Перспективи сонячної енергетики. Сонячна енергія Види використання сонячної енергії

З кожним днем \u200b\u200bкількість світових запасів вугілля, нафти, газу, тобто всього того, що служить нам сьогодні джерелом енергії, зменшується. І в недалекому майбутньому людство прийде до того, що викопного палива просто не залишиться. Тому всі країни активно шукають порятунок від стрімко насувається на нас катастрофи. І перший засіб порятунку, яке приходить на розум - це, звичайно, енергія сонця, яка використовується людьми з давніх-давен для сушки одягу, освітлення жител і приготування їжі. Це і дало початок одному з напрямків альтернативної енергетики - сонячної енергетики.

Як енергетичний джерела для сонячної енергетики використовується енергія сонячного світла, яку за допомогою спеціальних конструкцій перетворять в теплову або електричну. За даними фахівців всього за один тиждень на земну поверхню від сонця надходить така кількість енергії, яке перевершує енергію світових запасів всіх видів палива. І хоча темп розвитку даного напрямку альтернативної енергетики неухильно зростає, все ж сонячна енергетика володіє не тільки достоїнствами, але й недоліками.

Якщо до основних плюсів можна віднести загальнодоступність, а головне невичерпність джерела енергії, то до недоліків зараховують:

• необхідність акумуляції одержуваної від сонця енергії,
• значну вартість обладнання, що застосовується,
• залежність від погодних умов і часу доби,
• підвищення температури атмосфери над електростанціями і ін.

Чисельні характеристики сонячного випромінювання

Існує такий показник як сонячна постійна. Його значення дорівнює 1367 Вт. Саме таку кількість енергії доводиться на 1 кв.м. планети Земля. Ось тільки до поверхні землі через атмосфери енергії доходить приблизно на 20-25% менше. Тому значення сонячної енергії на метр квадратний, наприклад, на екваторі дорівнює 1020 Вт. А враховую зміну дня і ночі, зміна кута сонця над горизонтом, цей показник знижується ще приблизно в 3 рази.

Ось тільки звідки береться це сама енергія? Цим питанням вчені вперше почали займатися ще в 19 столітті, причому версії були абсолютно різні. Сьогодні ж в результаті величезного числа досліджень достовірно відомо, що джерелом сонячної енергії є реакція перетворення 4-х атомів водню в ядро \u200b\u200bгелію. В результаті цього процесу виділяється значна кількість енергії. Наприклад, енергія, що виділяється при перетворенні 1 гр. водню порівнянна з енергією, яка виділяється при згорянні 15 т. бензину.

Перетворення сонячної енергії

Ми вже знаємо, що енергію, одержувану від сонця необхідно перетворити в якийсь інший вид. Необхідність цього виникає з огляду на те, що людство поки не має таких приладів, які б могли споживати сонячну енергію в чистому її вигляді. Тому були розроблені такі джерела енергії як сонячний колектор і сонячні батареї. Якщо перший використовується для отримання теплової енергії, то другі виробляють безпосередньо електрику.

Існує кілька способів перетворення енергії сонця:

• фотовольтаїка;
• термоповітряний енергетика;
• геліотермальна енергетика;
• з використанням сонячних аеростатних електростанцій.

Найбільш поширеним методом вважається фотовольтаїка. Принцип цього перетворення полягає в використанні фотоелектричних сонячних панелей або як їх ще називають сонячних батарей, за допомогою яких і відбувається перетворення сонячної енергії в електричну. Як правило, виготовляють такі панелі з кремнію, а товщина їх робочої поверхні становить всього кілька десятих міліметра. Розмістити їх можна всюди, існує лише одна умова - наявність великої кількості сонячного світла. Відмінний варіант для установки фотопластин - дахи житлових будинків і громадських будівель.

Крім розглянутих фотопластин для перетворення енергії сонячного випромінювання використовують тонкоплівкові панелі. Відрізняються вони ще меншою товщиною, що дозволяє встановити їх де завгодно, але значний недолік таких панелей - це низький ККД. Саме з цієї причини їх монтаж буде виправданий тільки при великих площах розміщення. Жартома тонкопленочную панель можна розмістити навіть на корпусі ноутбука або на дамській сумочці.

У термоповітряний енергетиці сонячна енергія перетворюється в енергію потоку повітря, який потім направляють на турбогенератор. А от у випадку використання сонячних аеростатних електростанцій всередині аеростатного балона відбувається генерація водяної пари. Досягається цей ефект за рахунок нагріву сонячним світлом поверхні аеростата, на яку нанесено селективно-поглинає покриття. Головна перевага це методу полягає в достатньому запасі пара, якого вистачає для продовження роботи електростанції в погану погоду і вночі.

