हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों की विशेष रूप से वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों में रुचि रही है। तेल और गैस जल्दी या बाद में खत्म हो जाएगी, इसलिए हमें यह सोचना होगा कि अब हम इस स्थिति में कैसे बचे रहेंगे। यूरोप में पवन चक्कियों का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है, कोई समुद्र से ऊर्जा निकालने की कोशिश कर रहा है, और हम सौर ऊर्जा के बारे में बात करेंगे। आखिरकार, एक तारा जिसे हम लगभग हर दिन आकाश में देखते हैं, वह हमें गैर-नवीकरणीय संसाधनों को बचाने और पर्यावरण को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है। पृथ्वी के लिए सूर्य के मूल्य को कम करना मुश्किल है - यह गर्मी, प्रकाश देता है और ग्रह पर सभी जीवन को कार्य करने की अनुमति देता है। तो क्यों न इसका कोई दूसरा उपयोग खोजा जाए?
थोड़ा सा इतिहास
19वीं शताब्दी के मध्य में, भौतिक विज्ञानी अलेक्जेंडर एडमंड बेकरेल ने फोटोवोल्टिक प्रभाव की खोज की। और सदी के अंत तक, चार्ल्स फ्रिट्स ने सौर ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने में सक्षम पहला उपकरण बनाया। इसके लिए सोने की पतली परत में लिपटे सेलेनियम का इस्तेमाल किया गया था। प्रभाव कमजोर था, लेकिन यह आविष्कार अक्सर सौर ऊर्जा के युग की शुरुआत से जुड़ा होता है। कुछ विद्वान इस सूत्रीकरण से सहमत नहीं हैं। वे सौर ऊर्जा के युग के संस्थापक को विश्व प्रसिद्ध वैज्ञानिक अल्बर्ट आइंस्टीन कहते हैं। 1921 मेंवर्ष उन्हें बाह्य प्रकाश विद्युत प्रभाव के नियमों की व्याख्या करने के लिए नोबेल पुरस्कार मिला।
ऐसा लगता है कि सौर ऊर्जा विकास का एक आशाजनक तरीका है। लेकिन इसके हर घर में प्रवेश करने में कई बाधाएं हैं - मुख्य रूप से आर्थिक और पर्यावरणीय। सौर पैनलों की लागत क्या है, वे पर्यावरण को क्या नुकसान पहुंचा सकते हैं और ऊर्जा उत्पन्न करने के अन्य तरीके क्या हैं, हम नीचे जानेंगे।
बचत के तरीके
सूर्य की ऊर्जा को वश में करने से जुड़ा सबसे जरूरी काम उसकी प्राप्ति ही नहीं, उसका संचय भी है। और वही सबसे कठिन है। वर्तमान में, वैज्ञानिकों ने सौर ऊर्जा को पूरी तरह से नियंत्रित करने के लिए केवल 3 तरीके विकसित किए हैं।
पहला एक परवलयिक दर्पण के उपयोग पर आधारित है और एक आवर्धक कांच के साथ खेलने जैसा है, जो बचपन से सभी से परिचित है। प्रकाश लेंस से होकर गुजरता है, एक बिंदु पर एकत्रित होता है। यदि आप इस स्थान पर कागज का एक टुकड़ा रखते हैं, तो यह हल्का हो जाएगा, क्योंकि पार की गई सूर्य की किरणों का तापमान अविश्वसनीय रूप से अधिक होता है। एक परवलयिक दर्पण एक उथले कटोरे जैसा दिखने वाला अवतल डिस्क होता है। यह दर्पण, एक आवर्धक कांच के विपरीत, संचारित नहीं करता है, लेकिन सूर्य के प्रकाश को दर्शाता है, इसे एक बिंदु पर एकत्रित करता है, जिसे आमतौर पर पानी के साथ एक काले पाइप की ओर निर्देशित किया जाता है। इस रंग का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि यह प्रकाश को सर्वोत्तम रूप से अवशोषित करता है। पाइप में पानी सूरज की रोशनी से गर्म होता है और बिजली पैदा करने या छोटे घरों को गर्म करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
