Framtidens energi, idag Hur fungerar solpaneler och heliostater?

Förnybara resurser. Det är ett problem som vi möter varje dag om vi inser det eller inte. Med varje pump på ett gashandtag, med varje tryck på bilens accelerator, med varje plugg hos våra smartphone laddare, förbrukar vi bränsle. Och en dag kommer det bränslet att springa ut. Så varför använder vi inte den ena energikällan som inte kommer att gå tom - solen?

Solen är en magnifik enhet. Det ger världen tillräckligt med energi för att driva hela civilisationen. Det enda problemet är hur vi fånga och utnyttja den energin? Vad bra är en massa fri energi om vi inte kan konvertera det till ett användbart medium? Där ligger frågan, och det är mycket svårare att lösa än du kan tänka dig.

“Vänta en minut” du säger, “Vi har haft kommersiell solkraft sedan 1980-talet!” Och du skulle ha rätt att säga det. Problemet är dock inte i på vilket sätt att omvandla solens energi till el. Vi vet redan hur man gör det - bara inte på en nivå som kan bli masskonsumtion. För att förstå gränserna för solenergi behöver vi veta hur solpaneler fungerar.

Så kom med mig när jag gräver in i solens inre verkningar. Låt oss titta närmare på processen med att omvandla solljus till en livskraftig bränslekälla.

Solenergi börjar, som du förväntar dig, med solen. Den jätte boll av eld som hänger på himlen är den perfekta energikällan. Till skillnad från kol täpper solen inte upp atmosfären med koldioxid. Det är lättillgängligt så att vi inte behöver borra runt om i världen. Att arbeta med solenergi presenterar inget hot mot människor (förutom kanske för tillfällig solbränna).

Och framför allt är solenergi fri. Förutom att bygga själva receptorerna och upprätthålla utrustningen, har solenergi ingen kostnad i samband med det.

Så hur fungerar det hela?

Energi finns runt oss i olika former. Ljus är energi. Värme är energi. Rörelse är energi. Stillness är (potentiell) energi. Solen avger en enorm mängd ljus och vårt mål är att omvandla den ljusenergin till något vi kan använda, nämligen elektrisk energi.

I de flesta fall, när ljus träffar ett objekt, omvandlas det till värmeenergi. Tänk tillbaka till ditt senaste strandbesök. När du satt ute i solen blev din hud varm. Det är ett enkelt faktum i livet som vi alla har upplevt. Men det finns vissa material som omvandlar ljus till andra energier än värme. Silikon är ett av dessa material.

När ljuset träffar kisel, släpper det inte ut som värme. Istället hoppar elektronerna i kiselmolekylen runt rörelse, vilket ger en elektrisk ström. För att kunna utnyttja kisel på detta sätt behöver du dock stora kiselkristaller som är tillräckligt stora för att producera märkbara mängder el.

Äldre versioner av solteknologi användes kiselkristaller. Som det visade sig var denna metod för sollysomvandling inte mycket genomförbar eftersom stora kiselkristaller är svåra att växa. När något är svårt, är priset på det fortfarande högt. Om priset stannar högt blir det osannolikt att utbredd användning blir möjlig.

Numera använder solteknologi ett annat material. Detta nya material består av koppar, indium, gallium och selen och benämns aptitvis koppar-indium-gallium-selenid eller CIGS. Till skillnad från kisel är kristallerna från CIGS mindre och billigare, men de är mycket mer ineffektiva än kisel vid omvandling av sollys.

Och det är där vi är idag. Solenergi står för mycket lite av världens energiproduktion och det kommer att vara så tills forskare antingen hittar ett nytt material som fungerar såväl som kisel eller upptäcker en metod att billigt producera stora kiselkristaller.

Såsom ineffektivt som solpaneler är just nu finns det några metoder som används för att förbättra infångningen och lagringen av solenergi. Ett sätt är att använda ett batteri som lagrar energi, vilket tillåter förbrukning när det inte finns någon sol-på natten och under muliga dagar. Ett annat sätt är att använda en heliostat.

Vad är en heliostat? Du kan tänka på det som en stor spegel (eller många speglar) som är fästa på en roterande stolpe eller plattform (eller många poler och plattformar). Till skillnad från solpaneler absorberar heliostater inte direkt solen; istället använder de speglar för att omdirigera solens ljus och rikta den mot stationära solpaneler för absorption.

Heliostater styrs mestadels av datorer. Dessa datorer matas med vissa data (heliostatens placering, solpanelens läge, tid och datum) och datan knäppas tills datorn kan beräkna solens position i himlen. När det är klart, justerar datorn spegelns vinkel så att solens ljus kommer studsa av det och träffar målsolpanelen.

Heliostatens största fördel är att en mängd av dem kan ordnas för att vara inriktad på en enda solceptor. Medan en solpanel normalt bara får viss täckning av solljus, kan ett arrangemang av heliostater drastiskt förstärka mängden ljus som omvandlas.

Men även med heliostater har solenergi fortfarande en lång väg att gå innan den kan användas i stor skala. Om det inte var för problemet med omvandling det faktiska solljuset, solenergi skulle vara det mest förnybara, mest prisvärda och mest brännbara för miljön för vår civilisation. Det vill säga tills solen exploderar.

Bildkredit: Solar Panel Illustration Via Shutterstock, Solar Panel Photo Via Shutterstock

Utforska mer om: Energibesparing.