сонячна енергетика

  1. переваги [ правити | правити код ]
  2. недоліки [ правити | правити код ]
  3. Робочі місця [ правити | правити код ]
  4. Перспективи сонячної електроенергетики [ правити | правити код ]
  5. Використання сонячної енергії в хімічному виробництві [ правити | правити код ]

Сонячна енергетика - напрямок альтернативної енергетики , Засноване на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для отримання енергії в будь-якому вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії [1] і є «екологічно чистої», тобто не виробляє шкідливих відходів під час активної фази використання [2] . Виробництво енергії за допомогою сонячних електростанцій добре узгоджується з концепцією розподіленого виробництва енергії . геліотермальна енергетика - нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені, і подальший розподіл і використання тепла (Фокусування сонячного випромінювання на посудині з водою або сіллю для подальшого використання нагрітої води для опалення, гарячого водопостачання або в парових електрогенераторах). Як особливий вид станцій геліотермальной енергетики прийнято виділяти сонячні системи концентрує типу (CSP - Concentrated solar power). У цих установках енергія сонячних променів за допомогою системи лінз і дзеркал фокусується в концентрований промінь світла. Цей промінь використовується як джерело теплової енергії для нагріву робочої рідини ..

Потік сонячного випромінювання, що проходить через площу в 1 м², розташовану перпендикулярно потоку випромінювання на відстані однієї астрономічної одиниці від центру Сонця (на вході в атмосферу Землі ), Дорівнює 1 367 Вт / М² ( сонячна постійна ). Через поглинання, при проходженні атмосферної маси Землі, максимальний потік сонячного випромінювання на рівні моря (на Екваторі) - 1020 Вт / м². Однак слід врахувати, що середньодобове значення потоку сонячного випромінювання через одиничну горизонтальну площадку як мінімум в π рази менше (через зміну дня і ночі і зміни кута сонця над горизонтом). Взимку в помірних широтах це значення в два рази менше.

Можлива вироблення енергії зменшується через глобального затемнення - зменшення потоку сонячного випромінювання, що доходить до поверхні Землі.

переваги [ правити | правити код ]

  • Перспективність, доступність і невичерпність джерела енергії в умовах постійного зростання цін на традиційні види енергоносіїв.
  • Теоретично, повна безпека для навколишнього середовища, хоча існує ймовірність того, що повсюдне впровадження сонячної енергетики може змінити альбедо (Характеристику відбивної (розсіює) здатності) земної поверхні і привести до зміни клімату (однак при сучасному рівні споживання енергії це вкрай малоймовірно).

недоліки [ правити | правити код ]

  • Залежність від погоди і часу доби [3] .
  • Сезонність в середніх широтах і розбіжність періодів вироблення енергії і потреби в енергії. Нерентабельність в високих широтах, необхідність акумуляції енергії.
  • При промисловому виробництві - необхідність дублювання сонячних енергетичних установок традиційними порівнянної потужності.
  • Висока вартість конструкції, пов'язана із застосуванням рідкісних елементів (наприклад, індій і телур).
  • Необхідність періодичної очистки відбиває / поглинаючої поверхні від забруднення.
  • Нагрівання атмосфери над електростанцією.
  • Необхідність використання великих площ [3] .
  • Складність виробництва та утилізації самих фотоелементів в зв'язку з вмістом в них отруйних речовин, наприклад, свинець , кадмій , галій , миш'як і т.д. [3] .

Річне виробництво електроенергії в світі на СЕС Рік Енергія ГВт · год Річний приріст Частка від всієї 2004 2,6 - 0,01% 2005 3,7 42% 0,02% 2006 5,0 35% 0,03% 2007 6,8 36% 0,03% 2008 11,4 68% 0,06% 2009 19,3 69% 0,10% 2010 31,4 63% 0,15% 2011 60,6 93% 0,27% 2012 96,7 60% 0,43% 2013 134,5 39% 0,58% 2014 185,9 38% 0,79% 2015 253,0 36% 1,05% 2016 301,0 33% 1,3% Джерело - BP Statistical Review of World Energy, 2015-го, 2017 [4] [5] [6]

У 1985 році всі встановлені потужності світу становили 0,021 ГВт.

У 2005 році виробництво фотоелементів в світі становило 1,656 ГВт.

На початок 2010 року загальна світова потужність фотоелементної сонячної енергетики становила лише близько 0,1% загальносвітової генерації електроенергії [7] .

У 2012 році загальна потужність світових геліоенергетичних установок зросла на 31 ГВт, перевищивши 100 ГВт.

