Солнечная энергетика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Получение энергии с помощью фотоэлементов

Прачечная, использующая солнечную энергию

Солнечная энергетика — использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Ныне солнечная энергетика широко применяется в случаях, когда малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически.

Отдельные лица и организации также используют её из идеологических соображений (энвайронментализм), эксплуатируя экологическую безвредность распределённой ^[1] солнечной энергетики. См., например, «Глобальный фонд солнечной энергии», инициированный «Зелёным крестом» Михаила Горбачёва^[2].

20 ноября 1980, Стив Птачек совершает полет на самолёте, питающемся только солнечной энергией.

[править] Земные условия

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (то есть вне атмосферы Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения атмосферой Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря — 1020 Вт/м². Однако, следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение ещё в пару раз меньше. Это количество энергии с единицы площади определяет возможности солнечной энергетики.

Перспективы выработки солнечной энергии также уменьшаются из-за глобального затемнения — антропогенного уменьшения солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

[править] Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения

[править] Непосредственные

• Получение электроэнергии фотоэлементами
• Нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла
  • Фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах
• «Солнечный парус» может в безвоздушном пространстве преобразовывать солнечные лучи в кинетическую энергию.

[править] Достоинства солнечной энергетики

• Общедоступность и неисчерпаемость источника.
• Теоретически, полная безопасность для окружающей среды (однако, в настоящее время в производстве фотоэлементов и в них самих используются вредные вещества). Единственная проблема связана с тем, что, глобальное использование солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата. Однако, при современном уровне потребления энергии человечеством это маловероятно.

[править] Недостатки солнечной энергетики

[править] Фундаментальные

• Из-за относительно небольшой величины солнечной постоянной для солнечной энергетики требуется использование больших площадей земли под электростанции (например, для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть пару десятков квадратных километров). Однако, это недостаток не так велик, например, гидроэнергетика выводит из пользования заметно большие участки земли. К тому же фотоэлектрические элементы на крупных солнечных электростанциях устанавливаются на высоте 1,8 - 2,5 метра, что позволяет использовать земли под электростанцией для сельско-хозяйственных нужд, например, для выпаса скота.
• Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата. В разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно.

[править] Технические проблемы

• Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, мощность электростанции может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков нужно или использовать эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это нерешённая проблема), либо строить гидроаккумулирующие станции, которые тоже занимают большую территорию, либо использовать концепцию водородной энергетики, которая также пока далека от экономической эффективности.
• Дороговизна солнечных фотоэлементов. Вероятно, с развитием технологии этот недостаток преодолеют. С 1990 года по 2005 цены на фотоэлементы снижались в среднем на 4 % в год.
• Недостаточный КПД солнечных элементов. Вероятно, будет вскоре увеличен.
• Поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.
• Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.
• Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.

[править] Экологические проблемы

• Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30—50 лет), и массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.

Из-за экологических проблем и возникшего дефицита кремния начинает активно развиваться производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе которых содержится всего около 1 % кремния. К тому же тонкоплёночные фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность. Так, например, в 2005 году компания «Шелл» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству кремниевых фотоэлектрических элементов.

[править] Типы фотоэлектрических элементов

• Монокристаллические кремниевые
• Поликристаллические кремниевые
• Тонкоплёночные

В 2005 году тонкоплёночные фотоэлектрические элементы занимали 7 %-10 % рынка фотоэлектрических элементов.

[править] Итоги 2005 года

В 2005 (по данным компании Solarbazz) установленные мощности солнечной энергетики выросли на 1460 МВт, что на 34 % больше, чем в 2004. Установленные мощности Германии выросли на 837 МВТ. В Японии установленные мощности выросли на 292 МВт.,что на 14 % больше 2004 года.

Ввод в строй новых мощностей в 2005 году:

• Германия — 57 %
• Япония — 20 %
• Остальной мир — 10 %
• США — 7 %
• Остальная Европа — 6 %

Всего за 2005 год установлено 1460 МВт.

Доля стран в суммарных установленных мощностях (2004 год):

• Германия — 39 %
• Япония — 30 %
• Остальной мир — 14 %
• США — 9 %
• Остальная Европа — 8 %

Производство фотоэлектрических элементов в мире выросло с 1146 МВт. в 2004 г. до 1656 МВт. в 2005 г. Япония продолжает удерживать мировое лидерство в производстве — 46 % мирового рынка. Япония увеличила производство на 38 %. В Европе производится 28 %. Три крупнейшие компании в Европе — германские: Q-Cells, Schott Solar и Sunway. В США было произведено 156 МВт. фотоэлектрических элементов, что составляет 10,6 % мирового производства.

В 2005 году установленные мощности выросли на 39 %, и достигли 5 ГигаВт. Инвестиции в 2005 году в строительство новых заводов по производству фотоэлектрических элементов составили $1 млрд.

Несмотря на 12 % рост мощностей по производству кремния, стоимость кремния выросла на 25 %. Из-за дефицита кремния производство фотоэлектрических элементов в 2006 году вырастет всего на 10 %.

К 2010 году установки фотоэлектрических элементов достигнут 3,2-3,9 ГигаВт. в год. Выручка производителей составит $18,6 -$23,1 млрд. в год.

В 1985 году все установленные мощности мира составляли 21 МВт.

Японские фирмы в 2004 г. произвели 48 % оборудования, США 11 %. В 2000 году американские фирмы занимали 26 % мирового рынка. 4 компании занимают около 50 % мирового рынка солнечных элементов и батарей: Sharp, Kyocera, BP Solar, и Shell Solar. В 2005 году Sharp увеличил производство на 32 %, Kyocera на 35 %. Sanyo произвела за 2005 год 105 МВт. фотоэлектрических элементов, и переместилась с 7-го места в мире на 4-е.

Когда установленные мощности фотоэлектрических элементов во всём мире удваиваются, цена электричества, производимого солнечной энергетикой падает на 20 %-30 %.

[править] Минимальные цены на фотоэлектрические элементы (март 2006 года)

• Монокристаллические кремниевые -$4.05 за ватт установленной мощности
• Поликристаллические кремниевые — $3.92 за ватт установленной мощности
• Тонкоплёночные — $3,76 за ватт установленной мощности

Стоимость кристаллических фотоэлементов на 40 %-50 % состоит из стоимости кремния.

[править] См. также

Солнечный коллектор

Солнечный водонагреватель

[править] Источники

1. ↑ Калифорнийская электро-станция «Million Solar Roofs» суммарной мощностью 3 Giga Watt 15.12.2005
2. ↑ Михаил Горбачёв. Интервью газете «The Financial Times» 17.04.2006

[править] Ссылки

• International Energy Agency
• Environmental Aspects of PV Power Systems
• International Conference on Renewable Energy and Power Quality (ICREPQ´04)
• Департамент Энергетики США
• В Португалии началось строительство крупнейшей в мире солнечной электростанции. Ввод в эксплуатацию — январь 2007 года
• В Китае (китайская провинция Внутренняя Монголия)