U 21. stoljeću solarna energija je već postala dio svakodnevnog života. Od solarno grijanih bazena do kuća na suncu, postoji mnogo primjera koji pokazuju korisnu primjenu čiste, sigurne, održive energije sunca. Kako raste zabrinutost zbog učinaka izgaranja fosilnih goriva i mogućnosti iscrpljivanja neobnovljivih izvora energije, budućnost solarne energije izgleda svijetla. Tehnologija od 2013. godine nije bez problema i do sada su aplikacije uglavnom bile relativno malog opsega, ali se u ovom području provode velika istraživanja, a došlo je i do niza vrlo obećavajućih razvoja.
Iskorištavanje solarne energije
Sunce je potencijalno ogroman izvor obnovljive, čiste energije. Neki procjenjuju da bi sunčeva svjetlost mogla proizvesti 10,000 21 puta više energije nego što je Zemlja koristila na prijelazu u XNUMX. stoljeće. Međutim, postoje veliki tehnološki izazovi s kojima se treba suočiti u učinkovitom iskorištavanju te energije. Dostupne su različite tehnologije koje su u razvoju i koje koriste sunčevu svjetlost za napajanje.
Sunčeva svjetlost se može koristiti jednostavno za zagrijavanje vode koja se zatim koristi za centralno grijanje domova. Alternativno, može se koristiti za proizvodnju električne energije pomoću fotonaponskih (PV) ćelija postavljenih na solarne ploče. Treća metoda je koncentriranje sunčeve svjetlosti na metu za stvaranje topline, koja se može koristiti izravno u industrijske svrhe ili za dobivanje električne energije.
Solarni paneli
Ove ploče se oslanjaju na fotoelektrični efekt, gdje određene tvari proizvode malu električnu struju kada su izložene svjetlu. Fotonaponske ćelije su konstruirane da iskoriste ovaj učinak, a solarni paneli se sastoje od velikih nizova ovih uređaja postavljenih tako da primaju što više sunčeve svjetlosti. Zajedno mogu proizvesti značajne količine električne energije. Iako su od 2013. relativno neučinkoviti, obično imaju vrlo niske troškove rada i održavanja te mogu biti vrlo učinkoviti u opskrbljivanju električnom energijom za domove. Provodi se mnogo istraživanja o poboljšanju učinkovitosti i izgradnji stanica od jeftinijih materijala.
Većina solarnih panela sastoji se od PV ćelija kristalnog silicija, koje su 14-16% učinkovite u pretvaranju sunčeve svjetlosti u električnu energiju. Brojne alternative su, međutim, pod istragom. Ćelije tankog filma mogu se izraditi od raznih materijala. Iako su trenutno manje učinkovite od standardnih fotonaponskih ćelija, lagane su, fleksibilne i jeftinije za proizvodnju. Višespojne ćelije mogu postići učinkovitost veću od 43%. Oni su strukturirani tako da su različiti dijelovi stanice podešeni da hvataju sunčevu svjetlost na određenim rasponima valnih duljina, umjesto da imaju jedan receptor koji propušta dio dostupne energije.
Još jedno obećavajuće područje je solarna ćelija osjetljiva na boju (DSSC), koja se ponekad naziva i Gratzel ćelija, po Michaelu Gratzelu, koji ju je prvi razvio 1990-ih. Oni koriste boju za hvatanje sunčeve energije i proizvodnju protoka elektrona, koji se nadopunjuju preko sloja tekućeg elektrolita ispod. Iako su potencijalno jeftini za proizvodnju, učinkoviti su samo oko 12%, a postoje problemi s izdržljivošću koji mogu utjecati na komercijalnu upotrebu. Na primjer, tekućina se može smrznuti u hladnim uvjetima ili se proširiti kada je topla i može iscuriti. Istraživači su razvili verziju ćelije u kojoj je problematični tekući elektrolit zamijenjen čvrstim materijalom, otvarajući put jeftinim i izdržljivim solarnim panelima.
