Сүүлийн жилүүдэд эрдэмтэд эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг онцгойлон сонирхож байна. Газрын тос, байгалийн хий эрт орой хэзээ нэгэн цагт дуусна, ийм нөхцөлд бид яаж тэсэхээ одоо л бодох ёстой. Европт салхин тээрэм идэвхтэй ашиглагдаж байгаа, хэн нэгэн далайгаас эрчим хүч гаргаж авахыг оролдож байгаа бөгөөд бид нарны эрчим хүчний талаар ярих болно. Эцсийн эцэст бидний бараг өдөр бүр тэнгэрт хардаг од нь нөхөн сэргээгдэхгүй нөөцийг хэмнэх, байгаль орчныг сайжруулахад тусалдаг. Дэлхий дээрх нарны үнэ цэнийг хэт үнэлэхэд хэцүү байдаг - энэ нь дулаан, гэрэл өгч, дэлхий дээрх бүх амьдралыг ажиллуулах боломжийг олгодог. Тэгвэл яагаад өөр хэрэглээ олж болохгүй гэж?
Бага түүх
19-р зууны дундуур физикч Александр Эдмонд Беккерел фотоволтайк эффектийг нээжээ. Мөн энэ зууны эцэс гэхэд Чарльз Фритс нарны энергийг цахилгаан болгон хувиргах чадвартай анхны төхөөрөмжийг бүтээжээ. Үүний тулд нимгэн алтаар бүрсэн селен ашигласан. Үр нөлөө нь сул байсан ч энэ шинэ бүтээл нь ихэвчлэн нарны энергийн эрин үе эхэлсэнтэй холбоотой байдаг. Зарим эрдэмтэд энэ томъёололтой санал нийлэхгүй байна. Тэд нарны эрчим хүчний эрин үеийг үндэслэгчийг дэлхийд алдартай эрдэмтэн Альберт Эйнштейн гэж нэрлэдэг. 1921 онджил тэрээр гадны фотоэлектрик эффектийн хуулийг тайлбарласны төлөө Нобелийн шагнал хүртсэн.
Нарны эрчим хүч бол хөгжлийн ирээдүйтэй арга юм шиг санагдаж байна. Гэхдээ байшин бүрт ороход эдийн засгийн болон байгаль орчны олон саад бэрхшээл тулгардаг. Нарны хавтангийн өртөг юунаас бүрддэг, тэдгээр нь байгаль орчинд ямар хор хөнөөл учруулж болох, эрчим хүч үйлдвэрлэх өөр ямар аргуудыг бид доороос олж мэдэх болно.
Хадгаламжийн аргууд
Нарны энергийг номхотгохтой холбоотой хамгийн тулгамдсан ажил бол түүнийг хүлээн авах төдийгүй хуримтлуулах явдал юм. Мөн энэ бол хамгийн хэцүү зүйл юм. Одоогоор эрдэмтэд нарны энергийг бүрэн номхруулах 3 л аргыг боловсруулжээ.
Эхнийх нь параболик толь ашиглахад үндэслэсэн бөгөөд бага наснаасаа хүн бүрийн мэддэг томруулдаг шилээр тоглохтой адил юм. Гэрэл нь линзээр дамжин нэг цэгт цуглардаг. Хэрэв та энэ газарт цаас тавьбал гэрэлтэх болно, учир нь нарны туяаг огтлох температур үнэхээр өндөр байдаг. Параболик толь нь гүехэн аягатай төстэй хотгор диск юм. Энэхүү толь нь томруулдаг шилнээс ялгаатай нь нарны гэрлийг дамжуулдаггүй, харин тусгаж, нэг цэг дээр цуглуулдаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн устай хар хоолой руу чиглүүлдэг. Энэ өнгө нь гэрлийг хамгийн сайн шингээдэг тул ашигладаг. Хоолойн ус нь нарны гэрлээр халдаг бөгөөд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх эсвэл жижиг байшинг халаахад ашиглаж болно.
