Сонце - як енергетичний ресурс, це цікаво, блог школи
Сонячна вироблення електроенергії є чистою альтернативу електроенергії з палива, що добувається, без забруднення повітря і води, відсутністю глобального забруднення навколишнього середовища і без будь-яких загроз для нашого громадського охорони здоров'я. Всього 18 сонячних днів на Землі містить таку ж кількість енергії, яка зберігається у всіх запасах планети вугілля, нафти і природного газу. За межами атмосфери, сонячна енергія містить близько 1300 ват на квадратний метр. Після того, як вона досягне атмосфери, близько однієї третини цього світла відбивається назад в космос, в той час як інші продовжують слідувати до поверхні Землі.
Усереднені по всій поверхні планети, квадратний метр збирає 4,2 кіловат-годин енергії кожен день, або приблизний енергетичний еквівалент майже бареля нафти в рік. Пустелі, з дуже сухим повітрям і невеликою кількістю хмарності, можуть отримати більш ніж 6 кіловат-годин на день на квадратний метр в середньому протягом року.
Перетворення сонячної енергії в електрику
Фотоелектричні (PV) панелі і концентрація сонячної енергії (CSP) об'єктів захоплення сонячного світла можуть перетворити його в корисну електроенергію. Дахи PV панелі роблять сонячну енергію життєздатною практично в кожній частині Сполучених Штатів. У сонячних місцях, таких як Лос-Анджелес або Фенікс, система 5 кіловат виробляє в середньому 7000 до 8000 кіловат-годин на рік, що приблизно еквівалентно використанню електроенергії типового домогосподарства США.
Як працюють панелі сонячних батарей
Сонячні фотоелектричні (PV) панелі на основі високої, але на диво простий технології, яка перетворює сонячне світло безпосередньо в електрику.
У 1839 році французький вчений Едмонд Беккерель виявив, що деякі матеріали будуть випускати іскри електрики при ударі з сонячним світлом. Дослідники виявили, що найближчим часом це властивість, зване фотоелектричний ефект, може бути використано; перша фотоелектрична (PV) осередок виготовлена була з селену в кінці 1800-х років. У 1950 році вчені в Bell Labs переглядали технології і, використовуючи кремній, вироблений в фотоелементи, змогли перетворити енергію сонячного світла безпосередньо в електрику.
Компоненти PV осередки
Найбільш важливими компонентами PV осередки є два шари напівпровідникового матеріалу, зазвичай складається з кристалів кремнію. Сам по собі кристалізується кремній є не дуже хорошим провідником електрики, тому в нього навмисно додають домішки - процес, званий допінг-етап.
Нижній шар з фотоелементів зазвичай складається з легованого бором, який в зв'язці з кремнієм створює позитивний заряд (p), в той час як верхній шар, легований фосфором, взаємодіючи з кремнієм - негативний заряд (n).
Зайві електрони з n-шару можуть залишати свої атоми, тоді як p-шар ці електрони захоплює. Промені світла «вибивають» електрони з атомів n-шару, після чого вони летять в p-шар займати порожні місця. Таким способом електрони біжать по колу, виходячи з p-шару, проходячи через навантаження і повертаючись в n-шар.
Кожна осередок генерує дуже мало енергії (кілька ват), тому вони згруповані у вигляді модулів або панелей. Панелі потім або використовуються як окремі одиниці або згруповані в більші масиви.
Перехід до електричній системі з великою кількістю сонячної енергії дає багато переваг.
Вартість сонячних батарей швидко зменшується (в 1970 році -1кВт-ч електроенергії, що виробляється з їх допомогою коштував 60 доларів, в 1980 році - 1 долар, зараз -20-30 центів). Завдяки цьому попит на сонячні батареї росте на 25% в рік, а щорічний обсяг від проданих батарей перевищує (по потужності) 40мВт. ККД сонячних батарей, що досягав в середині 70-х років в лабораторних умовах 18%, становить в даний час 28,5% для елементів з кристалічного кремнію і 35% - з двошарових пластин з арсеніду галію і антимода галію. Розроблено багатообіцяючі елементи з тонкоплівкових (завтовшки 1-2мкм) напівпровідникових матеріалів: хоча їх ККД низький (не вище 16%), вартість дуже мала (не більше 10% від вартості сучасних сонячних батарей). Незабаром вчені припускають, що вартість 1 кВт-год буде дорівнює 10 центам, що поставить сонячну енергетику на перші місця в енергетичній незалежності багатьох країн.
