🏴 👧🏽 😦 Solarenergie ist eine riesige, unerschöpfliche und saubere Ressource. 👩🏽 📦 🕜

Solarenergieerzeugung ist eine saubere Alternative zu Strom aus fossilen Brennstoffen, ohne Luft- und Wasserverschmutzung, ohne globale Umweltverschmutzung und ohne Gefährdung unserer öffentlichen Gesundheit. Nur 18 Sonnentage auf der Erde enthalten die gleiche Energiemenge, die in allen Reserven der Kohle, des Öls und des Erdgases des Planeten gespeichert ist. Außerhalb der Atmosphäre enthält Sonnenenergie etwa 1300 Watt pro Quadratmeter. Nachdem es die Atmosphäre erreicht hat, wird etwa ein Drittel dieses Lichts zurück in den Weltraum reflektiert, während der Rest weiterhin der Erdoberfläche folgt.

Gemittelt über die gesamte Oberfläche des Planeten sammelt ein Quadratmeter täglich 4,2 Kilowattstunden Energie oder das ungefähre Energieäquivalent von fast einem Barrel Öl pro Jahr. Wüsten mit sehr trockener Luft und geringer Wolkendecke können im Jahresdurchschnitt mehr als 6 Kilowattstunden pro Tag und Quadratmeter erhalten.

Umwandlung von Sonnenenergie in Strom

Photovoltaik (PV) -Paneele und die Konzentration der Sonnenenergie (CSP) von Objekten, die Sonnenlicht einfangen, können daraus nutzbaren Strom machen. PV-Dächer machen Solarenergie in fast allen Teilen der USA lebensfähig. An sonnigen Orten wie Los Angeles oder Phoenix produziert ein 5-Kilowatt-System durchschnittlich 7.000 bis 8.000 Kilowattstunden pro Jahr, was in etwa der Verwendung von Strom aus einem typischen US-Haushalt entspricht.

Im Jahr 2015 wurden in den USA fast 800.000 Photovoltaikanlagen auf Dächern installiert. Bei großen PV-Projekten werden Photovoltaik-Module verwendet, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Diese Projekte haben oft Leistungen im Bereich von Hunderten von Megawatt, und dies sind Millionen von Sonnenkollektoren, die auf einer großen Fläche installiert sind.

Wie Sonnenkollektoren funktionieren

Photovoltaik-Solarmodule basieren auf einer hohen, aber überraschend einfachen Technologie, die Sonnenlicht direkt in Elektrizität umwandelt.

Der französische Wissenschaftler Edmond Becquerel entdeckte 1839, dass einige Materialien bei Sonneneinstrahlung Funken von Elektrizität abgeben würden. Forscher haben herausgefunden, dass diese Eigenschaft, die als photoelektrischer Effekt bezeichnet wird, in naher Zukunft genutzt werden kann. Die erste Photovoltaikzelle (PV) wurde Ende des 19. Jahrhunderts aus Selen hergestellt. 1950 überarbeiteten Wissenschaftler der Bell Labs die Technologie und konnten mithilfe von in Solarzellen hergestelltem Silizium die Energie des Sonnenlichts direkt in Elektrizität umwandeln.

PV-Zellenkomponenten

Die wichtigsten Komponenten einer PV-Zelle sind zwei Schichten aus Halbleitermaterial, die üblicherweise aus Siliziumkristallen bestehen. Das Kristallisieren von Silizium selbst ist kein guter Stromleiter, daher werden ihm absichtlich Verunreinigungen zugesetzt - ein Prozess, der als Dotierungsstufe bezeichnet wird.

Die untere Schicht von Solarzellen besteht normalerweise aus dotiertem Bor, das in Verbindung mit Silizium eine positive Ladung (p) erzeugt, während die mit Phosphor dotierte obere Schicht, die mit Silizium wechselwirkt, eine negative Ladung erzeugt (n).

Zusätzliche Elektronen aus der n-Schicht können ihre Atome verlassen, während die p-Schicht diese Elektronen einfängt. Die Lichtstrahlen „schlagen“ Elektronen aus den Atomen der n-Schicht aus, wonach sie in die p-Schicht fliegen, um leere Stellen einzunehmen. Auf diese Weise laufen Elektronen in einem Kreis, verlassen die p-Schicht, passieren die Last und kehren zur n-Schicht zurück.