Халаагуур
Энэ аргыг ашигладагшал өөр систем. Нарны энерги хүлээн авагч нь олон давхаргат бүтэцтэй төстэй. Үйл ажиллагааны зарчим нь иймэрхүү харагдаж байна.
Шилэн дундуур өнгөрөхөд туяа нь харанхуй металлд тусдаг бөгөөд энэ нь гэрлийг илүү сайн шингээдэг гэдгийг та мэднэ. Нарны цацраг нь дулааны энерги болж хувирч, төмрийн хавтангийн доор байгаа усыг халаана. Цаашилбал, бүх зүйл эхний аргын адил тохиолддог. Халаасан усыг орон зайг халаах эсвэл цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Энэ аргын үр дүн хаа сайгүй хэрэглэхэд тийм ч өндөр биш нь үнэн.
Дүрмээр бол ийм аргаар олж авсан нарны энерги нь дулаан байдаг. Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд гурав дахь аргыг илүү их ашигладаг.
Нарны зай
Эрчим хүч олж авах ийм аргыг бид хамгийн гол нь мэддэг. Энэ нь орчин үеийн олон байшингийн дээвэр дээрээс олж болох янз бүрийн батерей эсвэл нарны хавтанг ашиглах явдал юм. Энэ арга нь өмнө тайлбарласнаас илүү төвөгтэй боловч илүү ирээдүйтэй юм. Тэр л нарны эрчим хүчийг аж үйлдвэрийн хэмжээнд цахилгаан болгон хувиргах боломжтой болгосон.
Цахилгаан туяаг авах зориулалттай тусгай хавтанг баяжуулсан цахиурын талстаар хийсэн. Тэдэн дээр туссан нарны гэрэл электроныг тойрог замаас гаргана. Өөр нэг нь нэн даруй байр сууриа эзлэхийг эрмэлздэг тул тасралтгүй хөдөлж буй гинжийг олж авдаг бөгөөд энэ нь гүйдэл үүсгэдэг. Шаардлагатай бол төхөөрөмжөөр хангахын тулд нэн даруй ашигладаг эсвэл хэлбэрээр хуримтлуулдагтусгай батерейнд цахилгаан.
Энэ аргын алдартай нь зөвхөн нэг метр квадрат нарны хавтангаас 120 ваттаас илүү эрчим хүч авах боломжтой гэдгээрээ зөвтгөгддөг. Үүний зэрэгцээ хавтангууд нь харьцангуй бага зузаантай тул бараг хаана ч байрлуулах боломжтой.
Цахиур хавтангийн төрөл
Нарны зайн хэд хэдэн төрөл байдаг. Эхнийх нь нэг талст цахиур ашиглан хийгдсэн. Тэдний үр ашиг ойролцоогоор 15% байна. Эдгээр нарны хавтан нь хамгийн үнэтэй нь.
Поликристалл цахиураар хийсэн элементүүдийн үр ашиг 11% хүрдэг. Материалыг хялбаршуулсан технологи ашиглан олж авдаг тул өртөг багатай байдаг. Гурав дахь төрөл нь хамгийн хэмнэлттэй бөгөөд хамгийн бага үр ашигтай байдаг. Эдгээр нь аморф цахиураар хийгдсэн, өөрөөр хэлбэл талст бус хавтан юм. Үр ашиг багатайгаас гадна тэдгээр нь өөр нэг чухал сул талтай - эмзэг байдал.
Зарим үйлдвэрлэгч нар үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд нарны хавтангийн хоёр талыг ашигладаг - ар болон урд. Энэ нь танд гэрлийг их хэмжээгээр авах боломжийг олгож, хүлээн авсан энергийн хэмжээг 15-20%-иар нэмэгдүүлдэг.
Дотоодын үйлдвэрлэгчид
Дэлхий дээр нарны эрчим хүч улам өргөн тархаж байна. Манайд ч гэсэн энэ салбарыг судлах сонирхолтой байдаг. Орос улсад альтернатив эрчим хүчний хөгжил тийм ч идэвхтэй биш байгаа хэдий ч тодорхой амжилтанд хүрсэн. Одоогийн байдлаар хэд хэдэн байгууллага нарны эрчим хүчний хавтанг бүтээх чиглэлээр ажиллаж байнаянз бүрийн салбарын шинжлэх ухааны хүрээлэнгүүд болон цахилгаан тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэх үйлдвэрүүд.
