme.
- NPF "Kvark".
- OJSC Kovrov Mitambo Mitambo.
- Taasisi Yote ya Utafiti ya Umeme ya Kilimo ya Urusi.
- Uhandisi wa NGO.
- AO VIEN.
- OJSC "Mtambo wa Ryazan wa vifaa vya chuma-kauri".
- JSC Pravdinsky Majaribio ya Majaribio ya Vyanzo vya Nishati Pozit.
Hii ni sehemu ndogo tu ya makampuni yanayohusika kikamilifu katika uundaji wa nishati mbadala nchini Urusi.
Athari kwa mazingira
Kukataliwa kwa vyanzo vya nishati ya makaa ya mawe na mafuta kumeunganishwa sio tu na ukweli kwamba rasilimali hizi zitaisha hivi karibuni au baadaye. Ukweli ni kwamba wao hudhuru sana mazingira - huchafua udongo, hewa na maji, huchangia maendeleo ya magonjwa kwa watu na kupunguza kinga. Ndiyo maana vyanzo mbadala vya nishati lazima viwe rafiki kwa mazingira.
Silicon, ambayo hutumiwa kutengeneza seli za voltaic, yenyewe ni salama kwa kuwa ni nyenzo asili. Lakini baada ya kusafisha, taka inabaki. Ni zile zinazoweza kudhuru binadamu na mazingira zikitumiwa isivyofaa.
Aidha, katika eneo lililojazwa kabisa na paneli za jua, mwanga wa asili unaweza kukatizwa. Hii itasababisha mabadiliko katika mfumo ikolojia uliopo. Lakini kwa ujumla, athari ya mazingira ya vifaa vilivyoundwa ili kubadilisha nishati ya jua ni ndogo.
Uchumi
Gharama kubwa zaidi za utengenezaji wa paneli za jua zinahusishwa na gharama kubwa ya malighafi. Kama tulivyogundua tayari, paneli maalum huundwa kwa kutumia silicon. Licha ya ukweli kwamba madini haya yanasambazwa sana katika asili, kuna matatizo makubwa yanayohusiana na uchimbaji wake. Ukweli ni kwamba silicon, ambayo hufanya zaidi ya robo ya wingi wa ukoko wa dunia, haifai kwa ajili ya uzalishaji wa seli za jua. Kwa madhumuni haya, nyenzo safi tu zilizopatikana kwa njia ya viwanda zinafaa. Kwa bahati mbaya, kupata silicon safi zaidi kutoka kwa mchanga ni shida sana.
Bei ya rasilimali hii inalinganishwa na urani inayotumika katika vinu vya nyuklia. Ndiyo maana gharama ya paneli za sola kwa sasa inasalia katika kiwango cha juu kabisa.
Teknolojia za kisasa
Majaribio ya kwanza ya kudhibiti nishati ya jua yalionekana muda mrefu uliopita. Tangu wakati huo, wanasayansi wengi wamekuwa wakishiriki kikamilifu katika kutafuta vifaa vya ufanisi zaidi. Haipaswi kuwa tu ya gharama nafuu, lakini pia ni compact. Ufanisi wake unapaswa kujitahidi kufikia kiwango cha juu zaidi.
Hatua za kwanza kuelekea kifaa bora cha kupokea na kubadilisha nishati ya jua ziliundwa kwa uvumbuzi wa betri za silicon. Bila shaka, bei ni ya juu kabisa, lakini paneli zinaweza kuwekwa kwenye paa na kuta za nyumba, ambapo hazitasumbua mtu yeyote. Na ufanisi wa betri kama hizo hauwezi kupingwa.
Lakini njia bora ya kuongeza umaarufu wa nishati ya jua ni kuifanya iwe nafuu. Wanasayansi wa Ujerumani tayari wamependekeza kubadilisha silicon na nyuzi za syntetisk ambazo zinaweza kuunganishwa ndanikitambaa au vifaa vingine. Ufanisi wa betri hiyo ya jua sio juu sana. Lakini shati iliyoingiliwa na nyuzi za synthetic inaweza angalau kutoa umeme kwa smartphone au mchezaji. Kazi pia inafanywa kikamilifu katika uwanja wa nanoteknolojia. Kuna uwezekano kwamba wataruhusu jua kuwa chanzo maarufu zaidi cha nishati karne hii. Wataalamu wa Scates AS kutoka Norway tayari wamesema kuwa nanoteknolojia itapunguza gharama ya paneli za jua kwa mara 2.
Nishati ya jua kwa nyumba
Nyumba za kujikimu ni ndoto ya watu wengi: hakuna utegemezi wa joto kati, hakuna matatizo na kulipa bili, na hakuna madhara kwa mazingira. Tayari, nchi nyingi zinajenga kikamilifu makazi ambayo hutumia nishati inayopatikana tu kutoka kwa vyanzo mbadala. Mfano wa kushangaza ni ile inayoitwa nyumba ya jua.
