Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Солнце является неиссякаемым источником света, ультрафиолетового и теплового излучения. Солнечная энергетика считается одной из самых перспективных. Экологичность – основная причина актуальности солнечной энергетики. Ученые постоянно совершенствуют используемое оборудование, создают новые виды генераторов.

Солнечная энергия является результатом преобразования лучевого потока, поступающего от светила, в электрическую или тепловую энергию. На современном этапе развития производства рано говорить о полноценном использовании природного ресурса солнце. Но многое уже сделано.Что такое солнечная энергетика?

Концентрированную солнечную энергию CSP (Concentrated Solar Power) улавливают и преобразуют по нескольким технологиям. СЭС бывают двух типов:

1. Жидкостные, вода или другая жидкость разогреваясь от инфракрасных волн, вращает турбины электрогенераторов.
2. С фотоэлементами, генерирующие электроны под действием света.
3. Комбинированные СЭС сочетают сразу оба вида преобразователей.

История развития солнечной энергетики

«Приручить» солнце пытались еще во времена Архимеда. Дот наших дней дожила легенда о сжигании кораблей с помощью огромного зеркала – сфокусированный луч жители Сиракузы направили на флот противника.

В истории развития солнечной энергетики имеются факты об использовании энергии солнц:

• для обогрева каменных дворцов;
• выпаривания морской воды с целью получения соли.

Водонагреватели стали совершеннее, когда Лавуазье применил линзу для концентрации инфракрасных лучей. Так удавалось плавить чугун. Позже французы стали использовать нагретую до состояния пара воду для механического привода к печатному оборудованию. О перспективах солнечной энергетики ученые заговорили после создания полупроводников. На их базе были созданы первые фотоэлементы.

Достоинства солнечной энергетики

Солнечно-ветровая энергетика работает на возобновляемых ресурсах. Их не нужно добывать, они готовы к использованию без вмешательства человека. Стоит подробно рассмотреть преимущества солнечной энергетики.

Доступность источника энергии

О перспективе развития солнечной энергетики задумываются многие страны. Разрабатываются проекты по использованию фотоэлементов и теплосистем на энергии солнца владельцами частных домов. Общедоступность источников энергии заставляет находить новые возможности ее использования. Фотоэлементы встраивают в одежду, сумки, выпускают мини-панели для туристов.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В жарких климатических зонах, горных районах поток света практически постоянный. Не случайно крупные станции располагают именно там. Как вспомогательные источники энергии применяют в отдаленных от цивилизации уголках, где нет линий электропередач.

Бесплатное потребление

Электричество, получаемое от домашних генераторов, работающих от солнца, никем не учитывается. Ежемесячно платить за электроэнергию не придется. Ощутимые первоначальные затраты в дальнейшем приводят к экономии по оплате коммунальных услуг. Современные фотопанели хорошо адаптированы для применения в частных домах.

Экологичность

Электростанции работают без вреда для окружающей среды. Утилизируют их методом рециркуляции – отдают на переработку как вторсырье.

Бесшумность

В отличие от бензиновых или дизельных генераторов домашние энергосистемы, преобразующие энергию солнца, работают бесшумно. Турбины гелиостанций расположены так, что не наносят вреда окружающему растительному и животному миру децибелами, вибрацией.

Высокая износостойкость

Оборудование просто эксплуатировать, ему не требуются постоянные профилактические ремонты. Ресурса полупроводников хватает на много лет, после 30-летней эксплуатации генерация электронов уменьшается всего на 20%.

Недостатки солнечной энергетики

На сегодняшнем уровне у существующих технологий аккумулирования и преобразования световой, инфракрасной, ультрафиолетовой энергии солнца длительный срок окупаемости. Это не единственный недостаток. Основной проблемой солнечной энергетики остается недостаточное развитие технологии. Утешает то, что отрасль развивается.

Низкий КПД

Максимальный коэффициент полезного действия световых станций любого типа не превышает 30%. При сжигании топлива отдача выше. Поток лучей непостоянен, он прекращается, когда часть планеты входит в теневую область. Потребление энергии в темную часть суток возрастает. Приходится решать проблемы аккумулирования энергии. Со временем КПД фотоэлементов снижается, проводимость полупроводников уменьшается, панели приходится менять.

Большая площадь, занимаемая системой

Для размещения зеркал на гелиостанциях, монтажа батарей требуется пространство, исчисляемое тысячами гектаров. Люди находят выход из положения: размещают панели на вертикальных щитах, крышах строений. В промышленных масштабах такое невозможно, территория станция занимает несколько десятков футбольных полей.

Зависимость работы от погодных условий

На процесс генерации влияет погода. При сильной облачности большая часть лучей рассеивается, не достигая пространства. Жесткие панели страдают от снеговой нагрузки, града. Эффективность снижается, когда на батареях скапливается грязь. Крепежные элементы испытывают воздействие погодных факторов.

Экологические последствия развития солнечной энергетики

Инновационный подход к развитию энергетики приводит к снижению вредных выбросов в атмосферу от сжигания топлива. За счет применения технологий по преобразованию энергии светила в электрическую снижается энергопотребление коммунальных хозяйств.