Solarbetriebene Drohnen

Jede Zelle erzeugt sehr wenig Energie (einige Watt), sodass sie in Module oder Panels gruppiert sind. Die Panels werden dann entweder als separate Einheiten verwendet oder in größere Arrays gruppiert.

Die Umstellung auf ein elektrisches System mit viel Sonnenenergie bietet viele Vorteile.

Die Kosten für Sonnenkollektoren sinken rapide (1970 kosteten -1 kWh Strom, der mit ihrer Hilfe erzeugt wurde, 60 USD, 1980 - 1 USD, jetzt -20-30 Cent). Aufgrund dessen wächst die Nachfrage nach Solarmodulen um 25% pro Jahr und das jährliche Volumen der verkauften Batterien übersteigt (in Leistung) 40 mW. Der Wirkungsgrad von Solarzellen, der Mitte der 70er Jahre unter Laborbedingungen 18% erreichte, beträgt derzeit 28,5% für Elemente aus kristallinem Silizium und 35% für zweischichtige Platten aus Galliumarsenid und Galliumantimode. Aus Dünnschicht-Halbleitermaterialien (1-2 Mikrometer dick) wurden vielversprechende Elemente entwickelt: Obwohl ihr Wirkungsgrad gering ist (nicht höher als 16%), sind die Kosten sehr niedrig (nicht mehr als 10% der Kosten moderner Solarmodule). Bald schlagen Wissenschaftler vor, dass die Kosten von 1 kWh 10 Cent betragen werden,Damit steht die Solarenergie in erster Linie für die Energieunabhängigkeit vieler Länder.

Perowskit wird die Kosten für Solarenergie senken

Bereits 2013 verbreitete sich die Nachricht über die Weiten des Netzwerks: Das Perowskit-Mineral wird die Solarindustrie revolutionieren. Durch die Verwendung von Perowskit anstelle von Silizium werden die Kosten für die Stromerzeugung mit Sonnenkollektoren gesenkt. Perowskit (Calciumtitanat) wurde zu Beginn des 19. Jahrhunderts im Ural entdeckt, benannt nach L.A. Perovsky (ein berühmter Liebhaber von Mineralien). Als Bestandteil der Fotozelle begann im Jahr 2009 die Verwendung.

Die Batterien werden von einer innovativen, kostengünstigen Fotozelle abgedeckt, deren Hauptvorteil darin besteht, dass viel mehr Teile des Sonnenlichts in Energie umgewandelt werden können. Perowskite sind eine kristalline Struktur, die Sonnenlicht mit maximaler Effizienz absorbiert. Nach vorläufigen Schätzungen können durch die Verwendung von Batterien auf Perowskitbasis die Kosten für ein Kilowatt Energie um das Siebenfache gesenkt werden.

„Der Hauptvorteil der neuen Solarzellen liegt weniger in der Effizienz als vielmehr in der Tatsache, dass das Material verdammt billig ist. Perowskit-basierte Batterien, die kein Silizium verwenden, können Solarenergie wirklich massiv machen. “

Solarenergie für Rechenzentrum

10% des weltweit erzeugten Stroms wird von Serverfarmen verbraucht. Da jetzt in allen Sektoren energieeffiziente Netze und erneuerbare Energiequellen implementiert werden, wurden Rechenzentren nicht ausgelassen. Die negativen Auswirkungen von Serverfarmen auf die Umwelt sind Umweltschützern seit langem bekannt. Daher versuchen die Eigentümer von Rechenzentren, die negativen Auswirkungen ihrer Rechenzentren zu verringern, indem sie auf fortschrittliche energiesparende und "grüne" Technologien zur Stromerzeugung zurückgreifen. Dies kann freie Kühlung und Systeme lokaler Erzeugungskapazitäten auf der Basis erneuerbarer Energiequellen umfassen.