Wakati wa mchakato wa ujenzi, itahitaji uwekezaji zaidi kuliko ule wa kawaida. Lakini baada ya miaka kadhaa ya operesheni, gharama zote zitalipa - hutahitaji kulipa inapokanzwa, maji ya moto na umeme. Katika nyumba ya jua, mawasiliano haya yote yanaunganishwa na paneli maalum za photovoltaic zilizowekwa kwenye paa. Zaidi ya hayo, rasilimali za nishati zinazopatikana kwa njia hii hazitumiwi tu kwa mahitaji ya sasa, bali pia hukusanywa kwa matumizi usiku na katika hali ya hewa ya mawingu.
Kwa sasa, ujenzi wa nyumba kama hizo unafanywa sio tu katika nchi zilizo karibu na ikweta, ambapo ni rahisi kupata nishati ya jua. Pia zimewekwa ndaniKanada, Ufini na Uswidi.
Faida na hasara
Uendelezaji wa teknolojia zinazoruhusu matumizi ya nishati ya jua kila mahali unaweza kuwa amilifu zaidi. Lakini kuna sababu fulani kwa nini hii bado sio kipaumbele. Kama tulivyosema hapo juu, wakati wa utengenezaji wa paneli, vitu vyenye madhara kwa mazingira hutolewa. Aidha, vifaa vilivyomalizika vina gallium, arseniki, cadmium na risasi.
Haja ya kuchakata paneli za voltaic pia huzua maswali mengi. Baada ya miaka 50 ya operesheni, hazitatumika na italazimika kuharibiwa kwa njia fulani. Je, itasababisha madhara makubwa kwa asili? Inafaa pia kuzingatia kuwa nishati ya jua ni rasilimali isiyobadilika, ambayo ufanisi wake inategemea wakati wa siku na hali ya hewa. Na hili ni tatizo kubwa.
Lakini, bila shaka, kuna pluses. Nishati ya jua inaweza kuchimbwa karibu popote Duniani, na vifaa vya kuitengeneza na kuibadilisha inaweza kuwa ndogo kutosha kutoshea nyuma ya simu mahiri. Muhimu zaidi, ni rasilimali inayoweza kurejeshwa, yaani, kiasi cha nishati ya jua kitabaki bila kubadilika kwa angalau miaka elfu nyingine.
Matarajio
Maendeleo ya teknolojia katika nyanja ya nishati ya jua inapaswa kupunguza gharama ya kuunda vipengele. Paneli za glasi tayari zinaonekana ambazo zinaweza kusakinishwa kwenye madirisha. Ukuzaji wa nanoteknolojia umefanya iwezekane kuvumbua rangi ambayo itanyunyiziwa kwenye paneli za jua na inaweza kuchukua nafasi ya safu ya silicon. Ikiwa gharama ya nishati ya jua itashuka mara kadhaa, umaarufu wake pia utaongezeka mara nyingi zaidi.
Kuunda paneli ndogo kwa matumizi ya kibinafsi kutaruhusu watu kutumia nishati ya jua katika mazingira yoyote - nyumbani, kwenye gari au hata nje ya jiji. Shukrani kwa usambazaji wao, mzigo kwenye gridi ya umeme ya kati utapungua, kwa kuwa watu wataweza kutoza vifaa vya elektroniki vidogo wenyewe.
Wataalamu wa Shell wanaamini kuwa kufikia 2040 takriban nusu ya nishati duniani itazalishwa kutoka kwa rasilimali zinazoweza kutumika tena. Tayari sasa nchini Ujerumani, matumizi ya nishati ya jua yanakua kikamilifu, na nguvu ya betri ni zaidi ya Gigawati 35. Japani pia inaendeleza tasnia hii kikamilifu. Nchi hizi mbili ndizo zinazoongoza katika matumizi ya nishati ya jua duniani. Huenda Marekani ikajiunga nao hivi karibuni.
Vyanzo vingine mbadala vya nishati
Wanasayansi hawaachi kutatanisha kuhusu nini kingine kinaweza kutumika kuzalisha umeme au joto. Hii hapa ni mifano ya vyanzo vya nishati mbadala vinavyoahidi zaidi.
Vinu vya upepo sasa vinaweza kupatikana katika takriban nchi yoyote. Hata katika mitaa ya miji mingi ya Kirusi, taa za taa zimewekwa ambazo zinajitolea kwa umeme kutoka kwa nishati ya upepo. Hakika gharama yao ni kubwa kuliko wastani, lakini baada ya muda watafidia tofauti hii.
Muda mrefu uliopita, teknolojia ilivumbuliwa inayokuruhusu kupata nishati kwa kutumiatofauti ya joto la maji kwenye uso wa bahari na kwa kina. China itaendeleza mwelekeo huu kikamilifu. Katika miaka ijayo, karibu na pwani ya Ufalme wa Kati, watajenga kiwanda kikubwa zaidi cha nguvu kinachofanya kazi kwenye teknolojia hii. Kuna njia zingine za kutumia bahari. Kwa mfano, huko Australia wanapanga kuunda mtambo wa kuzalisha nishati kutoka kwa nguvu ya mkondo.
Kuna njia nyingine nyingi za kuzalisha umeme au joto. Lakini dhidi ya usuli wa chaguzi zingine nyingi, nishati ya jua kwa kweli ni mwelekeo mzuri katika maendeleo ya sayansi.