- NPF "Кварк".
- ХК Ковровын механик үйлдвэр.
- Хөдөө аж ахуйг цахилгаанжуулах бүх Оросын эрдэм шинжилгээний хүрээлэн.
- ТББ инженерчлэл.
- AO VIEN.
- OJSC "Рязань металл керамик төхөөрөмжийн үйлдвэр".
- ХК Правдинскийн Позитийн эрчим хүчний эх үүсвэрийн туршилтын үйлдвэр.
Энэ нь ОХУ-д өөр эрчим хүчийг хөгжүүлэхэд идэвхтэй оролцож байгаа аж ахуйн нэгжүүдийн зөвхөн багахан хэсэг юм.
Байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө
Нүүрс, нефтийн эрчим хүчний эх үүсвэрээс татгалзаж байгаа нь зөвхөн эдгээр нөөц эрт орой хэзээ нэгэн цагт дуусна гэдэгтэй холбоотой юм. Баримт нь тэд байгаль орчинд ихээхэн хор хөнөөл учруулдаг - хөрс, агаар, усыг бохирдуулж, хүмүүсийн өвчний хөгжилд хувь нэмэр оруулж, дархлааг бууруулдаг. Иймээс эрчим хүчний өөр эх үүсвэрүүд байгаль орчинд ээлтэй байх ёстой.
Фотоволтайк эсийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг цахиур нь байгалийн гаралтай материал учраас өөрөө аюулгүй юм. Гэхдээ цэвэрлэсний дараа хог хаягдал үлддэг. Эдгээр нь буруу ашиглавал хүн болон байгаль орчинд хор хөнөөл учруулдаг.
Үүнээс гадна нарны хавтангаар бүрэн дүүрсэн хэсэгт байгалийн гэрэлтүүлэг тасалдаж болзошгүй. Энэ нь одоо байгаа экосистемд өөрчлөлт оруулахад хүргэнэ. Гэхдээ ерөнхийдөө нарны эрчим хүчийг хувиргах зориулалттай төхөөрөмжүүдийн байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл хамгийн бага.
Эдийн засаг
Нарны хавтан үйлдвэрлэхэд гарах хамгийн том зардал нь түүхий эдийн өндөр өртөгтэй холбоотой. Бидний олж мэдсэнээр цахиур ашиглан тусгай хавтанг бүтээдэг. Энэ ашигт малтмал байгальд өргөн тархсан хэдий ч олборлолттой холбоотой томоохон асуудал тулгардаг. Баримт нь дэлхийн царцдасын массын дөрөвний нэгээс илүү хувийг эзэлдэг цахиур нь нарны зай үйлдвэрлэхэд тохиромжгүй юм. Эдгээр зорилгоор зөвхөн үйлдвэрлэлийн аргаар олж авсан хамгийн цэвэр материал тохиромжтой. Харамсалтай нь элснээс хамгийн цэвэр цахиур авах нь туйлын асуудалтай.
Энэ нөөцийн үнийг атомын цахилгаан станцад ашигладаг урантай харьцуулах боломжтой. Тийм ч учраас нарны хавтангийн үнэ одоогоор нэлээд өндөр түвшинд байгаа.
Орчин үеийн технологи
Нарны эрчим хүчийг номхотгох анхны оролдлогууд эрт дээр үеэс гарч ирсэн. Түүнээс хойш олон эрдэмтэд хамгийн үр ашигтай тоног төхөөрөмжийг хайх ажилд идэвхтэй оролцож байна. Энэ нь зөвхөн зардал багатай төдийгүй авсаархан байх ёстой. Үүний үр ашиг хамгийн дээд хэмжээнд хүрэх ёстой.
