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Erneuerbare Ressourcen. Es ist ein Problem, mit dem wir jeden Tag konfrontiert sind, ob wir es realisieren oder nicht. Mit jeder Pumpe eines Gasgriffs, mit jedem Drücken des Gaspedals eines Autos, mit jedem Stecker unserer Smartphone-Ladegeräte verbrauchen wir Kraftstoff. Und eines Tages wird dieser Treibstoff ausgehen. Warum nutzen wir nicht die eine Energiequelle, die nicht ausgeht - die Sonne?
Die Sonne ist eine großartige Einheit. Es versorgt die Welt mit genug Energie, um die gesamte Zivilisation mit Strom zu versorgen. Das einzige Problem ist, wie wir diese Energie erfassen und nutzen können. Was nützt eine Menge freier Energie, wenn wir sie nicht in ein nützliches Medium umwandeln können? Darin liegt das Problem, und es ist viel schwieriger zu lösen, als Sie sich vorstellen können.
“Warte eine Minute" du sagst, "Wir haben seit den 1980er Jahren kommerziellen Solarstrom!Und Sie würden Recht haben, wenn Sie das sagen. Das Problem liegt jedoch nicht vor Wie die Sonnenenergie in Elektrizität umzuwandeln. Wir wissen bereits, wie das geht - nur nicht auf einem Niveau, das massenhaft konsumiert werden kann. Um die Grenzen der Sonnenenergie zu verstehen, müssen wir wissen, wie Sonnenkollektoren funktionieren.
Schließen Sie sich mir an, während ich mich mit dem Innenleben der Solarenergie befasse. Schauen wir uns den Prozess genauer an, mit dem Sonnenlicht in eine brauchbare Kraftstoffquelle umgewandelt wird.
Solarenergie beginnt erwartungsgemäß mit der Sonne. Dieser riesige Feuerball, der am Himmel hängt, ist die perfekte Energiequelle. Im Gegensatz zu Kohle verstopft die Sonne unsere Atmosphäre nicht mit Kohlendioxid. Es ist leicht zugänglich, sodass wir nicht um die Welt bohren müssen. Die Arbeit mit Sonnenenergie stellt keine Bedrohung für den Menschen dar (außer vielleicht gelegentlichem Sonnenbrand).
Und vor allem ist Sonnenenergie kostenlos. Abgesehen vom Bau der eigentlichen Rezeptoren und der Wartung der Geräte fallen für die Solarenergie keine Kosten an.
Wie funktioniert das alles?
Energie ist überall in verschiedenen Formen um uns herum. Licht ist Energie. Wärme ist Energie. Bewegung ist Energie. Stille ist (potentielle) Energie. Die Sonne gibt eine enorme Menge Licht ab und unser Ziel ist es, diese Lichtenergie in etwas umzuwandeln, das wir nutzen können, nämlich elektrische Energie.
In den meisten Fällen wird Licht, wenn es auf ein Objekt trifft, in Wärmeenergie umgewandelt. Denken Sie an Ihren letzten Strandbesuch zurück. Während Sie in der Sonne saßen, wurde Ihre Haut heiß. Es ist eine einfache Tatsache des Lebens, die wir alle erlebt haben. Es gibt jedoch bestimmte Materialien, die Licht in andere Energien als Wärme umwandeln. Silizium ist eines dieser Materialien.
Wenn Licht auf Silizium trifft, wird es nicht als Wärme abgeführt. Stattdessen bewegen sich die Elektronen im Siliziummolekül und erzeugen einen elektrischen Strom. Um Silizium auf diese Weise nutzen zu können, benötigen Sie jedoch große Siliziumkristalle, die groß genug sind, um spürbare Mengen an Elektrizität zu erzeugen.
Ältere Versionen der Solartechnologie verwendeten Siliziumkristalle. Wie sich herausstellte, war diese Methode der Umwandlung von Sonnenlicht nicht sehr praktikabel, da große Siliziumkristalle schwer zu züchten sind. Wenn etwas schwierig ist, bleibt der Preis dafür hoch. Wenn der Preis hoch bleibt, ist eine weit verbreitete Verwendung unwahrscheinlich.
Heutzutage verwendet die Solartechnologie ein anderes Material. Dieses neue Material besteht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen und wird treffend als Kupfer-Indium-Gallium-Selenid oder CIGS bezeichnet. Im Gegensatz zu Silizium sind die aus CIGS hergestellten Kristalle kleiner und billiger, aber sie sind bei der Umwandlung von Sonnenlicht viel ineffizienter als Silizium.
Und hier sind wir heute. Solarstrom macht nur sehr wenig zur weltweiten Energieerzeugung aus, und dies wird bis zu den Wissenschaftlern so bleiben Finden Sie entweder ein neues Material, das genauso gut funktioniert wie Silizium, oder entdecken Sie eine Methode zur kostengünstigen Herstellung von großem Silizium Kristalle.
So ineffizient Sonnenkollektoren derzeit sind, es gibt einige Methoden, mit denen die Erfassung und Speicherung von Solarstrom verbessert werden kann. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Batterie zu verwenden, die die Energie speichert und den Verbrauch ermöglicht, wenn keine Sonne scheint - nachts und an bewölkten Tagen. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Heliostaten.
Was ist ein Heliostat? Sie können sich einen großen Spiegel (oder viele Spiegel) vorstellen, der an einer rotierenden Stange oder Plattform (oder vielen Stangen und Plattformen) angebracht ist. Im Gegensatz zu Sonnenkollektoren absorbieren Heliostaten die Sonne nicht direkt. Stattdessen verwenden sie Spiegel, um das Sonnenlicht umzulenken und es auf stationäre Sonnenkollektoren zur Absorption zu richten.
Heliostaten werden meist von Computern gesteuert. Diesen Computern werden bestimmte Daten zugeführt (der Standort des Heliostaten, der Standort des Sonnenlichts) Panel, Uhrzeit und Datum) und die Daten werden so lange verarbeitet, bis der Computer den Sonnenstand im Internet berechnen kann Himmel. Sobald dies erledigt ist, passt der Computer den Winkel des Spiegels so an, dass das Sonnenlicht von ihm abprallt und auf das Ziel-Solarpanel trifft.
Der größte Vorteil des Heliostaten besteht darin, dass eine Vielzahl von ihnen so angeordnet werden kann, dass sie auf einen einzelnen Sonnenrezeptor gerichtet sind. Während ein Solarpanel normalerweise nur eine gewisse Abdeckung des Sonnenlichts erhält, kann eine Anordnung von Heliostaten die konvertierte Lichtmenge drastisch verstärken.
Aber auch mit Heliostaten hat die Sonnenenergie noch einen langen Weg vor sich, bevor sie in großem Umfang genutzt werden kann. Wenn es nicht das Problem von wäre konvertieren Im eigentlichen Sonnenlicht wäre Solarenergie der erneuerbarste, erschwinglichste und umweltfreundlichste Brennstoff für unsere Zivilisation. Das heißt, bis die Sonne explodiert.
Bildnachweis: Solarpanel-Illustration über Shutterstock, Solarpanel Foto über Shutterstock
Joel Lee hat einen B.S. in Informatik und über sechs Jahre Berufserfahrung im Schreiben. Er ist Chefredakteur von MakeUseOf.
