L'energia del futuro, oggi Come funzionano i pannelli solari e gli eliostati?

Risorse rinnovabili. È un problema che affrontiamo ogni giorno, che ce ne rendiamo conto o no. Con ogni pompa di una leva del gas, con ogni pressione dell'acceleratore di una macchina, con ogni spina dei nostri caricabatterie per smartphone, stiamo consumando carburante. E un giorno, quel carburante finirà. Quindi, perché non usiamo l'unica fonte di energia che non si esaurirà - il sole?

Il sole è un'entità magnifica. Fornisce al mondo abbastanza energia per alimentare tutta la civiltà. L'unico problema è come possiamo catturare e sfruttare quell'energia? A che serve un mucchio di energia gratuita se non possiamo convertirlo in un mezzo utile? Qui sta il problema, ed è molto più difficile da risolvere di quanto tu possa immaginare.

“Apetta un minuto” tu dici, “abbiamo avuto elettricità solare commerciale dagli anni '80!” E avresti ragione nel dirlo. Tuttavia, il problema non è in Come convertire l'energia del sole in elettricità. Sappiamo già come farlo, ma non a un livello che può essere consumato in serie. Per comprendere i limiti dell'energia solare, abbiamo bisogno di sapere come funzionano i pannelli solari.

Quindi unisciti a me mentre approfondisco il funzionamento interno dell'energia solare. Diamo uno sguardo più da vicino al processo di trasformazione della luce solare in una fonte di energia vitale.

L'energia solare inizia, come ci si aspetterebbe, con il sole. Quella palla di fuoco gigante che si blocca nel cielo è la perfetta fonte di energia. A differenza del carbone, il sole non intasa la nostra atmosfera con l'anidride carbonica. È facilmente accessibile, quindi non dobbiamo andare a trivellare in tutto il mondo. Lavorare con l'energia solare non rappresenta una minaccia per l'uomo (tranne forse per le scottature occasionali).

E soprattutto, l'energia solare è gratuita. Oltre a costruire i recettori attuali e il mantenimento delle apparecchiature, l'energia solare non ha alcun costo associato ad essa.

Quindi come fa tutto il lavoro?

L'energia è tutto intorno a noi in diverse forme. La luce è energia Il calore è energia. Il movimento è energia. La quiete è (potenziale) energia. Il sole emana una quantità enorme di luce e il nostro obiettivo è convertire quell'energia luminosa in qualcosa che possiamo usare, cioè l'energia elettrica.

Nella maggior parte dei casi, quando la luce colpisce un oggetto, viene convertita in energia termica. Ripensa alla tua ultima visita in spiaggia. Mentre ti sedevi al sole, la tua pelle diventava calda. È un semplice fatto di vita che tutti abbiamo vissuto. Ma esistono alcuni materiali che convertono la luce in energie diverse dal calore. Il silicio è uno di quei materiali.

Quando la luce colpisce il silicio, non si dissipa come il calore. Invece, gli elettroni della molecola di silicio si muovono intorno muovendosi, producendo una corrente elettrica. Per utilizzare il silicio in questo modo, tuttavia, sono necessari cristalli di silicio di grandi dimensioni sufficientemente grandi da produrre quantità notevoli di elettricità.

Le versioni precedenti della tecnologia solare utilizzavano cristalli di silicio. Come si è scoperto, questo metodo di conversione della luce solare non era molto fattibile perché i cristalli di silicio di grandi dimensioni sono difficili da coltivare. Quando qualcosa è difficile, il prezzo rimane alto. Se il prezzo rimane alto, l'uso diffuso diventa improbabile.

Al giorno d'oggi, la tecnologia solare utilizza un materiale diverso. Questo nuovo materiale è composto da rame, indio, gallio e selenio ed è giustamente chiamato rame-indio-gallio-seleniuro, o CIGS. A differenza del silicio, i cristalli prodotti da CIGS sono più piccoli e più economici, ma sono molto più inefficienti del silicio nella conversione della luce solare.

Ed è qui che siamo oggi. L'elettricità solare rappresenta pochissima produzione di energia mondiale, e rimarrà tale finché gli scienziati non troveranno un nuovo materiale che funzioni bene come il silicio o scopriranno un metodo per produrre a buon mercato cristalli di silicio di grandi dimensioni.

Poiché inefficienti come i pannelli solari sono in questo momento, ci sono alcuni metodi che vengono utilizzati per migliorare la cattura e lo stoccaggio di energia solare. Un modo è utilizzare una batteria che memorizza l'energia, consentendo il consumo quando non c'è il sole, di notte e durante i giorni nuvolosi. Un altro modo è usare un eliostato.

Cos'è un eliostato? Si può pensare ad esso come un grande specchio (o molti specchi) attaccato ad un palo o piattaforma rotante (o molti pali e piattaforme). A differenza dei pannelli solari, gli eliostati non assorbono direttamente il sole; invece, usano specchi per reindirizzare la luce del sole e mirare a pannelli solari stazionari per l'assorbimento.

Gli eliostati sono per lo più controllati dai computer. Questi computer sono alimentati con determinati dati (la posizione dell'eliostostato, la posizione del pannello solare, l'ora e la data) ei dati vengono scricchiolati fino a quando il computer non è in grado di calcolare la posizione del sole nel cielo. Una volta fatto, il computer regola l'angolo dello specchio in modo che la luce del sole rimbalzi e colpisca il pannello solare target.

Il più grande beneficio dell'eliostato è che una moltitudine di essi può essere organizzata per essere diretta verso un singolo recettore solare. Mentre normalmente un pannello solare può ricevere solo una certa copertura della luce solare, una disposizione di eliostati può amplificare drasticamente la quantità di luce che viene convertita.

Ma anche con gli eliostati, l'energia solare ha ancora una lunga strada da percorrere prima che possa essere utilizzata su vasta scala. Se non fosse per il problema di conversione la luce solare effettiva, l'energia solare sarebbe il combustibile più rinnovabile, più conveniente e più sano per l'ambiente per la nostra civiltà. Cioè, fino a quando il sole esplode.

Image Credit: Solar Panel Illustration Via Shutterstock, foto del pannello solare tramite Shutterstock

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