फ्लैट हीटर
इस विधि का उपयोग करता हैएक पूरी तरह से अलग प्रणाली। सौर ऊर्जा रिसीवर एक बहुपरत संरचना की तरह दिखता है। इसके संचालन का सिद्धांत इस तरह दिखता है।
कांच से गुजरते हुए किरणें काले रंग की धातु से टकराती हैं, जो जैसा कि आप जानते हैं, प्रकाश को बेहतर तरीके से अवशोषित करती है। सौर विकिरण तापीय ऊर्जा में बदल जाता है और पानी को गर्म करता है, जो लोहे की प्लेट के नीचे होता है। इसके अलावा, सब कुछ पहली विधि की तरह होता है। गर्म पानी का उपयोग या तो अंतरिक्ष को गर्म करने के लिए या विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। सच है, इस पद्धति की प्रभावशीलता इतनी अधिक नहीं है कि इसे हर जगह इस्तेमाल किया जा सके।
नियमानुसार इस प्रकार से प्राप्त होने वाली सौर ऊर्जा ऊष्मा होती है। बिजली उत्पन्न करने के लिए तीसरी विधि का प्रयोग अधिक बार किया जाता है।
सौर सेल
सबसे अधिक हम ऊर्जा प्राप्त करने के इस तरीके से परिचित हैं। इसमें विभिन्न बैटरियों या सौर पैनलों का उपयोग शामिल है, जो कई आधुनिक घरों की छतों पर पाए जा सकते हैं। यह विधि पहले वर्णित की तुलना में अधिक जटिल है, लेकिन बहुत अधिक आशाजनक है। यह वह है जो औद्योगिक पैमाने पर सौर ऊर्जा को बिजली में बदलना संभव बनाता है।
किरणों को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए विशेष पैनल समृद्ध सिलिकॉन क्रिस्टल से बनाए गए हैं। उन पर पड़ने वाला सूर्य का प्रकाश इलेक्ट्रॉन को कक्षा से बाहर कर देता है। दूसरा तुरंत उसकी जगह लेने का प्रयास करता है, इस प्रकार एक निरंतर चलती श्रृंखला प्राप्त होती है, जो एक धारा बनाती है। यदि आवश्यक हो, तो इसे तुरंत उपकरण प्रदान करने या फॉर्म में जमा करने के लिए उपयोग किया जाता हैविशेष बैटरी में बिजली।
इस पद्धति की लोकप्रियता इस तथ्य से उचित है कि यह आपको केवल एक वर्ग मीटर सौर पैनलों से 120 वाट से अधिक प्राप्त करने की अनुमति देता है। साथ ही, पैनलों में अपेक्षाकृत छोटी मोटाई होती है, जो उन्हें लगभग कहीं भी रखने की अनुमति देती है।
सिलिकॉन पैनल के प्रकार
सौर सेल कई प्रकार के होते हैं। पहले सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन का उपयोग करके बनाए जाते हैं। उनकी दक्षता लगभग 15% है। ये सोलर पैनल सबसे महंगे हैं।
पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से बने तत्वों की दक्षता 11% तक पहुंच जाती है। उनकी लागत कम है, क्योंकि उनके लिए सामग्री सरलीकृत तकनीक का उपयोग करके प्राप्त की जाती है। तीसरा प्रकार सबसे किफायती है और इसकी न्यूनतम दक्षता है। ये अनाकार सिलिकॉन, यानी गैर-क्रिस्टलीय से बने पैनल हैं। कम दक्षता के अलावा, उनकी एक और महत्वपूर्ण कमी है - नाजुकता।
कुछ निर्माता दक्षता बढ़ाने के लिए सौर पैनल के दोनों किनारों का उपयोग करते हैं - पीछे और सामने। यह आपको बड़ी मात्रा में प्रकाश को पकड़ने की अनुमति देता है और प्राप्त ऊर्जा की मात्रा को 15-20% तक बढ़ा देता है।
घरेलू निर्माता
