Солнечная энергетика

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

Кремний (основной ресурс для  производства большинства типов  солнечных батарей) - второй по распространенности элемент на нашей планете. На кремний  приходится более четверти общей  массы земной коры.

 В большинстве случаев  это вещество встречается в  виде окиси - SiO2, а вот добыть  чистый кремний из этого соединения  сложно, даже проблематично. 

 Здесь имеют место  стоимостные факторы, особенности  технологий. Интересно отметить, что  себестоимость чистого «солнечного»  кремния равна себестоимости  урана для АЭС, вот только  запасов кремния на нашей планете  в 100 тысяч раз больше.

 По причине дороговизны  кремния, отражающейся на розничной  цене солнечных элементов, исследовательские  центры на протяжении многих  лет работают над поиском достойной  альтернативы.

 К примеру, можно  использовать вместо кремния  синтетические волокна, способные  под воздействием света генерировать  электрический ток[9].

Солнечная термальная энергетика

Солнечная энергия широко используется как для нагрева  воды, так и для производства электроэнергии. Солнечные коллекторы производятся из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т. д., то есть без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить  стоимость оборудования, и произведенной  на нём энергии. В настоящее время  именно солнечный нагрев воды является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии.

В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09-$0,12 за кВт·ч. Департамент Энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04-$0,05 к 2015—2020 г.

В 2007 году в Алжире началось строительство гибридных электростанций. В дневное время суток электроэнергия производится параболическими концентраторами, а ночью из природного газа.

На начало 2010 года общая  мировая мощность солнечной термальной энергетики (концентраторных солнечных станций) достигла одного гигаватта[9].

Заинтересованность  общества

 Тенденция роста цен  на ископаемое топливо стимулирует  и в некоторой степени оправдывает  высокие затраты частных и  государственных инвесторов на  развитие и внедрение «солнечных»  технологий.

    В определенной мере заинтересованность общества в этом альтернативном источнике энергии является следствием обеспокоенности людей промышленными и транспортными выбросами парниковых газов – одной из причин глобальных изменений климата. К счастью, регулирующие структуры с каждым годом ужесточают требования по выбросам в атмосферу газов к государствам и отдельным компаниям.

Стратегия и тактика частного бизнеса по производству «солнечной»  энергии 

 В наши дни, особенно  в развитых странах, большой  популярностью пользуются так  называемые приватные или частные  солнечные установки. В некоторой  мере «семейная добыча» электричества  посредством гелиоустановок превратилась  в достаточно стабильный и  прибыльный бизнес.

 Конечно, здесь важно  учитывать большое количество  специфических факторов (географическое  расположение, климат, политика, рыночная  ситуация), однако в США и в  некоторых европейских странах  много фермеров, доселе занимавшихся  выращиванием скота, сегодня переоборудовали  пастбища в поля для сборки  солнечной энергии. Стратегия  такого бизнеса проста – предприимчивые  люди не только используют  солнечное электричество без  ущерба для собственного бюджета,  но и продают излишки энергии  государственным структурам. К примеру,  в Германии службы скупают  солнечное электричество у фермеров, частных лиц, а потом продают  его населению по низкой цене. Более того, стать участником  этого специфического рынка может  практически каждый – бизнесмены, устанавливающие фотоэлектрические  преобразователи на крыши офисов, владельцы земельных участков. При  нынешних ценах стандартная солнечная  установка окупается за 8 с лишним  лет. 

Технологии солнечной  энергетики

 Более чем за полвека  ученые перепробовали огромное  количество различных вариантов  и способов добычи и использования  солнечной энергии. Дорогие и  малоэффективные технологии уступали  место привлекательным и дешевым  разработкам, которые не прекращают  совершенствоваться на протяжении  многих лет. 

 Классификация «солнечных»  технологий, разделенных учеными  на 4 группы:

1) Активные – вместе  с преобразователями задействуются  механизмы, электромоторы, помпы.  Солнечная энергия используется  для нагрева воды, освещения, вентиляции.

2) Пассивные – отличаются от активных отсутствием в контурах систем каких-либо механизмов, движущих частей. Особенностью построения пассивных солнечных структур для организации систем вентиляции, отопления является подбор соответствующих по физическим параметрам строительных материалов, специфическая планировка помещения, размещение окон.

3) Непосредственные или  «прямым» - системы, преобразовывающие  солнечную энергию в ходе одного  уровня или этапа. 

4) «Непрямые» технологии - системы, процесс функционирования  которых включает в себя многоуровневые  преобразования и трансформации  для получений требуемой формы  энергии[6].

 Исходя из выше представленной  классификации групп технологий  солнечной энергетики, можно выделить сферы деятельности человека, где энергия солнца получила наибольшее распространение.

Сферы деятельности человека, где энергия  солнца получила наибольшее распространение:

 

Солнечная кухня

 

Солнечные коллекторы могут  применяться для приготовления  пищи. Температура в фокусе коллектора достигает 150 °С. Такие кухонные приборы могут широко применяться в развивающихся странах. Стоимость материалов необходимых для производства «солнечной кухни» составляет $3 — $7. В развивающихся странах для приготовления пищи активно используются дрова.

Традиционные очаги для  приготовления пищи имеют термическую  эффективность около 10 %. Использование  дров для приготовления пищи приводит к массированной вырубке лесов. Например, в Индии от сжигания биомассы ежегодно поступает в атмосферу  более 68 млн тонн СО2. В Уганде среднее домохозяйство ежемесячно потребляет 440 кг дров.