Найбільші виробники фотоелементів в 2012 році [8] :

  1. Сонячна енергетика - напрямок альтернативної енергетики , Засноване на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для отримання енергії в будь-якому вигляді Yingli - 2300 МВт
  2. First Solar - 1800 МВт
  3. Trina Solar - 1600 МВт
  4. Canadian Solar - 1550 МВт
  5. Suntech - 1500 МВт
  6. Sharp - 1050 МВт
  7. Jinko Solar - 900 МВт
  8. SunPower - 850 МВт
  9. REC Group - 750 МВт
  10. Hanwha SolarOne - 750 МВт

У 2013 році глобально було встановлено 39 ГВт фотоелектричних потужностей. В результаті загальна потужність фотоелектричних установок на початок 2014 року оцінювалася в 139 ГВт [9] .

Лідером за встановленою потужністю є Євросоюз [10] , Серед окремих країн - Китай. За сукупної потужності на душу населення лідер - Німеччина.

У 2010 році 2,7% електроенергії Іспанії було отримано з сонячної енергії [11] .

У 2011 році близько 3% електроенергії Італії було отримано з фотоелектричних установок [12] .

У грудні 2011 року на Україні завершено будівництво останньої, п'ятої, 20-мегаватної черги сонячного парку в Перово, в результаті чого його сумарна встановлена ​​потужність зросла до 100 МВт [13] . Сонячний парк Перово в складі п'яти черг став найбільшим парком в світі за показниками встановленої потужності. За ним слідують канадська електростанція Sarnia (97 МВт), італійська Montalto di Castro (84,2 МВт) і німецька Finsterwalde (80,7 МВт). Замикає світову п'ятірку найбільших фотоелектричних парків - 80-мегаваттна електростанція Охотникове в Сакському районі Криму.

У 2018 р Саудівська Аравія заявила про намір побудувати найбільшу в світі сонячну електростанцію потужністю 200 ГВт [14] .

Робочі місця [ правити | правити код ]

У середині 2011 року в фотоелектричної промисловості Німеччини було зайнято понад 100 тисяч чоловік. У сонячній енергетиці США працювали 93,5 тисяч осіб [15] .

Перспективи сонячної електроенергетики [ правити | правити код ]

У світі щорічний приріст енергетики за останні п'ять років становив в середньому близько 50% [16] . Отримана на основі сонячного випромінювання енергія гіпотетично зможе до 2050 році забезпечити 20-25% потреб людства в електриці і скоротить викиди вуглекислоти. Як вважають експерти Міжнародного енергетичного агентства ( IEA ), Сонячна енергетика вже через 40 років при відповідному рівні поширення передових технологій буде виробляти близько 9 тисяч терават-годин - або 20-25% всього необхідного електрики, і це забезпечить скорочення викидів вуглекислого газу на 6 млрд тонн щорічно [7] .

Перспективи використання сонця для отримання електрики погіршуються через високі витрати. так, РТЕС Айвонпа обходиться вчетверо дорожче, а генерує набагато менше електроенергії, в порівнянні з газовими електростанціями. За підрахунками експертів, в майбутньому електроенергія, що виробляється цією станцією, буде коштувати вдвічі дорожче, ніж одержувана від звичайних джерел енергії, а витрати, очевидно, будуть перекладені на споживачів [17] .

Проте, за прогнозами, собівартість генерації електроенергії сонячними електростанціями до 2020 року знизиться до собівартості генерації з використанням викопного палива і перехід до використання сонячних електростанцій стане економічно вигідним [18] .

Через свою низьку ефективність, яка в кращому випадку досягає 20 відсотків, сонячні батареї сильно нагріваються. Решта 80 відсотків енергії сонячного світла нагрівають сонячні батареї до середньої температури близько 55 ° C. Зі збільшенням температури фотогальванічного елемента на 1 °, його ефективність падає на 0,5%. Ця залежність не лінійна і підвищення температури елемента на 10 ° призводить до зниження ефективності майже в два рази. Активні елементи систем охолодження (вентилятори або насоси) перекачують холодоагент, споживають значну кількість енергії, вимагають періодичного обслуговування і знижують надійність всієї системи. Пасивні системи охолодження мають дуже низькою продуктивністю і не можуть впоратися із завданням охолодження сонячних батарей [19] .

За допомогою сонячного світла можна висвітлювати приміщення в денний час доби. Для цього застосовуються світлові колодязі . Найпростіший варіант світлового колодязя - отвір у стелі юрти . Світлові ліхтарі застосовуються для освітлення приміщень, що не мають вікон: підземні гаражі, станції метро, ​​промислові будівлі, склади, в'язниці, і т. Д. Світловий колодязь діаметром 300 мм здатний освітлювати площу 8 м². Один колодязь дозволяє в європейських умовах запобігти щорічний викид в атмосферу до 7,4 тонн СО2. Світлові колодязі з оптоволокном розроблені в 2004 році в США . У верхній частині такого колодязя застосовуються параболічні колектори . Застосування сонячних колодязів дозволяє скоротити споживання електроенергії, в зимовий час - скоротити дефіцит сонячного світла у людей, що знаходяться в будівлі [20] .