पृथ्वी पर सौर ऊर्जा अधिक व्यापक होती जा रही है। हमारे देश में भी, वे इस उद्योग का अध्ययन करने में रुचि रखते हैं। इस तथ्य के बावजूद कि रूस में वैकल्पिक ऊर्जा का विकास बहुत सक्रिय नहीं है, कुछ सफलता हासिल की गई है। वर्तमान में, कई संगठन सौर ऊर्जा के लिए पैनल बनाने में लगे हुए हैं - मुख्य रूप सेविद्युत उपकरणों के उत्पादन के लिए विभिन्न क्षेत्रों और कारखानों के वैज्ञानिक संस्थान।
- एनपीएफ "क्वार्क"।
- OJSC कोवरोव मैकेनिकल प्लांट।
- कृषि के विद्युतीकरण के अखिल रूसी अनुसंधान संस्थान।
- एनजीओ इंजीनियरिंग।
- एओ वियन।
- OJSC "धातु-सिरेमिक उपकरणों का रियाज़ान संयंत्र"।
- JSC Pravdinsky पायलट प्लांट ऑफ़ पॉवर सोर्स पॉज़िट।
यह रूस में वैकल्पिक ऊर्जा के विकास में सक्रिय रूप से शामिल उद्यमों का एक छोटा सा हिस्सा है।
पर्यावरण पर प्रभाव
ऊर्जा के कोयले और तेल स्रोतों की अस्वीकृति न केवल इस तथ्य से जुड़ी है कि ये संसाधन जल्दी या बाद में समाप्त हो जाएंगे। तथ्य यह है कि वे पर्यावरण को बहुत नुकसान पहुंचाते हैं - वे मिट्टी, हवा और पानी को प्रदूषित करते हैं, लोगों में बीमारियों के विकास में योगदान करते हैं और प्रतिरक्षा को कम करते हैं। इसलिए वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत पर्यावरण के अनुकूल होने चाहिए।
सिलिकॉन, जिसका उपयोग फोटोवोल्टिक सेल बनाने के लिए किया जाता है, अपने आप में सुरक्षित है क्योंकि यह एक प्राकृतिक सामग्री है। लेकिन सफाई के बाद कचरा ही रह जाता है। वे ही हैं जो अनुचित तरीके से उपयोग किए जाने पर मनुष्यों और पर्यावरण को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
इसके अलावा, पूरी तरह से सौर पैनलों से भरे क्षेत्र में प्राकृतिक प्रकाश व्यवस्था बाधित हो सकती है। इससे मौजूदा पारिस्थितिकी तंत्र में बदलाव आएगा। लेकिन सामान्य तौर पर, सौर ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों का पर्यावरणीय प्रभाव न्यूनतम होता है।
अर्थव्यवस्था
सौर पैनलों के उत्पादन की सबसे बड़ी लागत कच्चे माल की उच्च लागत से जुड़ी है। जैसा कि हमने पहले ही पाया है, सिलिकॉन का उपयोग करके विशेष पैनल बनाए जाते हैं। इस तथ्य के बावजूद कि यह खनिज प्रकृति में व्यापक रूप से वितरित है, इसके निष्कर्षण से जुड़ी बड़ी समस्याएं हैं। तथ्य यह है कि सिलिकॉन, जो पृथ्वी की पपड़ी के द्रव्यमान का एक चौथाई से अधिक बनाता है, सौर कोशिकाओं के उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं है। इन उद्देश्यों के लिए, केवल एक औद्योगिक विधि द्वारा प्राप्त शुद्धतम सामग्री उपयुक्त है। दुर्भाग्य से, रेत से शुद्धतम सिलिकॉन प्राप्त करना अत्यंत समस्याग्रस्त है।
इस संसाधन की कीमत परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किए जाने वाले यूरेनियम के बराबर है। यही कारण है कि सौर पैनलों की लागत वर्तमान में काफी उच्च स्तर पर बनी हुई है।
आधुनिक तकनीक
सौर ऊर्जा पर काबू पाने का पहला प्रयास बहुत समय पहले सामने आया था। तब से, कई वैज्ञानिक सक्रिय रूप से सबसे कुशल उपकरणों की खोज में लगे हुए हैं। यह न केवल लागत प्रभावी होना चाहिए, बल्कि कॉम्पैक्ट भी होना चाहिए। इसकी दक्षता को अधिकतम करने का प्रयास करना चाहिए।