Als Ausweg - ein Solarkraftwerk neben der Serverfarm in den Ländern, in denen die klimatischen Bedingungen dies zulassen. Es ist ideal für Serverfarmen, die in den Tropen oder Subtropen eingesetzt werden. Schließlich trägt die Verwendung von Sonnenkollektoren auf dem Dach des Rechenzentrums neben der Bereitstellung von "grüner Energie" auch dazu bei, die Wärmebelastung des Gebäudes zu verringern, da der von ihnen erzeugte Schatten die vom Dach aufgenommene Wärmemenge minimiert. Das Solarkraftwerk wird die negativen Auswirkungen des Rechenzentrums auf die Umwelt insgesamt verringern und die Zuverlässigkeit von Rechenzentren in Regionen erhöhen, in denen Betriebsstörungen des zentralen Stromnetzes beobachtet werden.

ein großes Kraftwerk für erneuerbare Energien in der Nähe des Apple-Rechenzentrums in Maiden, North Carolina (USA)

Switch hat zusammen mit dem Energieunternehmen Nevada Power mit dem Bau einer 100-MW-Solarstation in der Nähe von Las Vegas begonnen. In den amerikanischen Medien wird Switch auf dem Markt für kommerzielle Rechenzentren als "Unruhestifter" bezeichnet. Dies ist einer der größten Akteure in dieser Branche. Das Unternehmen befasst sich mit dem Bau und der Unterstützung von Rechenzentrumsanlagen - Gebäuden und technischen Infrastrukturen ohne geeignete Computerausrüstung. Das Hauptmodell der Kundeninteraktion ist die Colocation.

Das weltweit größte 400-MW-Wärmekraftwerk, Ivanpa

Im Jahr 2015 haben die USA und Japan begonnen, einen neuen Mechanismus für die Stromversorgung des Rechenzentrums mit Solarenergie zu entwickeln. Das Projekt beinhaltet die Erforschung neuer Möglichkeiten, "... indem eine Reihe von Erzeugungskapazitäten auf der Basis von Solarenergie und Systemen der Klasse HGÜ (Hochspannungsgleichstrom) verwendet werden, um die von Solarmodulen auf Rechenzentrumsebene erzeugte Energie zu verteilen." Eine solche Kombination aus HGÜ und Solarmodulen ermöglicht die Bereitstellung eines einzigen Batterie-Backup-Systems bei gleichzeitiger Einsparung von Kapital und Betriebskosten.

Interessant

Der deutsche Architekt Andre Broesel aus Rawlemon hat eine Solarbatterie in Form einer beweglichen Glaskugel geschaffen. Er nennt es einen Generator der neuen Generation, der die maximale Anzahl von Strahlen einfängt, da er mit einem Sonnennachführsystem und Wetteränderungssensoren ausgestattet ist, die 35% effektiver sind als Standard-Solarmodule.

Das japanische Energieunternehmen Shimizu Corporation gab 2015 seine Absicht bekannt, ein großes Solarkraftwerk auf dem natürlichen Satelliten unseres Planeten - dem Mond - zu bauen. Ein Kraftwerk in Form von Ringen mit Sonnenkollektoren umgibt den Mond nach dem Vorbild des Planeten Saturn und überträgt Energie auf die Erde. Die Shimizu Corporation erwartet von einer solchen Solarstation 13.000 Terawatt Energie pro Jahr. Die Kosten und das Startdatum eines solchen Raumbaus sind noch nicht bekannt.

Das Institut für fortgeschrittene Architektur in Katalonien hat ein Solarpanel entwickelt, das auf Pflanzen, Moos und Boden funktionieren kann. Der Vorteil dieser Technologie ist die Abweisung giftiger giftiger Stoffe und Schwermetalle bei der Herstellung von Sonnenkollektoren. Es verwendet spezielle Bakterien in winzigen Brennstoffzellen, die sich im Boden unter den Wurzeln von Pflanzen befinden. Bakterien werden benötigt, um billige Energie in Minibatterien zu erzeugen. Pflanzen liefern den Lebenszyklus von Bakterien und Wasser dient als Brennstoff für das gesamte System. Ein solches innovatives System kann in Bereichen eingesetzt werden, in denen nicht so viel Sonnenlicht vorhanden ist, wenn Sie Pflanzen durch Moos ersetzen, da es im Schatten wachsen kann.