science >> Wetenschap >  >> Natuur

Is er een manier om 's nachts zonne-energie te krijgen?

Zonne-thermische collectoren kunnen de plant draaiende houden nadat de zon is ondergegaan. Zie meer groene wetenschapsfoto's. Afbeelding met dank aan EIA/NREL

Als je ooit CO2-compensaties hebt gekocht, je hebt misschien gemerkt dat het grootste deel of de hele aankoopprijs naar windenergie gaat, niet zonne. In de wereld van grootschalige alternatieve energie, wind overheerst, vooral omdat het goedkoper is. Maar een recente ontwikkeling in de productie van zonne-energie zou zonne-energie een veel meer haalbare optie kunnen maken.

In de meeste gevallen, de energie van de zon wordt op twee manieren omgezet in elektriciteit:met behulp van fotovoltaïsche cellen, die het zonlicht van de zon omzetten in elektriciteit met behulp van een halfgeleidermateriaal dat fotonen absorbeert en elektronen afgeeft; of met behulp van thermische zonneturbines, die de warmte van de zon gebruiken om stoom op te wekken, die vervolgens een turbine laat draaien om elektriciteit te produceren. Het is de zonne-thermische elektriciteitscentrale dat is klaar voor een grote verandering.

Het grote probleem met zonne-energie is het meest voor de hand liggende:de zon schijnt niet altijd. 's Nachts of op bewolkte dagen, energiecentrales hebben eenvoudigweg geen toegang tot de energie van de zon. Dit maakt zonne-energie duur, aangezien de centrales niet 24/7 kunnen draaien. Een wolk zweeft boven ons hoofd en de plant staat plotseling stil, niets voortbrengen. Het zorgt er ook voor dat zonne-energie soms niet beschikbaar is, zoals 's nachts, wanneer de vraag naar stroom het grootst is.

De oplossing is simpel:sla de energie van de zon op zodat u deze kunt gebruiken wanneer de zon niet beschikbaar is. Helaas, het implementeren van die oplossing was buitengewoon problematisch - totdat een recente doorbraak zonne-energieopslag een realistische optie maakte voor de energie-industrie.

In dit artikel, we zullen ontdekken hoe het mogelijk is om de stroom efficiënt in de zon op te slaan, zodat we er toegang toe hebben als de zon ondergaat. We zullen ook kijken naar de eerste commerciële energiecentrale die is gebouwd om de technologie te gebruiken om erachter te komen hoe het systeem werkt.

Het opbergmateriaal dat de doorbraak mogelijk maakt, staat nu waarschijnlijk in uw keuken.

Zonlicht opslaan

Een reeks collectoren kan energie van de zon opvangen die wordt opgeslagen voor later gebruik. Afbeelding met dank aan Sandia National Laboratories

Het idee om de energie van de zon op te slaan is niets nieuws. Mensen hebben geprobeerd een manier te bedenken om het proces te pauzeren - de energie een tijdje in het zonlicht vasthouden voordat deze wordt omgezet in elektriciteit - zolang zonne-energie een elektriciteitsoptie is geweest. Alle eerdere pogingen, Hoewel, onbetaalbaar problematisch zijn geweest.

Sommigen hebben geprobeerd de energie van de zon op te slaan door het te gebruiken om water omhoog te pompen, waar de energie blijft totdat het water weer bergafwaarts gaat, het vrijgeven. Het comprimeren en vervolgens weer samenpersen van lucht is een andere optie. Maar beide methoden verspillen energie - slechts ongeveer 80 procent van de ingezette zonne-energie wordt aan de andere kant teruggewonnen [bron:Bielo]. Batterijen zijn ook extreem inefficiënt, waardoor ze te duur zijn om een ​​levensvatbare grootschalige opslagoptie te zijn. In een koffiethermoskan kun je evenveel energie opslaan als in een laptopbatterij, wat 10 keer zoveel kost [bron:Wald].

En daar komt de doorbraak:warmte is gemakkelijk op te slaan.

Dat is in wezen wat de thermoskan doet, de warmte van die koffie op te slaan. En warmte wekt elektriciteit op in een zonne-thermische centrale, dus warmte opslaan is een manier om het proces te pauzeren:laat de zon iets opwarmen, houd dat ding warm tot de zon ondergaat, en vervolgens die warmte gebruiken om de stoom op te wekken die de turbine laat draaien.

Natuurlijk, zo relatief eenvoudig als het is om warmte op te slaan, je moet de juiste stof vinden voor een toepassing op zonne-energie. Om de extreme warmte op te slaan die een thermische zonne-energiecentrale laat draaien, de stof moet stabiel blijven bij hoge temperaturen - in het gebied van 750 graden F (400 graden C) - anders zou je problemen krijgen met verdampen en drukveranderingen [bron:Bielo]. Het is ook handig dat de stof goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar is.

Voer dat wit in, kristallijn spul in je kast dat je waarschijnlijk op je roerei doet, je margarita-glas en je edamame:zout. Zout smelt alleen bij zeer hoge temperaturen, verdampt zeer, zeer hoge temperaturen en is verkrijgbaar in vrijwel onbeperkte, goedkope levering. Plus, het verliest slechts ongeveer 7 procent van de energie die erin wordt gestopt [bron:Bielo].