सौर ऊर्जा प्राप्त करने और परिवर्तित करने के लिए एक आदर्श उपकरण की दिशा में पहला कदम सिलिकॉन बैटरी के आविष्कार के साथ बनाया गया था। बेशक, कीमत काफी अधिक है, लेकिन पैनलों को घरों की छतों और दीवारों पर रखा जा सकता है, जहां वे किसी को परेशान नहीं करेंगे। और ऐसी बैटरियों की दक्षता निर्विवाद है।
लेकिन सौर ऊर्जा की लोकप्रियता बढ़ाने का सबसे अच्छा तरीका इसे सस्ता करना है। जर्मन वैज्ञानिकों ने पहले से ही सिलिकॉन को सिंथेटिक फाइबर के साथ बदलने का प्रस्ताव दिया है जिसे एकीकृत किया जा सकता हैकपड़ा या अन्य सामग्री। ऐसी सौर बैटरी की दक्षता बहुत अधिक नहीं होती है। लेकिन सिंथेटिक फाइबर से बनी शर्ट कम से कम स्मार्टफोन या प्लेयर को बिजली तो दे ही सकती है। नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में भी सक्रिय रूप से काम किया जा रहा है। यह संभावना है कि वे इस सदी में सूर्य को ऊर्जा का सबसे लोकप्रिय स्रोत बनने देंगे। नॉर्वे के स्केट्स एएस विशेषज्ञ पहले ही कह चुके हैं कि नैनो तकनीक सौर पैनलों की लागत को 2 गुना कम कर देगी।
घर के लिए सौर ऊर्जा
आत्मनिर्भर आवास कई लोगों का सपना होता है: केंद्रीकृत हीटिंग पर कोई निर्भरता नहीं, बिलों का भुगतान करने में कोई समस्या नहीं है, और पर्यावरण को कोई नुकसान नहीं है। पहले से ही, कई देश सक्रिय रूप से आवास का निर्माण कर रहे हैं जो केवल वैकल्पिक स्रोतों से प्राप्त ऊर्जा की खपत करते हैं। एक उल्लेखनीय उदाहरण तथाकथित सौर घर है।
निर्माण प्रक्रिया के दौरान, इसमें पारंपरिक निवेश की तुलना में अधिक निवेश की आवश्यकता होगी। लेकिन कई वर्षों के संचालन के बाद, सभी लागतों का भुगतान किया जाएगा - आपको हीटिंग, गर्म पानी और बिजली के लिए भुगतान नहीं करना होगा। सोलर हाउस में, ये सभी संचार छत पर लगाए गए विशेष फोटोवोल्टिक पैनलों से बंधे होते हैं। इसके अलावा, इस तरह से प्राप्त ऊर्जा संसाधनों को न केवल वर्तमान जरूरतों पर खर्च किया जाता है, बल्कि रात में और बादल मौसम में भी उपयोग के लिए जमा किया जाता है।
वर्तमान में, ऐसे घरों का निर्माण न केवल भूमध्य रेखा के करीब के देशों में किया जाता है, जहां सौर ऊर्जा प्राप्त करना सबसे आसान है। इन्हें भी में खड़ा किया जाता हैकनाडा, फिनलैंड और स्वीडन।
नकारात्मक पक्ष
प्रौद्योगिकी का विकास जो हर जगह सौर ऊर्जा के उपयोग की अनुमति देता है, अधिक सक्रिय हो सकता है। लेकिन कुछ कारण हैं कि यह अभी भी प्राथमिकता क्यों नहीं है। जैसा कि हमने ऊपर कहा, पैनलों के उत्पादन के दौरान पर्यावरण के लिए हानिकारक पदार्थों का उत्पादन होता है। इसके अलावा, तैयार उपकरण में गैलियम, आर्सेनिक, कैडमियम और सीसा होता है।
फोटोवोल्टिक पैनलों को रीसायकल करने की आवश्यकता भी कई सवाल उठाती है। 50 वर्षों के संचालन के बाद, वे अनुपयोगी हो जाएंगे और उन्हें किसी तरह नष्ट करना होगा। क्या इससे प्रकृति को भारी नुकसान होगा? यह भी विचार करने योग्य है कि सौर ऊर्जा एक चंचल संसाधन है, जिसकी दक्षता दिन और मौसम के समय पर निर्भर करती है। और यह एक महत्वपूर्ण कमी है।