Принцип геліотремальной енергетики полягає в нагріванні поверхні, яка поглинає сонячні промені і фокусує їх з метою подальшого використання отриманого тепла. Найпростіший приклад - це нагрівання води, яку потім можна використовуватися в побутових потребах, наприклад, для подачі в каналізацію або батареї, економлячи при цьому газ або інше паливо. У промислових масштабах енергія сонячного випромінювання, що отримується таким способом, перетворюється в електричну енергію за допомогою теплових машин. Будівництво таких комбінованих електростанцій може тривати понад 20 років, але темп розвитку сонячної енергетики не знижується, а навпаки, неухильно зростає.

Де можливо застосування сонячної енергії?

Використовувати сонячну енергію можна в абсолютно різних областях - від хімічної промисловості до автомобілебудування, від приготування їжі до опалення приміщень. Наприклад, використання сонячних батарей в автомобільній галузі почалося ще в 1955 році. Саме цей рік ознаменувався випуском першого автомобіля, який працював на сонячних батареях. Сьогодні ж випуском подібних автомашин займаються BMW, Toyota та інші найбільші компанії.

У побуті сонячна енергія використовується для обігріву приміщень, для освітлення і навіть для приготування їжі. Наприклад, сонячні печі з фольги і картону з ініціативи ООН активно використовують біженці, які були змушені покинути свої рідні місця через важку політичну обстановку. Більш складні по конструкції сонячні печі використовуються для термообробки і плавки металів. Одна з найбільших таких печей знаходиться на території Узбекистану.

Найбільш цікавими вигадками по використанню сонячної енергії можна вважати:

• Захисний чохол для телефону з фотоелементом, який є одночасно і зарядкою.
• Рюкзак з прикріпленою на ньому сонячною панеллю. Він дозволить вам зарядити не тільки телефон, але і планшет і навіть камеру, в загальному, будь-яку електроніку, у якій є USB-вхід.
• Сонячні Bluetooth-навушники.

А сама креативна задумка - це одяг, зшитий зі спеціальної тканини. Піджак, краватка і навіть купальник - все це може стати не тільки предметом вашого гардеробу, а й зарядним пристроєм.

Розвиток альтернативної енергетики в країнах СНД

Високими темпами альтернативна енергетика, в тому числі і сонячна, розвивається не тільки в США, Європі чи Індії, але і в країнах СНД, в їх число входить Росія, Казахстан, а особливо Україна. Наприклад, найбільша електростанція на сонячній енергії на території країн колишнього Радянського Союзу «Перово» була побудована в Криму. Її будівництво завершилося в 2011 році. Ця електростанція стала 3-им новаторським проектом австрійської компанії Activ Solar. Пікова потужність «Перово» становить близько 100 МВт.

А в жовтні того ж року компанією Activ Solar була запущена ще одна сонячна електростанція «Охотникове» і також на території Криму. Її потужність склала 80 МВт. «Охотникове» також отримала статус найбільшої, але вже на території Центральної та Східної Європи. Можна сказати, що альтернативна енергетика в Україні зробила величезний крок на зустріч безпечної і невичерпної енергії.

У Казахстані ж ситуація виглядає трохи інакше. В основному, розвиток альтернативної енергетики в цій країні відбувається лише в теорії. Потенціал у республіки величезний, але розкрити його повністю поки не виходить. Звичайно, уряд займається цим питанням, і навіть був розроблений план з розвитку альтернативної енергетики в Казахстані, ось тільки частка енергії, одержуваної від поновлюваних джерел, зокрема від сонця, становитиме не більше 1% в загальному енергобалансі країни. До 2020 в планах запуск всього 4 сонячних електростанцій, загальна потужність яких становитиме 77 МВт.

Альтернативна енергетика в Росії також розвивається чималими темпами. Але, як заявив заступник міністра енергетики, ухил в цій області робиться в основному на далекосхідні регіони. Наприклад, в Якутії сумарна вироблення 4 сонячних електростанцій, що працюють в найвіддаленіших північних селищах, склала більше 50 тис. КВт * год. Це дозволило заощадити понад 14 тонн дорого дизельного палива. Ще одним прикладом використання сонячної енергії служить будується в Липецькій області багатопрофільний авіаційний комплекс. Електроенергію для його роботи буде виробляти перша СЕС, побудована також на території Липецької області.

Все це дозволяє зробити наступний висновок: сьогодні всі країни, навіть не найрозвиненіші, прагнуть максимально наблизитися до заповітної мети: використання альтернативних джерел енергії. Адже споживання електроенергії зростає з кожним днем, з кожним днем \u200b\u200bзбільшується кількість шкідливих викидів в навколишнє середовище. І багато хто вже розуміє, що наше майбутнє і майбутнє нашої планети залежить тільки нас.

