Η «Μητέρα όλων των ενεργειακών μονάδων» στη Γερμανία – Άνεμος και ήλιος και ο ρόλος των διαμαντιών

Παρά τα σημαντικά προβλήματα τα οποία επιφέρουν καθυστερήσεις, οι επικίνδυνες και πλέον ολοένα και πιο εμφανείς επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής η στροφή προς τις ΑΠΕ γεννά νέες τεχνολογίες.

Οι χώρες δείχνουν ενδιαφέρον για έργα που αφορούν τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ακόμη και κυβερνητικές υπηρεσίες έχουν χαράξει πολιτικές για την αντιμετώπιση αυτών των ανησυχιών. 

Μια χώρα που αναδεικνύεται σε case study είναι η Γερμανία, η οποία παρουσίασε καινοτόμα projects.

Το ορόσημο-πρόκληση 

Στο πλαίσιο αυτό, η χώρα ολοκλήρωσε ένα προηγουμένως αδιανόητο ορόσημο με στροβίλους πολλαπλών μεγαβάτ στις εγκαταστάσεις της Thyssenkrupp Rothe Erde. Προβλέπουν ότι θα υπάρξει αύξηση 50% στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από αυτούς τους στροβίλους φέτος, παράγοντας περίπου 60.000 MW .

Αυτό το επίτευγμα αποτελεί τεράστια πρόοδο στην αναζήτηση μόνιμων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και απόδειξη ότι οι εθνικοί πόροι διοχετεύονται στη χρήση τεχνολογίας για την αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων. Με την ικανότητα να ξεπεράσει την προηγούμενη παραγωγή της, δείχνει ότι η Γερμανία είναι σε θέση να χρησιμοποιήσει τις τρέχουσες μηχανικές πρακτικές για την αναβάθμιση της αιολικής ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, θα υπάρξουν περισσότερες θέσεις εργασίας για τους ντόπιους και περισσότερες πράσινες τεχνολογίες, γεγονός που θα καταστήσει τη Γερμανία την κορυφαία χώρα στην αιολική ενέργεια παγκοσμίως.

Οι ευρωπαϊκοί στόχοι

Τα επιτεύγματα της χώρας ικανοποιούν τους κλιματικούς στόχους της Ευρωπαϊκής Ένωσης για ουδετερότητα άνθρακα και την επιδίωξή της για ενέργεια με ουδέτερο ισοζύγιο άνθρακα ( όπως ακριβώς κάνει αυτή η ανεμογεννήτρια ). Σύμφωνα με το eldiario.com, αυτό έχει πιστοποιήσει τη Γερμανία ως τον κορυφαίο προορισμό για την ανάπτυξη μελλοντικών βιώσιμων ενεργειακών συστημάτων

Τα νούμερα

Η Γερμανία είναι η κορυφαία χώρα της Ευρώπης στην αιολική ενέργεια  με 61.405 μεγαβάτ εγκατεστημένης ισχύος. Οι ανεμογεννήτριες από το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας ThyssenKrupp Rote Erde παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε πάνω από 7,5 εκατομμύρια κατοικίες ετησίως.

Το κλειδί για την αποτελεσματικότητα και την χωρητικότητα της Γερμανίας βρίσκεται στο σύστημα ανεμογεννητριών που βασίζεται στον ωκεανό. Παρόλο που διαθέτει πάνω από 30.000 λειτουργικές ανεμογεννήτριες στον στόλο της, μόνο 1200 είναι υπεράκτιες. 

Ωστόσο, αυτές είναι υπεύθυνες για την άψογη χωρητικότητα και απόδοση αυτών των ενεργειακών σταθμών. Ο λόγος είναι ότι δέχονται συνεχώς ισχυρούς ανέμους, χωρίς να αλλάζουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες. Επιπλέον, διαθέτουν ρότορες διαμέτρου 220 μέτρων και πτερύγια που εκτείνονται έως και 100 μέτρα, όλα κατασκευασμένα από αντιδιαβρωτικό υλικό. Τα χαρακτηριστικά αυτά τους επιτρέπουν να αντέχουν σε σκληρές ανέμους και καιρικές συνθήκες.

Τι κάνει αυτό το αιολικό πάρκο τόσο αποδοτικό

Για να επιτευχθεί σταθερότητα και αποτελεσματικότητα στην κατανομή ισχύος, οι ανεμογεννήτριες έχουν ειδικό σχεδιασμό. Τα εξαρτήματα των ρουλεμάν μεταφέρουν την αιολική ενέργεια χωρίς καθυστέρηση στη γεννήτρια, διατηρώντας παράλληλα τη σταθερότητά της. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα του ανέμου, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση.

Ωστόσο, η τεχνογνωσία πίσω από τις γερμανικές ανεμογεννήτριες δεν έγκειται μόνο στα εξαρτήματα των ρουλεμάν, αλλά και στα ρουλεμάν του ρότορα, της λεπίδας και του αζιμουθίου για την άτρακτο. Το αζιμούθιο ρουλεμάν επιτρέπει στην άτρακτο να ακολουθεί διαφορετικές ταχύτητες και διακυμάνσεις κατεύθυνσης ανέμου για βελτιστοποιημένη απόδοση και απόδοση. 