Werkelijk, de eerste zonne-energiecentrale met zoutopslag gebruikt geen keukenzout. Het gebruikt een ander zoutmengsel dat vaak als meststof wordt gebruikt, een combinatie van natrium- en kaliumnitraat. De Andasol 1-energiecentrale in Grenada, Spanje, is verpakt met 30, 865 ton (28, 000 ton) van het spul [bron:Bielo].

Andasol 1

Een zonnecollectorsysteem met parabolische trog kan oliebuizen tot enorme temperaturen opwarmen. Afbeelding met dank aan Sandia National Laboratories

De Andasol 1-fabriek in Spanje begon in november 2008 met het opwekken van stroom. en zolang de zon schijnt, het werkt vrijwel zoals elke andere thermische zonne-energiecentrale. Zonlicht valt op een soort zonnecollector -- in dit geval een veld van parabolische trogspiegels gericht op buizen gevuld met olie, die opwarmt tot meer dan 752 graden Fahrenheit (400 graden Celsius). Die hete olie wordt gebruikt om water te koken, die stoom produceert, die een turbine laat draaien.

Alleen als de zon niet schijnt, heeft het opslagsysteem invloed op de stroomopwekking. De opstelling gaat als volgt:

Het veld met zonnecollectoren bij Andasol 1 is groot genoeg om bijna twee keer zoveel zonlicht op te vangen als de plant nodig heeft tijdens zonnige tijden. De extra verwarmde olie wordt naar een warmtewisselaar gestuurd die tussen gigantische vaten met gesmolten zout loopt. Eén vat bevat relatief koel gesmolten zout (ongeveer 500 graden F of 260 graden C). Dat zout wordt in de warmtewisselaar gepompt, waar het warmte van de olie opneemt. Het nu hetere gesmolten zout (752 graden F of 400 graden C) stroomt in het tweede vat, waar het wacht tot de zon achter een wolk zakt.

Wanneer de centrale de opgeslagen warmte nodig heeft, het hetere gesmolten zout wordt door de warmtewisselaar teruggepompt. Daar, het geeft zijn warmte af aan de olie die stoom zal genereren. De hetere olie gaat naar het krachtcentrum, en het nu koelere gesmolten zout stroomt terug in de koelere tank. Het proces begint dan helemaal opnieuw.

Zout gebruiken om de warmte van de zon op te slaan, de plant kan werken zonder zonlicht, bijna twee keer zo lang draaien als andere zonne-energiecentrales. Dankzij de zoutopslagopstelling kan Andasol 1 50 procent meer energie genereren dan zonder dit - 178, 000 megawattuur elektriciteit [bron:redelijk]. Dat extra opwekvermogen verlaagt de totale kosten van de elektriciteit van de centrale. Het zou uiteindelijk kunnen wedijveren met de kosten van aardgas.

Dit type zoutopslag is niet het enige ontwerp op tafel voor het opslaan van zonne-energie. Sommige planten kijken naar een meer directe benadering waarbij de olie wordt overgeslagen - ze zouden de warmte van de zon zowel verzamelen als opslaan in zout. Zand is een ander potentieel materiaal voor warmteopslag.

En een andere groep heeft een systeem ontwikkeld dat de moleculaire effecten van fotosynthese nabootst om zonne-energie op te slaan:het gebruikt zonlicht om watermoleculen te splitsen in waterstof en zuurstof, die vervolgens weer in een brandstofcel worden samengevoegd.

Voor meer informatie over zonne-energieopslag en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Wat zijn eco-plastics?
  • Hoe kunstmatige fotosynthese werkt
  • 5 milieuvriendelijke vervangers voor plastic

bronnen

  • Bielo, David. "Hoe zonne-energie 's nachts te gebruiken." Wetenschappelijke Amerikaan. 18 februari, 2009.http://www.sciam.com/article.cfm?id=how-to-use-solar-energy-at-night
  • Fairley, Pieter. "Grootste thermische zonne-energieopslaginstallatie om op te starten." IEEE-spectrum. Oktober 2008.http://spectrum.ieee.org/oct08/6851
  • Trafton, Anna. "'Major ontdekking' van MIT klaargestoomd om zonne-revolutie te ontketenen." MIT-nieuws. 31 juli 2008.http://web.mit.edu/newsoffice/2008/oxygen-0731.html
  • Wald, Matthew L. "Nieuwe manieren om zonne-energie op te slaan voor nachtelijke en bewolkte dagen." De New York Times. 15 april, 2008.http://www.nytimes.com/2008/04/15/science/earth/15sola.html

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat is nodig voor de glycolyse om te beginnen?
  2. Hoe het plasmamembraan regelt wat er in komt en uit een cel komt
  3. Research Paper Onderwerpen in Biochemistry
  4. Voordelen van embryonale stamcelonderzoek
  5. Your Brain On: An All Nighter
  6. Berekening van celconcentratie
  7. De meest voorkomende organische moleculen in cellen
  8. Wat maakt clowns zo griezelig?
  9. Cellulaire ademhaling: definitie, vergelijking en stappen

Wetenschap