Р.Абдулліна

Україна робить ставку на енергію Сонця

Сонячна енергія

Параметри сонячного випромінювання

Перш за все необхідно оцінити потенційні енергетичні можливості сонячного випромінювання. Тут найбільше значення має його загальна питома потужність у поверхні Землі і розподіл цієї потужності за різними діапазонами випромінювання.

Потужність сонячного випромінювання

Потужність випромінювання Сонця, що знаходиться в зеніті, у поверхні Землі оцінюється приблизно в 1350 Вт / м2. Простий розрахунок показує, що для отримання потужності 10 кВт необхідно зібрати сонячне випромінювання з площі всього лише 7.5 м2. Але це - в ясний полудень в тропічній зоні високо в горах, де атмосфера розріджена і кристально прозора. Як тільки Сонце починає схилятися до горизонту, шлях його променів крізь атмосферу збільшується, відповідно, зростають і втрати на цьому шляху. Присутність в атмосфері пилу або парів води, навіть в невідчутних без спеціальних приладів кількостях, ще більш знижує потік енергії. Однак і в середній смузі в літній полудень на кожен квадратний метр, орієнтований перпендикулярно сонячним променям, доводиться потік сонячної енергії потужністю приблизно 1 кВт.

Звичайно, навіть невелика хмарність різко зменшує енергію, що досягає поверхні, особливо в інфрачервоному (тепловому) діапазоні. Проте, частина енергії все одно проникає крізь хмари. У середній смузі при сильній хмарності опівдні потужність сонячного випромінювання, який дійшов до поверхні Землі, оцінюється приблизно в 100 Вт / м2 і лише в рідкісних випадках при особливо щільної хмарності може опускатися нижче цієї величини. Очевидно, що в таких умовах для отримання 10 кВт необхідно повністю, без втрат і відображення, зібрати сонячне випромінювання вже не з 7.5 м2 земної поверхні, а з цілої сотки (100 м2).

У таблиці наведені короткі усереднені дані по енергії сонячного випромінювання для деяких міст Росії з урахуванням кліматичних умов (частоти і сили хмарності) на одиницю горизонтальної поверхні. Деталізація цих даних, додаткові дані для орієнтацій панелей, відмінних від горизонтальної, а також дані для інших областей Росії та країн колишнього СРСР наведені на окремій сторінці.

Місто	місячний мінімум (грудень)	місячний максимум (Червень або липень)	сумарно за рік
Архангельськ	4 МДж / м 2 (1.1 кВт · год / м 2)	575 МДж / м 2 (159.7 кВт · год / м 2)	3.06 ГДж / м 2 (850 кВт · год / м 2)
Астрахань	95.8 МДж / м 2 (26.6 кВт · год / м 2)	755.6 МДж / м 2 (209,9 кВт · год / м 2)	4.94 ГДж / м 2 (1 371 кВт · год / м 2)
Владивосток	208.1 МДж / м 2 (57.8 кВт · год / м 2)	518.0 МДж / м 2 (143.9 кВт · год / м 2)	4.64 ГДж / м 2 (1289.5 кВт · год / м 2)
Єкатеринбург	46 МДж / м 2 (12.8 кВт · год / м 2)	615 МДж / м 2 (170.8 кВт · год / м 2)	3.76 ГДж / м 2 (1045 кВт · год / м 2)
Москва	42.1 МДж / м 2 (11.7 кВт · год / м 2)	600.1 МДж / м 2 (166.7 кВт · год / м 2)	3.67 ГДж / м 2 (1020.7 кВт · год / м 2)
Новосибірськ		638 МДж / м 2 (177.2 кВт · год / м 2)	4.00 ГДж / м 2 (1110 кВт · год / м 2)
Омськ	56 МДж / м 2 (15.6 кВт · год / м 2)	640 МДж / м 2 (177.8 кВт · год / м 2)	4.01 ГДж / м 2 (1113 кВт · год / м 2)
Петрозаводськ	8.6 МДж / м 2 (2.4 кВт · год / м 2)	601.6 МДж / м 2 (167.1 кВт · год / м 2)	3.10 ГДж / м 2 (860.0 кВт · год / м 2)
Петропавловськ-Камчатський	83.9 МДж / м 2 (23.3 кВт · год / м 2)	560.9 МДж / м 2 (155.8 кВт · год / м 2)	3.95 ГДж / м 2 (1098.4 кВт · год / м 2)
Ростов-на-Дону	80 МДж / м 2 (22.2 кВт · год / м 2)	678 МДж / м 2 (188.3 кВт · год / м 2)	4.60 ГДж / м 2 (+1278 кВт · год / м 2)
Санкт-Петербург	8 МДж / м 2 (2.2 кВт · год / м 2)	578 МДж / м 2 (160.6 кВт · год / м 2)	3.02 ГДж / м 2 (840 кВт · год / м 2)
Сочі	124.9 МДж / м 2 (34.7 кВт · год / м 2)	744.5 МДж / м 2 (206.8 кВт · год / м 2)	4.91 ГДж / м 2 (1365.1 кВт · год / м 2)
Південно-Сахалінськ	150.1 МДж / м 2 (41.7 кВт · год / м 2)	586.1 МДж / м 2 (162.8 кВт · год / м 2)	4.56 ГДж / м 2 (1267.5 кВт · год / м 2)