Osim razvoja jeftinijih i učinkovitijih fotonaponskih ćelija, važan dio budućnosti solarne energije leži u izgradnji novih zgrada i rekonstrukciji mnogih starijih. Neki stručnjaci predviđaju da će većina, ako ne i sve, nove zgrade imati solarne panele postavljene na krovove. Budući da se i oni lako postavljaju, mnoge starije zgrade mogu dobiti nadogradnje za rad na energiju od Sunca. Stručnjaci i ekolozi se nadaju da će vlade poticati gradnju zelene energije putem izdašnih poreznih poticaja, izuzeća i bespovratnih sredstava za alternativno korištenje energije.
Solarni paneli na krovu mogu, u nekim područjima, osigurati sve ili većinu energetskih potreba kuće. U slučajevima kada ljudi žive u višekatnicama, međutim, količina krovnog prostora je vrlo mala u odnosu na broj kuća. Iako male, pojedinačne aplikacije mogu skinuti dio opterećenja s električne mreže, ako Sunce želi osigurati energetske potrebe gradova i industrija, njegova budućnost mora ležati u velikim solarnim stanicama za proizvodnju električne energije.
Najveći problem s kojim se susreće iskorištavanje solarne energije korištenjem fotonaponskih ćelija je prostor potreban za izgradnju elektrana. Postrojenje se sastoji od tisuća solarnih panela, za razliku od onih koji su trenutno instalirani na kućama s alternativnom energijom. Zbog toga im je potrebno stalno sunčano područje i znatna količina prostora. Trenutačno, jedna od najvećih elektrana na svijetu prostire se na više od 10 četvornih milja (16.9 km2) i stvara dovoljno električne energije za pokretanje oko 200,000 domova. Neki stručnjaci sugeriraju da bi za opskrbu energijom za cijele Sjedinjene Države bilo potrebno područje od približno 100 milja (160.9 km) po strani, vjerojatno negdje u pustinjskoj klimi američkog jugozapada.
Alternative solarnim panelima
Postoji niz drugih mogućnosti za iskorištavanje Sunčeve moći velikih razmjera. Jedan primjer je tehnologija koncentriranja solarne energije (CSP). Umjesto da izravno proizvode električnu energiju, oni koncentriraju sunčevu svjetlost za zagrijavanje vode, dajući paru za pogon turbine koja proizvodi električnu energiju baš kao i konvencionalna elektrana. Mogu se sastojati od nizova paraboličkih zrcala koja usmjeravaju sunčevu svjetlost na linearnu cijev napunjenu tekućinom. Alternativno, toplina sa Sunca može se fokusirati paraboličnim zrcalom za zagrijavanje tekućine koja pokreće Stirlingov motor, koji osigurava mehaničku energiju za proizvodnju električne energije.
Još jedan dokazani sustav je “toranj za napajanje”, u kojem niz ravnih zrcala za praćenje sunca usmjerava toplinu sa Sunca na posudu s tekućinom koja se koristi za dobivanje pare za generator. U pogonu je niz elektrana koje proizvode 10-20 megavata električne energije. Buduća postrojenja mogu isporučiti do 200 megavata.
Budućnost
Jedan ohrabrujući trend koji se odnosi na budućnost solarne energije je da mnogi od najvećih svjetskih inovatora odlučuju usredotočiti svoje talente i sredstva na poboljšanje tehnologije alternativne energije. Mnoge nagradne sheme — koje financiraju različite vlade diljem svijeta — usredotočuju se na ekonomično i u velikim razmjerima osiguravanje solarne energije. U mnogim zemljama građani dobivaju financijske poticaje za prelazak na “zelene” izvore energije, te postavljanje vlastitih solarnih panela.
Iako od 2013. postoji mnogo ohrabrujućih znakova da vlade priznaju potrebu za alternativnim izvorima energije i promiču istraživanja solarne energije, odgovor dijelom leži u rukama građana svijeta. Ono što obični građani odluče kupiti i podržati utjecat će na trendove budućnosti. Instaliranjem solarnih panela, doniranjem istraživačkim organizacijama koje se bave alternativnim energijama, stjecanjem sveučilišne diplome iz srodnog predmeta i glasovanjem za mjere koje promiču razvoj alternativne energije, svatko može imati pravo glasa o budućnosti solarne energije.