Ο ήλιος και τα διαμάντια

Στο ίδιο πλαίσιο εντάσσεται και μια νέα καινοτόμα ανακάλυψη για την ηλιακή ενέργεια με ένα υλικό – έκπληξη:  αν και το διαμάντι δεν είναι το πρώτο υλικό που μας έρχεται στο μυαλό όταν εξετάζουμε τα ηλιακά κύτταρα, ορισμένες από τις ιδιότητες που διαθέτει το καθιστούν εξαιρετικό υποψήφιο για αυτήν την εφαρμογή. Τα διαμαντένια ηλιακά πάνελ αντικαθιστούν το παραδοσιακό πυρίτιο με στρώματα συνθετικού διαμαντιού ως κύριο υλικό για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα διαμαντένια ηλιακά πάνελ θα μπορούσαν ενδεχομένως να αποτελέσουν το μέλλον της φωτοβολταϊκής ενέργειας. Σύμφωνα με το ecoticias.com αξιοποιώντας τις μοναδικές ιδιότητες του διαμαντιού, θα μπορούσαμε όχι μόνο να διερευνήσουμε τις μελλοντικές δυνατότητες της βιώσιμης ενέργειας, αλλά θα μπορούσαμε επίσης να απελευθερώσουμε το πλήρες φωτονικό δυναμικό του ηλιακού μας φάσματος.

Το μέλλον της νέας φωτοβολταϊκής τεχνολογίας

Καθώς η παγκόσμια ζήτηση για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αυξάνεται, η βιομηχανία ηλιακών φωτοβολταϊκών έχει αναδειχθεί ολοένα και περισσότερο ως ζωτικό μέρος του τομέα της πράσινης ενέργειας. Όπως ανέφερε πρόσφατα η ECOtics, μια αναδυόμενη τεχνολογία χρησιμοποιεί διαμάντια για την κατασκευή φωτοβολταϊκών κυψελών αντί για ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο. Το αναδυόμενο υλικό δεν είναι μόνο εξαιρετικά ανθεκτικό και ανθεκτικό στην ακτινοβολία, αλλά παρουσιάζει και εξαιρετικές ηλεκτρονικές ιδιότητες.

Προς το παρόν, τα ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο εξακολουθούν να κυριαρχούν στον φωτοβολταϊκό τομέα, ωστόσο, η δημοτικότητά τους περιορίζεται από το υψηλό κόστος κατασκευής τους και την υψηλή κατανάλωση ενέργειας στη διαδικασία παραγωγής.

Σε αντίθεση με τα ηλιακά πάνελ με βάση το πυρίτιο, τα ηλιακά πάνελ με διαμάντι μπορούν να κατασκευαστούν απευθείας από διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο στην ατμόσφαιρα, γεγονός που εξαλείφει την ανάγκη για ενεργοβόρα κατασκευαστικά βήματα. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιείται η μέθοδος που είναι γνωστή ως χημική εναπόθεση ατμών (CVD).

Οι ιδιότητες

Τα διαμάντια έχουν αρκετές ιδιότητες που τα καθιστούν αποτελεσματικά στα φωτοβολταϊκά

Τα διαμάντια έχουν πολλά προτιμησιακά χαρακτηριστικά που είναι ευεργετικά για την εφαρμογή τους στην ηλιακή μηχανική. Πρώτον, τα διαμάντια έχουν εξαιρετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η οποία είναι απαραίτητη για τα ηλιακά κύτταρα επειδή μπορούν να βοηθήσουν τα ηλιακά πάνελ να διαχέουν γρήγορα την υπερβολική θερμότητα, γεγονός που επιτρέπει στις συσκευές να επιτυγχάνουν μέγιστη απόδοση .

Δεύτερον, τα διαμάντια έχουν εξαιρετικά υψηλή κινητικότητα φορέων και ταχύτητα κορεσμού . Εκτός από το ότι είναι εξαιρετικά σκληρά και ανθεκτικά στην ακτινοβολία, τα διαμάντια έχουν επίσης ηλεκτρονικές ιδιότητες που είναι ευεργετικές για τη συλλογή ηλιακής ενέργειας.

Τρίτον, το διαμάντι έχει ένα εξαιρετικά ευρύ ενεργειακό χάσμα, το οποίο αντιπροσωπεύει την ενέργεια που απαιτείται για τη μεταφορά ηλεκτρονίων από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας, η οποία επιτρέπει στο υλικό να απορροφά φωτόνια υψηλότερης ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της βαθιάς υπεριώδους ζώνης του ηλιακού φάσματος.

Τα συνθετικά διαμάντια 

Θεωρείται ότι τα διαμάντια παρουσιάζουν εξαιρετική κινητικότητα ηλεκτρονίων. Αν και η προοπτική των ηλιακών πάνελ με διαμάντια προσφέρει ενθουσιασμό, μία από τις προκλήσεις για την υιοθέτηση της τεχνολογίας είναι το κόστος παραγωγής συνθετικών διαμαντιών υψηλής ποιότητας, η οποία παρακάμπτει τις επιβλαβείς διαδικασίες εξόρυξης . Ωστόσο, καθιστά τη διαδικασία κατασκευής δαπανηρή και περίπλοκη . Καθώς βρίσκεται σε εξέλιξη έρευνα για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και οικονομικά αποδοτικών μεθόδων σύνθεσης διαμαντιών, όπως η χρήση «φθηνών» μειγμάτων υδρογόνου-άνθρακα και οι βελτιστοποιημένες διαδικασίες CVD, το όνειρο του διαμαντιού θα μπορούσε να γίνει το μέλλον της φωτοβολταϊκής ενέργειας.