Нарны энергийг хүлээн авах, хувиргах хамгийн тохиромжтой төхөөрөмж болох анхны алхмуудыг цахиур батерейг зохион бүтээснээр хийсэн. Мэдээжийн хэрэг, үнэ нь нэлээд өндөр боловч хавтангуудыг байшингийн дээвэр, ханан дээр байрлуулж, хэнийг ч зовоохгүй. Ийм батерейны үр ашиг нь маргаангүй юм.
Гэхдээ нарны эрчим хүчний алдар нэрийг нэмэгдүүлэх хамгийн сайн арга бол түүнийг хямд болгох явдал юм. Германы эрдэмтэд цахиурыг нэгтгэж болох нийлэг утасаар солихыг аль хэдийн санал болгосондаавуу эсвэл бусад материал. Ийм нарны зайны үр ашиг тийм ч өндөр биш юм. Гэхдээ синтетик утастай цамц нь ядаж ухаалаг утас эсвэл тоглуулагчийг цахилгаанаар хангаж чадна. Мөн нано технологийн чиглэлээр идэвхтэй ажил хийгдэж байна. Тэд нар энэ зууны хамгийн алдартай эрчим хүчний эх үүсвэр болох боломжийг олгох бололтой. Норвегийн Scates AS-ийн мэргэжилтнүүд нанотехнологи нь нарны зайн хавтангийн үнийг 2 дахин бууруулна гэж аль хэдийн мэдэгдсэн.
Гэрийн нарны эрчим хүч
Төвлөрсөн дулаанаас хамааралгүй, төлбөр төлөхөд асуудалгүй, байгаль орчинд хор хөнөөл учруулахгүй бие даасан орон сууц бол олон хүний мөрөөдөл юм. Олон улс орон зөвхөн өөр эх үүсвэрээс олж авсан эрчим хүчийг хэрэглэдэг орон сууцыг идэвхтэй барьж байна. Хамгийн тод жишээ бол нарны гэр гэж нэрлэгддэг байшин юм.
Барилга угсралтын явцад уламжлалтаас илүү их хөрөнгө оруулалт шаардагдана. Гэхдээ хэдэн жил ажилласны дараа бүх зардлыг нөхөх болно - та халаалт, халуун ус, цахилгааны төлбөрийг төлөх шаардлагагүй болно. Нарны байшинд эдгээр бүх харилцаа холбоог дээвэр дээр байрлуулсан тусгай фотоволтайк хавтангаар холбодог. Түүгээр ч зогсохгүй ийм аргаар олж авсан эрчим хүчний нөөцийг одоогийн хэрэгцээнд зарцуулаад зогсохгүй шөнө, үүлэрхэг цаг агаарт ашиглахад зориулж хуримтлуулдаг.
Одоогоор ийм байшинг барих нь зөвхөн экваторт ойрхон, нарны эрчим хүчийг авахад хамгийн хялбар орнуудад хийгддэггүй. Тэд бас баригдсанКанад, Финланд, Швед.
Давуу болон сул тал
Нарны эрчим хүчийг хаа сайгүй ашиглах боломжийг олгодог технологийг хөгжүүлэх нь илүү идэвхтэй байж болох юм. Гэхдээ энэ нь тэргүүлэх ач холбогдол өгөхгүй хэвээр байгаа тодорхой шалтгаанууд бий. Дээр дурдсанчлан хавтан үйлдвэрлэх явцад байгаль орчинд хортой бодисууд үүсдэг. Нэмж дурдахад бэлэн болсон төхөөрөмж нь галли, хүнцэл, кадми, хар тугалга агуулдаг.
Фотоволтайк хавтанг дахин боловсруулах хэрэгцээ нь бас олон асуултыг төрүүлдэг. Тэд 50 жил ажилласны дараа ашиглах боломжгүй болж, ямар нэгэн байдлаар устгах шаардлагатай болно. Энэ нь байгальд асар их хор хөнөөл учруулах уу? Нарны эрчим хүч нь тогтворгүй нөөц бөгөөд үр ашиг нь өдрийн цаг, цаг агаарын байдлаас хамаардаг гэдгийг анхаарч үзэх нь зүйтэй. Мөн энэ нь мэдэгдэхүйц сул тал юм.