Домохозяйки при приготовлении  пищи вдыхают большое количество дыма, что приводит к увеличению заболеваемости дыхательных путей. По данным Всемирной организации  здравоохранения в 2006 году в 19 странах  южнее Сахары, Пакистане и Афганистане  от заболеваний дыхательных путей  умерло 800 тысяч детей и 500 тысяч  женщин.

Существуют различные  международные программы распространения  солнечных кухонь. Например, в 2008 г. Финляндия и Китай заключили  соглашение о поставках 19 000 солнечных  кухонь в 31 деревню Китая. Это позволит сократить выбросы СО2 на 1,7 млн тонн в 2008—2012 гг. В будущем Финляндия сможет продавать квоты на эти выбросы

Освещение зданий

С помощью солнечного света  можно освещать помещения в дневное  время суток. Для этого применяются  световые колодцы. Простейший вариант  светового колодца — отверстие  в потолке.

Световые колодцы применяются  для освещения помещений, не имеющих  окон: подземные гаражи, станции  метро, промышленные здания, склады, тюрьмы, и т. д.

Использование солнечной энергии в химическом производстве

Солнечная энергия может  применяться в различных химических процессах. Например:

Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (CHP) разработала технологию производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Площадь зеркал установки составляет 93 м². В фокусе концентратора температура достигает 2200°С. Вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °С. За световой день 6,5 часов (6,5 кВт·ч/кв.м.) установка CHP может разделять на водород и кислород 94,9 литров воды. Производство водорода составит 3800 кг в год (около 10,4 кг в день)[11].

Водород может использоваться для производства электроэнергии, или  в качестве топлива на транспорте.

Солнечный транспорт

Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных  транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т. д. Они вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства, или для электродвигателя электрического транспорта.

В Италии и Японии фотоэлектрические  элементы устанавливают на крыши  ж/д поездов. Они производят электричество  для кондиционеров, освещения и  аварийных систем.

Компания Solatec LLC продаёт тонкоплёночные фотоэлектрические элементы для установки на крышу гибридного автомобиля Toyota Prius. Тонкоплёночные фотоэлементы имеют толщину 0,6 мм, что никак не влияет на аэродинамику автомобиля. Фотоэлементы предназначены для зарядки аккумуляторов, что позволяет увеличить пробег автомобиля на 10 %[4].

Ещё 20 ноября 1980, Стив Птачек совершил полет на самолёте Solar Impulse, питающемся только солнечной энергией. На 2010 г. солнечный пилотируемый самолет продержался в воздухе 24 часа. Военные испытывают большой интерес к беспилотным летательным аппаратам (БЛА) на солнечной энергии, способным держаться в воздухе чрезвычайно долго — месяцы и годы. Такие системы могли бы заменить или дополнить спутники[6].

Использование солнечной энергии в Республике Беларусь

 На территорию Беларуси  ежедневно попадает порядка 75-100 Вт/м2 солнечной энергии, что в 5-6 раз меньше, чем на территорию пустыни Сахара.

 Ввиду малого значения  солнечной постоянной, для выработки  энергии, которая покрыла бы  всю потребность республики, необходимо  построить солнечные батареи  на территории, равной 3% всей площади  страны.

 Есть предложения отдать  на застройку территорию, пострадавшую  от аварии на Чернобыльской АС.

 Однако ввиду дороговизны  солнечных батарей и неокончательной  разработки технологий, идея использования  солнечной энергии в Беларуси  пока не рассматривается[1].

Перспективы солнечной энергетики

Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и  сократит выбросы углекислоты. Как  полагают эксперты Международного энергетического  агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем  уровне распространения передовых  технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

    На сегодняшний  день, энергия солнца является  наиболее привлекательной потому, что она экологически чистая, поскольку уже миллиарды лет поступает на Землю и все земные процессы с ней свыклись.

     Однако солнечная энергетика только начинает    завоевывать страны с рыночной экономикой и развивающиеся государства.

   Дороговизна технологий сдерживает этот процесс.

   Но постепенное удешевление установок делает энергию солнца все более привлекательной.

     Поток солнечной энергии люди просто обязаны взять под свой контроль и максимально использовать, сохраняя тем самым неизменным уникальный земной климат.

                                 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Геополитика солнца. Частный Корреспондент. chaskor.ru (22 ноября 2008).
2. Paul Gipe New Record for German Renewable Energy in 2010 25 Март 2011 г.
3. Геополитика солнца. Частный Корреспондент. chaskor.ru (22 ноября 2008). 
4. Володин В.Е., Хазановский П.И. "Энергия, век двадцать первый". -М.:Знание, 2008
5. http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
6. Compiled by Earth Policy Institute from European Photovoltaic Industry Association (EPIA), Global Market Outlook for Photovoltaics Until 2013 (Brussels: April 2009), p. 13; EPIA, Global Market Outlook for Photovoltaics Until 2014 (Brussels: May 2010), pp. 5, 10-21.
7. Paul Gipe Spain Generated 3% of its Electricity from Solar in 2010 28 Январь 2011 г
8. Top 10: Ten Largest Solar PV Companies 29 Июнь 2010 г.
9. www.wikipedia.org/Солнечная энергия/
10. www.3dnews.ru/editorial/sun_energy
11. www.biotechnolog.ru.