Хотя преимущество газообразного, жидкого, твердого топлива неоспоримо, пора задуматься об экологических последствиях. При переходе на энергию СЭС:

• снижается риск техногенных аварий;
• возобновление ресурса происходит без участия человека;
• минимизированы вредные воздействия на экосистему;
• не выделяются парниковые газы, разрушающие озоновый слой;
• для строительства СЭС не требуется менять ландшафт, нет объемных земляных работ по выемке грунта;
• в сравнении со строительством ГРЭС не нарушаются русла рек, территории не подлежат затоплению, не наносится ущерб флоре и фауне.

По затратам разработка новых шельфовых месторождений нефти и газа сопоставима со строительством СЭС.

Развитие солнечной энергетики в разных странах

По оценкам экспертов, в будущем солнечная энергетика полностью вытеснит бензиновые генераторы, значительно увеличится объем генерируемой тепловой и электрической энергии в мировом масштабе.

Оценка эффективности станций высокая. Совершенствуются фотоэлементы, увеличивается аккумулирующая способность гелиосистем. По официальным данным, 1% потребляемого электричества генерируется фотоэлементами. Технологии постоянно совершенствуются, повышается КПД батарей.

Доля солнечной энергетики в Германии превысила 20% общей выработки электричества, страна входит в список пяти держав с развитой структурой СЭС. Применение батарей-генераторов становится нормой. За счет энергии солнца удается покрывать 50% ежедневных потребностей на ЖКХ.

Преимущества двойной батареи фотоэлементов не так давно оценили в Европе, она улавливает прямое и отраженное излучение. Такое конструкционное решение увеличивает производительность фотоэлементов на 30%. Кстати, солнечной энергетике в странах Европы уделяется должное внимание. Страны, не имеющие запасов природных углеводородов, отказались от развития ядерной энергетики в пользу альтернативного использования возобновляемых природных источников. В Бельгии годовая выработка СЭС превышает 3 тысяч мегаватт, Испании – 5,3 тысяч, Франции – 5700 МВТ, Италии – 18 тысяч мегаватт.

Станции строят в Японии, Австралии, других странах мира. Даже в Канаде, северной стране, разработаны программы по внедрению батарей с фотэлементами. Они занимают огромные площади на заснеженных просторах страны. Китай с 2015 года – лидер по производству и установке гибких и жестких панелей с фотоэлементами.

Самой разносторонней считают солнечную энергетику в США. Американцы строят гелиотермальные станции, преобразующие тепло солнца в пар, который вращает турбины. В год в энергосистему Америки ежегодно поступает 18317 МВт электричества, получаемого от солнца. На территории США в пустыне Мохаве расположена самая крупная СЭС в мире.

 Как развита солнечная энергетика в России?

В энергобалансе страны доля солнечной энергии ничтожно мала – 0, 03%. Из-за большого срока окупаемости частные инвесторы не торопятся вкладывать деньги в эту отрасль, получать электроэнергию из газа гораздо выгоднее.

Остается надеяться на государственные инвестиции в солнечную энергетику. В планах строительство четырех крупных станций, увеличение объема получаемого от солнца электричества до 1%. Развитие солнечной энергетики ограничено территориально, в самых индустриально развитых регионах низкая инсоляция, строительство СЭС нецелесообразно.

Инвестиционные программы разрабатываются с учетом ландшафта при поддержке властей. В этом году закончено строительство станции «Енотаевка» мощностью 15 МВт в Астраханской области. В этом регионе планируются еще две: «Михайловская», «Элиста Северная».

Оценка инсоляции делается на основании многолетних наблюдений за погодой. Рынок солнечной энергетики РФ постепенно расширяется.

[info-box type=»bold»]Строить электростанции, преобразующие энергию солнца, рентабельно вдоль южных границ:[/info-box]

• в Сибири;
• Крыму;
• на Дальнем Востоке;
• в горах Алтая, Кавказа.

В этих районах ожидаемая эффективность подтверждена.

[info-box type=»bold»]Уже работают крупные СЭС:[/info-box]

• Фунтовская, Ахтубинская в Астраханской области генерируют по 60 МВт;
• Орская, первоначальная годовая мощность 25 мегаватт в 2017-м году увеличена до 40 МВт;
• Самарская, это еще 75 мегаватт.

Крым – регион, где 250 ясных дней в году. Там построена самая большая СЭС России «Воалистаовока», она ежегодно выдает 1100 МВт. Чуть меньше «Перово» (105 МВт), на третьем место по производительности и занимаемой площади «Охотниково» (85 МВт). В Крыму расположено два десятка станций.

В России проектируется и строится 30 новых станций. Фотопанели используют владельцы частного сектора для собственных нужд, особенно в удалении от сетей единой энергосистемы. Развитие альтернативной энергетики поддерживается на государственном уровне, создана Ассоциация предприятий солнечной энергетики. Для строительства СЭС привлекаются иностранные инвесторы.

За использованием энергии солнца будущее. Разрабатываются модели фотобатарей на крышах машин, есть дорожные магистрали с полотно из фотоэлементов. КПД таких систем около 10%. Доля альтернативной энергетики в мире постоянно растет.