Гэхдээ мэдээж сайн талууд бий. Нарны энергийг дэлхийн бараг хаана ч олборлох боломжтой бөгөөд түүнийг үйлдвэрлэх, хувиргах төхөөрөмж нь ухаалаг утасны ар талд багтах хэмжээний жижиг хэмжээтэй байж болно. Хамгийн чухал нь энэ нь сэргээгдэх нөөц, өөрөөр хэлбэл нарны эрчим хүчний хэмжээ дор хаяж нэг мянган жилийн турш өөрчлөгдөхгүй хэвээр байх болно.
хэтийн төлөв
Нарны эрчим хүчний салбарт технологийн хөгжил нь элементүүдийг бий болгох зардлыг бууруулахад хүргэх ёстой. Цонхнууд дээр суулгаж болох шилэн хавтангууд аль хэдийн гарч ирсэн. Нанотехнологийн хөгжил нь нарны зайн хавтан дээр цацагдах, цахиурын давхаргыг орлох будаг зохион бүтээх боломжтой болсон. Хэрэв нарны эрчим хүчний өртөг үнэхээр хэд дахин буурвал түүний нэр хүнд мөн хэд дахин өсөх болно.
Хувийн хэрэгцээнд зориулан жижиг хавтан бий болгосноор хүмүүс гэр, машин, хотын гадна байгаа аль ч орчинд нарны эрчим хүчийг ашиглах боломжтой болно. Тэдгээрийн хуваарилалтын ачаар хүмүүс жижиг цахилгаан бараагаа өөрсдөө цэнэглэх боломжтой болсон тул төвлөрсөн цахилгааны сүлжээний ачаалал буурах болно.
Shell-ийн мэргэжилтнүүд 2040 он гэхэд дэлхийн эрчим хүчний тал орчим хувийг сэргээгдэх эх үүсвэрээс гаргана гэж үзэж байна. Одоо Германд нарны эрчим хүчний хэрэглээ идэвхтэй өсч, батерейны хүчин чадал 35 Гигаваттаас дээш байна. Япон улс ч энэ салбарыг идэвхтэй хөгжүүлж байна. Энэ хоёр улс нарны эрчим хүчний хэрэглээгээрээ дэлхийд тэргүүлдэг. АНУ удахгүй тэдэнтэй нэгдэх бололтой.
Эрчим хүчний өөр өөр эх үүсвэр
Эрдэмтэд цахилгаан, дулаан үйлдвэрлэхэд өөр юу ашиглаж болох талаар толгойгоо гашилгахаа больдоггүй. Хамгийн ирээдүйтэй өөр эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн жишээ энд байна.
Салхин тээрэмийг одоо бараг бүх улс оронд олж болно. Оросын олон хотын гудамжинд ч гэсэн салхины эрчим хүчээр өөрсдийгөө цахилгаанаар хангадаг дэнлүү суурилуулсан байдаг. Мэдээжийн хэрэг тэдний өртөг дунджаас өндөр боловч цаг хугацаа өнгөрөхөд тэд энэ зөрүүг нөхөх болно.
Удаан хугацааны өмнө эрчим хүчийг ашиглан эрчим хүч авах боломжийг олгодог технологи зохион бүтээгдсэн.далайн гадаргуу ба гүн дэх усны температурын зөрүү. Хятад улс энэ чиглэлийг идэвхтэй хөгжүүлж байна. Ойрын жилүүдэд Дундад улсын эргийн ойролцоо энэ технологиор ажилладаг хамгийн том цахилгаан станцыг барих гэж байна. Далайг ашиглах өөр аргууд байдаг. Жишээлбэл, Австралид тэд урсгалын хүчээр эрчим хүч үйлдвэрлэдэг цахилгаан станц байгуулахаар төлөвлөж байна.
Цахилгаан, дулаан үйлдвэрлэх өөр олон арга бий. Гэхдээ бусад олон хувилбаруудын цаана нарны эрчим хүч нь шинжлэх ухааны хөгжилд үнэхээр ирээдүйтэй чиглэл юм.