Сонячна енергія широко використовується як для нагрівання води, так і для виробництва електроенергії. Сонячні колектори виробляються з доступних матеріалів: сталь, мідь, алюміній і т. Д., Тобто без застосування дефіцитного і дорогого кремнію. Це дозволяє значно скоротити вартість устаткування, і виробленої на ньому енергії. В даний час саме сонячний нагрів води є найефективнішим способом перетворення сонячної енергії.

В 2001 році вартість електроенергії, отриманої в сонячних колекторах складала $ 0,09- $ 0,12 за кВт · год. Департамент Енергетики США прогнозує, що вартість електроенергії, виробленої сонячними концентраторами знизиться до $ 0,04 $ 0,05 до 2015-2020 р

В 2007 році в Алжирі почалося будівництво гібридних електростанцій. У денний час доби електроенергія виробляється параболічними концентраторами, а вночі з природного газу .

На початок 2010 року загальна світова потужність сонячної термальної енергетики (концентраторних сонячних станцій) досягла одного гигаватта [7] . До 2020 року країни Євросоюзу планують побудувати 26,3 ГВт сонячних термальних потужностей [21] .

сонячні колектори можуть застосовуватися для приготування їжі. Температура в фокусі колектора досягає 150 ° С . Такі кухонні прилади можуть широко застосовуватися в країнах, що розвиваються. Вартість матеріалів необхідних для виробництва найпростішої «сонячної кухні» становить $ 3- $ 7.

Традиційні осередки для приготування їжі мають термічну ефективність близько 10%. У країнах, що розвиваються для приготування їжі активно використовуються дрова. Використання дров для приготування їжі призводить до масованої вирубки лісів і шкоді для здоров'я. Наприклад, в Індії від спалювання біомаси щорічно надходить в атмосферу більше 68 млн тонн СО2. В Уганді середнє домогосподарство щомісяця споживає 440 кг дров. Домогосподарки при приготуванні їжі вдихають велику кількість диму, що призводить до збільшення захворюваності дихальних шляхів. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я в 2006 році в 19 країнах на південь від Сахари, Пакистані і Афганістані від захворювань дихальних шляхів померло 800 тисяч дітей і 500 тисяч жінок.

Існують різні міжнародні програми поширення сонячних кухонь. Наприклад, в 2008 м Фінляндія і Китай уклали угоду про постачання 19 000 сонячних кухонь в 31 село Китаю. Це дозволить скоротити викиди СО2 на 1,7 млн ​​тонн в 2008-2012 рр. В майбутньому Фінляндія зможе продавати квоти на ці викиди.

Використання сонячної енергії в хімічному виробництві [ правити | правити код ]

Сонячна енергія може застосовуватися в різних хімічних процесах. наприклад:

  • ізраїльський Weizmann Institute of Science в 2005 році випробував технологію отримання неокисленного цинку в сонячної вежі. Оксид цинку в присутності деревного вугілля нагрівався дзеркалами до температурі 1200 ° С на вершині сонячної вежі. В результаті процесу виходив чистий цинк. Далі цинк можна герметично упакувати і транспортувати до місць виробництва електроенергії. На місці цинк міститься в воду, в результаті хімічної реакції виходить водень і оксид цинку. Оксид цинку можна ще раз помістити в сонячну вежу і отримати чистий цинк. Технологія пройшла випробування в сонячної вежі канадського Institute for the Energies and Applied Research.
  • швейцарська компанія Clean Hydrogen Producers (CHP) розробила технологію виробництва водню з води за допомогою параболічних сонячних концентраторів . Площа дзеркал установки становить 93 м². У фокусі концентратора температура досягає 2200 ° С . Вода починає розділятися на водень і кисень при температурі понад 1700 ° С . За світловий день 6,5 годин (6,5 кВт · год / кв.м.) Установка CHP може розділяти на водень і кисень 94,9 літрів води. Виробництво водню складе 3800 кг на рік (близько 10,4 кг в день).

Водень може використовуватися для виробництва електроенергії, або в якості палива на транспорті.

Фотоелектричні елементи можуть встановлюватися на різних транспортних засобах: човнах, електромобілях і гібридних автомобілях , Літаках, дирижаблях і т.д.

Фотоелектричні елементи виробляють електроенергію, яка використовується для бортового харчування транспортного засобу або для електродвигуна електричного транспорту.

В Італії і Японії фотоелектричні елементи встановлюють на даху залізничних поїздів. Вони виробляють електрику для кондиціонерів, освітлення і аварійних систем.

