|
Dátum: 2023. november 03. 00:10:01. Forrás : doksi.net/hu |
Amíg az első fúziós erőmű el nem készül, addig kénytelenek vagyunk a Naprendszer egyetlen fúziós energiaforrását, a Napot használni egyre növekvő energiaigényünk kielégítésére. A földi élet ki sem alakulhatott volna, ha a Nap nem sugározna közel azonos intenzitással sok százmillió éve.
Henry Becquerel már 1860-ban megfigyelte, hogy fény hatására bizonyos anyagokban elektromos áram keletkezhet, de napelemet csak a félvezetők gyártástechnikájának kifejlesztése után kezdtek előállítani. A napsugárzás energiáját közvetlenül elektromos energiává alakító napelemeket egyre szélesebb körben használják főleg családi házak energiaellátására, de kisebb erőművek is üzemelnek úgynevezett "napenergia farmokon".
Korszerű napelemek
A napelemekkel előállított villamos energia rendkívül "tiszta", csak a gyártás és az elhasznált napelemek megsemmisítése, illetve újrahasznosítása terheli a környezetet. Az így előállított elektromos áram azonban nem olcsó, mert a konstrukció bonyolult munkafolyamatokat igényel. A jobb hatásfokkal üzemelő napelemek drága egykristályok, energiahasznosítási hatásfokuk 18-20 százalék. Olcsóbban előállíthatók az amorf szilíciumból készülő konstrukciók, ezek hatásfoka azonban csak 6-8 százalék, és várható élettartamuk is rövidebb.
A hatásfok növelésének egyik útja a napsugárzás alacsonyabb energiájú fotonjainak hasznosítása. A napelemeket működtető fényelektromos effektusnak ugyanis minden anyag esetén van egy küszöbértéke, ami azt jelenti, hogy kisebb energiájú foton nem vált ki elektromos áramot. Ha valamilyen megoldással elérhető, hogy a spektrum infravörös tartománya is részt vegyen az elektronok gerjesztésében, akkor jobb hatásfokú napelemet lehet előállítani. Ígéretesnek tűnik olyan nanorészecskék felhasználása, amelyek az infravörös tartományban érzékenyek, vagyis IR-detektorok. Ha napelemekbe építik be ezeket a részecskéket és a látható fény tartományán túl a napsugárzás infravörös fotonjai is gerjesztik őket, akkor ezeknek a konstrukcióknak a hatásfoka elérheti akár a 30%-ot is. A megoldandó technikai feladat az, hogy megfelelő közegbe ágyazva a szemcsék által keltett erőterek összeadódjanak, és a konstrukció napelemként hasznosuljon.
Angol kutatók ún. kvantum-hullámvölgyeket tartalmazó félvezető rétegeket építettek be a napelemek szerkezetébe, és ezzel megnövelték a hatásfokot. Az új típusú szerkezet előállítási költségeit azonban nem sikerült annyira leszorítani, hogy a minimális hatásfok-növekmény olcsóbban előállítható elektromos energiát jelentene.
Korábban a fosszilis energiahordozók elégetésével előállított villamos energia sokszorosába került a napelemek segítségével nyert energia. A fejlesztések eredményeképpen a legújabb konstrukcióknál már csak 8-9 eurocentbe kerül egy kWóra, ami elfogadható ár, figyelembe véve, hogy környezetbarát energiatermelést valósít meg és a fosszilis üzemanyagok ára is jelentősen emelkedett.
Toronyerőmű
A napelemeknél jobb hatásfokkal, több mint 30%-ban hasznosítják a napenergiát az úgynevezett toronyerőművek. Ezek a konstrukciók tulajdonképpen gőzturbinák segítségével állítanak elő villamos energiát, a Nap sugárzásának felhasználásával. Az energiaátalakítás egy hatalmas terület közepén épített toronyban történik. A torony körül több száz tükröt helyeznek el úgy, hogy a Nap mozgását követve egy kb. 30 méter magasan elhelyezett tartályra (abszorber) irányítsák a napsugárzást. A tartályban levegőt vagy nátriumot keringetnek, amely több száz fokra hevül a koncentrált napenergia hatására. Ezt a hőfelvevő közeget ezután hőcserélőbe vezetik, ahol a primer közeg vízgőzt fejleszt, amivel turbinákat hajtanak meg. A teljes rendszert számítógéppel vezérlik az optimális energiahasznosítás érdekében.
Toronyerőműveket többnyire olyan helyen építenek, ahol a legtöbb a napsütéses órák száma, mint például az USA déli államaiban, Spanyolországban vagy Olaszországban. Ezzel az eljárással 10-30 MW-os erőműveket lehet építeni, amelyek egy kisebb város teljes energiaellátását biztosítani tudják. Hátránya a szakaszos üzemelés, habár nagy hőkapacitású hőfelvevő közeg segítségével és víztömeg magasabb helyre szivattyúzásával tárolni lehet az aktív időszakban felvett energiát. Borús időszakokban általában földgázüzemre állnak át a folyamatos áramellátás érdekében.
A napenergiából nyert elektromos energiát a mindennapi életünkben egyre gyakrabban használjuk. Napelemes lámpával, órával, akkutöltővel, számológéppel mindenki találkozott, ugyanakkor számos tudományos berendezés, például a műholdak energiaellátását is napelemek biztosítják. Szaporodnak a háztetőkre szerelt napkollektorok vagy napelemek, amelyek képesek még borús időben is minimális áramellátást biztosítani. Napelemes autókkal újabb és újabb sebességrekordokat állítanak fel, de már napelemes repülőgép is készült.
Van jó témaötleted? Írj nekünk egy vendégcikket!
Ahogy közeledik a történelem érettségi, sokan döbbennek rá, hogy nem készültek fel eléggé az esszéírás feladatra. Módszertani útmutatónkban kitérünk a történet térbeli és időbeli elhelyezésére, a források elemzésére és az eseményeket alakító tényezőkre is.