लेकिन, ज़ाहिर है, प्लसस हैं। सौर ऊर्जा को पृथ्वी पर लगभग कहीं भी खनन किया जा सकता है, और इसे बनाने और बदलने के लिए उपकरण स्मार्टफोन के पीछे फिट होने के लिए काफी छोटा हो सकता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह एक अक्षय संसाधन है, यानी सौर ऊर्जा की मात्रा कम से कम एक और हजार साल तक अपरिवर्तित रहेगी।
संभावना
सौर ऊर्जा के क्षेत्र में प्रौद्योगिकियों के विकास से तत्वों को बनाने की लागत में कमी आनी चाहिए। ग्लास पैनल पहले से ही दिखाई दे रहे हैं जिन्हें खिड़कियों पर स्थापित किया जा सकता है। नैनोटेक्नोलॉजी के विकास ने एक ऐसे पेंट का आविष्कार करना संभव बना दिया है जो सौर पैनलों पर छिड़का जाएगा और सिलिकॉन परत को बदल सकता है।यदि सौर ऊर्जा की लागत वास्तव में कई गुना कम हो जाती है, तो इसकी लोकप्रियता भी कई गुना बढ़ जाएगी।
व्यक्तिगत उपयोग के लिए छोटे पैनल बनाने से लोग घर में, कार में या शहर के बाहर किसी भी वातावरण में सौर ऊर्जा का उपयोग कर सकेंगे। उनके वितरण के लिए धन्यवाद, केंद्रीकृत पावर ग्रिड पर भार कम हो जाएगा, क्योंकि लोग छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स को स्वयं चार्ज करने में सक्षम होंगे।
शैल विशेषज्ञों का मानना है कि 2040 तक दुनिया की लगभग आधी ऊर्जा अक्षय संसाधनों से उत्पन्न होगी। पहले से ही जर्मनी में, सौर ऊर्जा की खपत सक्रिय रूप से बढ़ रही है, और बैटरी की शक्ति 35 गीगावाट से अधिक है। जापान भी इस उद्योग को सक्रिय रूप से विकसित कर रहा है। ये दोनों देश दुनिया में सौर ऊर्जा की खपत में अग्रणी हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका के जल्द ही उनके साथ जुड़ने की संभावना है।
ऊर्जा के अन्य वैकल्पिक स्रोत
वैज्ञानिक इस बात को लेकर उलझन नहीं छोड़ते कि बिजली या गर्मी पैदा करने के लिए और क्या इस्तेमाल किया जा सकता है। यहां सबसे आशाजनक वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों के उदाहरण दिए गए हैं।
पवनचक्की अब लगभग किसी भी देश में पाई जा सकती है। यहां तक कि कई रूसी शहरों की सड़कों पर लालटेन स्थापित हैं जो पवन ऊर्जा से खुद को बिजली प्रदान करते हैं। निश्चित रूप से उनकी लागत औसत से अधिक है, लेकिन समय के साथ वे इस अंतर की भरपाई कर लेंगे।
काफी समय पहले, एक ऐसी तकनीक का आविष्कार किया गया था जिसका उपयोग करके आप ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैंसमुद्र की सतह और गहराई पर पानी के तापमान में अंतर। चीन इस दिशा को सक्रिय रूप से विकसित करने जा रहा है। आने वाले वर्षों में, मध्य साम्राज्य के तट पर, वे इस तकनीक पर चलने वाले सबसे बड़े बिजली संयंत्र का निर्माण करने जा रहे हैं। समुद्र का उपयोग करने के अन्य तरीके हैं। उदाहरण के लिए, ऑस्ट्रेलिया में वे एक बिजली संयंत्र बनाने की योजना बना रहे हैं जो धाराओं के बल से ऊर्जा उत्पन्न करता है।
बिजली या गर्मी पैदा करने के और भी कई तरीके हैं। लेकिन कई अन्य विकल्पों की पृष्ठभूमि के खिलाफ, सौर ऊर्जा वास्तव में विज्ञान के विकास में एक आशाजनक दिशा है।