Компанія Solatec LLC продає тонкоплівкові фотоелектричні елементи для установки на дах гібридного автомобіля Toyota Prius . Тонкоплівкові фотоелементи мають товщину 0,6 мм, що ніяк не впливає на аеродинаміку автомобіля. Фотоелементи призначені для зарядки акумуляторів, що дозволяє збільшити пробіг автомобіля на 10%.

В 1981 році льотчик Paul Beattie MacCready здійснив політ на літаку Solar Challenger [En] , Що живиться тільки сонячною енергією, подолавши відстань у 258 кілометрів зі швидкістю 48 км / год [22] . В 2010 році сонячний пілотований літак Solar Impulse протримався в повітрі 24 години. Військові відчувають великий інтерес до безпілотним літальним апаратам ( БПЛА ) На сонячній енергії, здатним триматися в повітрі надзвичайно довго - місяці і роки. Такі системи могли б замінити або доповнити супутники.

  1. ↑ Каліфорнійська електростанція «Million Solar Roofs» сумарною потужністю 3 ГВт 15.12.2005
  2. ↑ Геополітика сонця (неопр.). Приватний Кореспондент. chaskor.ru (22 листопада 2008). Дата обертання 22 листопада 2008. Читальний зал 22 серпня 2011 року.
  3. ↑ 1 2 3 Лапаева Ольга Федорівна. Трансформація енергетичного сектора економіки при переході до енергозберігаючих технологій та відновлювальних джерел енергії (Рос.) // Вісник Оренбурзького державного університету. - 2010. - Вип. 13 (119).
  4. ↑ BP Statistical Review of World Energy June 2015 року, Renewables section , BP (June 2015).
  5. ↑ BP Statistical Review of World Energy June 2015 року, Electricity section , BP (June 2015).
  6. ↑ Статистичне огляд Всесвітньої енергетичної організації 2017 року , BP (June 2017).
  7. ↑ 1 2 3 BFM.RU Сонячні технології забезпечать чверть електрики.
  8. ↑ Graph of the Day: World's top ten solar PV suppliers. 15 April 2013 // RE neweconomy
  9. ↑ http://www.ren21.net/Portals/0/documents/Resources/GSR/2014/GSR2014_full%20report_low%20res.pdf
  10. ↑ Геро Рютер, Андрій Гурков. Світова сонячна енергетика: переломний рік (неопр.). Deutsche Welle (29 травня 2013). Дата звернення 15 червня 2013. Читальний зал 19 червня 2013 року.
  11. ↑ Paul Gipe Spain Generated 3% of its Electricity from Solar in 2010 28 Січень 2011 р
  12. ↑ Paul Gipe Italy Passes 7,000 MW of Total Installed Solar PV 22 Липень 2011 р
  13. ↑ Activ Solar побудувала в Криму найбільшу сонячну електростанцію в світі
  14. ↑ Deutsche Welle 30.03.2018 Саудівська Аравія замінить нафту сонячними батареями
  15. ↑ Stephen Lacey Green Jobs Are Real: German and American Solar Industry Both Employ More People Than US Steel Production 17 Червень 2011 р
  16. ↑ Дмитро Нікітін. Важкий шлях до сонця: зігріє чи Росію сонячна енергетика (неопр.). РБК (17 червня 2013). Дата звернення 15 червня 2013. Читальний зал 19 червня 2013 року.
  17. ↑ Кассандра Суит (переклав Олексій Невельський). Гігантська сонячна електростанція в Каліфорнії вбиває птахів. . Геліотермальная станція вартістю $ 2,2 млрд може стати останнім таким проектом: вона нагріває повітря до 540 градусів за Цельсієм, регулятори і біологи вважають це причиною смерті десятків птахів (рус.). Відомості , Переклад з The Wall Street Journal (13 лютого 2014 року). Дата обігу 6 червня 2016.
  18. ↑ Органічне паливо - на смітник історії? // Наука і життя . - 2018. - № 3. - С. 65.
  19. ↑ David Szondy. Stanford researchers develop self-cooling solar cells. (Англ.). gizmag.com (25 July 2014 року). Дата обігу 6 червня 2016.
  20. ↑ BBC News - Alfredo Moser: Bottle light inventor proud to be poor
  21. ↑ Tildy Bayar Solar Thermal Holds Steady in Europe 15 Жовтень 2012 р
  22. ↑ Britannica Book of the Year 2008 : «MacCready, Paul Beattie», page 140
  • Д. Мак-Вейга Застосування сонячної енергії. - М .: Енергоіздат, 1981. - Тираж 5 600 прим. - 210 с.
  • Умаров Г. Я .; Єршов А. А. Сонячна енергетика. - М .: Знание, 1974. - 64 с.
  • Алексєєв В. В .; Чекарь К. В. Сонячна енергетика. - М .: Знание, 1991. - 64 с.