Перовськит «здешевить» сонячну енергію
Батареї покриваються інноваційним недорогим фотоелементом, основна перевага якого в тому, що він може конвертувати в енергію набагато більшу кількість частин сонячного світла. Перовскіту представляють собою кристалічну структуру, яка дозволяє з максимальною ефективністю вбирати сонячне світло. За попередніми оцінками використання батарей на основі перовскита може знизити вартість кіловата енергії в сім разів.
«Головна перевага нових фотоелементів полягає не стільки в ефективності, скільки в тому, що матеріал біса дешевий. Батареї на основі перовскита, в яких не використовується кремній, можуть зробити сонячну енергетику по-справжньому масової ».
Сонячна енергія для ЦОД
10% усієї виробленої в світі електроенергії споживають серверні ферми. Так як енергоефективні мережі і поновлювані джерела енергії зараз впроваджуються в усіх галузях, ЦОД не залишилися в стороні. Негативний вплив серверних ферм на навколишнє середовище давно вже на вустах екологів. Тому власники дата-центрів прагнуть до зниження негативного впливу своїх ЦОД, вдаючись до передових енергозберігаючих та «зеленим» технологіям вироблення електроенергії, сюди можна віднести фрікулінг, системи локальних генеруючих потужностей на базі поновлюваних джерел енергії.
Як вихід - сонячна електростанція поруч з серверної фермою, в тих країнах, де це дозволяють кліматичні умови. Вона ідеальна для серверних ферм, які розгорнуті в тропіках або субтропіках. Адже використання сонячних панелей на даху ЦОД, крім того що надасть «зелену енергію», так ще і допоможе зменшити теплове навантаження на будинок, так як створювана ними тінь мінімізує кількість поглинається дахом тепла. Геліоелектростанції знизить загальний негативний ефект дата-центру на екологію, і підвищить надійність ЦОД розташованих в регіонах, де спостерігаються перебої в роботі центральної електромережі.
Switch спільно з енергетичною компанією Nevada Power початку спорудження поруч з Лас-Вегасом сонячної станції Switch Station потужністю 100 МВт. В американських ЗМІ компанію Switch називають «порушникам спокою» на ринку комерційних ЦОД, це один з найбільших гравців, даної галузі. Компанія займається спорудженням і підтримкою datacenter facilities - будівель і та інженерної інфраструктури без власне обчислювальної апаратури, її основна модель взаємодії з клієнтами - colocation.
Німецький архітектор Андре Броезель з компанії Rawlemon створив сонячний батарею в формі рушійного скляної кулі. Він називає його генератором нового покоління, який буде ловити максимальну кількість променів, так як він оснащений системою відстеження переміщення сонця і датчиками зміни погоди, а це на 35% ефективніше в порівнянні з стандартними сонячними батареями.
В інституті прогресивної архітектури в Каталонії розробили сонячну панель, яка може функціонувати на рослинах, моху і грунті. Плюсом такої технології є відмова від небезпечних токсичних матеріалів і важких металів у виробництві сонячних панелей. Тут використовуються спеціальні бактерії в крихітних паливних комірках, розміщених в землі під корінням рослин. Бактерії потрібні для вироблення дешевої енергії в міні-батареях. Рослини будуть забезпечувати життєвий цикл бактерій, а вода служити в якості підживлення для всієї системи. Така інноваційна система може працювати на територіях, де сонячного світла не так вже й багато, якщо замінити рослини мохом, так як він може рости в тіні.
