Advertentie
Hernieuwbare bronnen. Het is een probleem waarmee we elke dag worden geconfronteerd, of we het ons nu realiseren of niet. Met elke pomp van een gasgreep, met elke druk op het gaspedaal van een auto, met elke stekker van onze smartphoneladers, verbruiken we brandstof. En op een dag zal die brandstof opraken. Dus waarom gebruiken we niet de enige energiebron die niet opraakt: de zon?
De zon is een prachtig geheel. Het voorziet de wereld van voldoende energie om de hele beschaving van stroom te voorzien. Het enige probleem is hoe we die energie vastleggen en gebruiken? Wat heb je aan een hoop gratis energie als we het niet kunnen omzetten in een nuttig medium? Daarin schuilt het probleem, en het is veel moeilijker op te lossen dan je zou denken.
“Wacht even" jij zegt, "we hebben commerciële zonnestroom sinds de jaren 80!'En je zou gelijk hebben als je dat zegt. Het probleem zit er echter niet in hoe om de energie van de zon om te zetten in elektriciteit. We weten al hoe we dat moeten doen - alleen niet op een niveau dat massaal kan worden geconsumeerd. Om de grenzen van zonne-energie te begrijpen, moeten we weten hoe zonnepanelen werken.
Dus sluit je bij me aan terwijl ik me verdiep in de innerlijke werking van zonne-energie. Laten we het proces van het transformeren van zonlicht in een levensvatbare brandstofbron eens nader bekijken.
Zonne-energie begint, zoals je zou verwachten, met de zon. Die gigantische vuurbal die in de lucht hangt, is de perfecte energiebron. In tegenstelling tot steenkool verstopt de zon onze atmosfeer niet met koolstofdioxide. Het is gemakkelijk toegankelijk, dus we hoeven niet over de hele wereld te boren. Werken met zonne-energie vormt geen bedreiging voor mensen (behalve misschien voor af en toe zonnebrand).
En bovenal is zonne-energie gratis. Afgezien van het bouwen van de eigenlijke receptoren en het onderhouden van de apparatuur, heeft zonne-energie geen kosten.
Dus hoe werkt het allemaal?
Energie is overal om ons heen in verschillende vormen. Licht is energie. Warmte is energie. Beweging is energie. Stilte is (potentiële) energie. De zon geeft enorm veel licht af en ons doel is om die lichtenergie om te zetten in iets dat we kunnen gebruiken, namelijk elektrische energie.
Wanneer licht een object raakt, wordt het in de meeste gevallen omgezet in warmte-energie. Denk terug aan je laatste strandbezoek. Terwijl je in de zon zat, werd je huid heet. Het is een eenvoudig feit in het leven dat we allemaal hebben meegemaakt. Maar er zijn bepaalde materialen die licht omzetten in andere energieën dan warmte. Silicium is een van die materialen.
Wanneer licht silicium raakt, verdwijnt het niet als warmte. In plaats daarvan springen de elektronen in het siliciummolecuul rond en produceren ze een elektrische stroom. Om silicium op deze manier te gebruiken, heb je echter grote siliciumkristallen nodig die groot genoeg zijn om merkbare hoeveelheden elektriciteit te produceren.
Oudere versies van zonnetechnologie gebruikten siliciumkristallen. Het bleek dat deze methode van conversie van zonnelicht niet erg haalbaar was omdat grote siliciumkristallen moeilijk te kweken zijn. Als iets moeilijk is, blijft de prijs hoog. Als de prijs hoog blijft, wordt wijdverbreid gebruik onwaarschijnlijk.
Tegenwoordig gebruikt zonnetechnologie een ander materiaal. Dit nieuwe materiaal is samengesteld uit koper, indium, gallium en selenium en wordt toepasselijk koper-indium-gallium-selenide of CIGS genoemd. In tegenstelling tot silicium zijn de kristallen gemaakt van CIGS kleiner en goedkoper, maar ze zijn veel inefficiënter dan silicium bij het omzetten van zonnelicht.
En dat is waar we vandaag zijn. Zonne-energie is verantwoordelijk voor heel weinig van de energieproductie van de wereld, en dat zal zo blijven tot wetenschappers zoek een nieuw materiaal dat even goed werkt als silicium of ontdek een methode om goedkoop groot silicium te produceren Kristallen.
Zo inefficiënt als zonnepanelen nu zijn, zijn er een paar methoden die worden gebruikt om de opvang en opslag van zonnestroom te verbeteren. Een manier is om een batterij te gebruiken die de energie opslaat, waardoor het kan worden verbruikt wanneer er 's nachts geen zon is en tijdens bewolkte dagen. Een andere manier is om een heliostaat te gebruiken.
Wat is een heliostaat? Je kunt het zien als een grote spiegel (of veel spiegels) die aan een roterende paal of platform (of veel palen en platforms) is bevestigd. In tegenstelling tot zonnepanelen absorberen heliostaten de zon niet direct; in plaats daarvan gebruiken ze spiegels om het licht van de zon om te leiden en richten ze op stationaire zonnepanelen voor absorptie.
Heliostats worden meestal bestuurd door computers. Deze computers krijgen bepaalde stukjes data (de locatie van de heliostaat, de locatie van de zon) paneel, de tijd en datum) en de gegevens worden gekraakt totdat de computer de positie van de zon in de lucht. Zodra dat is gebeurd, past de computer de hoek van de spiegel aan, zodat het licht van de zon erop terugkaatst en het beoogde zonnepaneel raakt.
Het grootste voordeel van de heliostaat is dat een groot aantal ervan kan worden opgesteld om op één enkele zonnereceptor te worden gericht. Terwijl normaal gesproken een zonnepaneel slechts een bepaalde hoeveelheid zonlicht zou kunnen ontvangen, kan een opstelling van heliostaten de hoeveelheid omgezet licht drastisch versterken.
Maar zelfs met heliostaten heeft zonne-energie nog een lange weg te gaan voordat ze op grote schaal kan worden gebruikt. Zonder het probleem van omzetten het feitelijke zonlicht, zonne-energie, zou de meest hernieuwbare, meest betaalbare en meest gezonde brandstof voor het milieu zijn voor onze beschaving. Dat wil zeggen, totdat de zon explodeert.
Afbeelding tegoed: Zonnepaneel illustratie via Shutterstock, Zonnepaneelfoto via Shutterstock
Joel Lee heeft een B.S. in computerwetenschappen en meer dan zes jaar professionele schrijfervaring. Hij is de hoofdredacteur van MakeUseOf.