Нерухома панель, розміщена під оптимальним кутом нахилу, здатна сприйняти в 1.2 .. 1.4 рази більше енергії в порівнянні з горизонтальною, а якщо вона буде повертатися слідом за Сонцем, то надбавка складе 1.4 .. 1.8 рази. У цьому можна переконатися, з розбивкою по місяцях для нерухомих панелей, орієнтованих на південь під різними кутами нахилу, і для систем, які відстежують рух Сонця. Особливості розміщення сонячних панелей більш детально обговорюються нижче.

Пряме і розсіяне сонячне випромінювання

Розрізняють розсіяне і пряме сонячне випромінювання. Для ефективного сприйняття прямого сонячного випромінювання панель повинна бути орієнтована перпендикулярно потоку сонячного світла. Для сприйняття розсіяного випромінювання орієнтація не так критична, тому що воно досить рівномірно приходить майже з усього небосхилу - саме так висвітлюється земна поверхня в похмурі дні (з цієї причини в похмуру погоду предмети не мають чітко оформленої тіні, а вертикальні поверхні, такі як стовпи і стіни будинків, практично не відкидають видиму тінь).

Співвідношення прямого і розсіяного випромінювання сильно залежить від погодних умов в різні сезони. Наприклад, в Москві зима похмура, і в січні частка розсіяного випромінювання перевищує 90% від загальної інсоляції. Але навіть московським влітку розсіяне випромінювання становить майже половину від усієї сонячної енергії, що досягає земної поверхні. У той же час в сонячному Баку і взимку, і влітку частка розсіяного випромінювання становить від 19 до 23% загальної інсоляції, а близько 4/5 сонячного випромінювання, відповідно, є прямим. Більш докладно співвідношення розсіяною і повної інсоляції для деяких міст наведено на окремій сторінці.

Розподіл енергії в сонячному спектрі

Сонячний спектр є практично безперервним у вкрай широкому діапазоні частот - від низькочастотного радіохвильового до надвисокочастотного рентгенівського і гамма-випромінювання. Безумовно, важко однаково ефективно вловлювати такі різні види випромінювання (мабуть, це можна здійснити лише теоретично за допомогою «ідеального абсолютно чорного тіла»). Але це і не треба - по-перше, саме Сонце в різних частотних діапазонах випромінює з різною силою, а по-друге, не все, що випромінюючи Сонце, досягає поверхні Землі - окремі ділянки спектра в значній мірі поглинаються різними компонентами атмосфери - переважно озоновим шаром, парами води і вуглекислим газом.

Тому нам досить визначити ті діапазони частот, в яких спостерігається найбільший потік сонячної енергії на поверхні Землі, і використовувати саме їх. Традиційно сонячне і космічне випромінювання поділяється не за частотою, а по довжині хвилі (це пов'язано з дуже великими показниками ступеня для частот цього випромінювання, що дуже незручно - видимого світла в герцах відповідає 14-й порядок). Подивимося ж залежність розподілу енергії від довжини хвилі для сонячного випромінювання.

Діапазоном видимого світла вважається ділянку довжин хвиль від 380 нм (глибокий фіолетовий) до 760 нм (глибокий червоний). Все, що має меншу довжину хвилі, володіє більш високою енергією фотонів і підрозділяється на ультрафіолетовий, рентгенівський і гамма діапазони випромінювання. Незважаючи на високу енергію фотонів, самих фотонів в цих діапазонах не так вже й багато, тому загальний енергетичний внесок цієї ділянки спектру дуже малий. Все, що має більшу довжину хвилі, має меншу в порівнянні з видимим світлом енергією фотонів і підрозділяється на інфрачервоний діапазон (теплове випромінювання) і різні ділянки радіодіапазону. З графіка видно, що в інфрачервоному діапазоні Сонце випромінює практично стільки ж енергії, як і у видимому (рівні менше, зате діапазон ширше), а ось в радіочастотному діапазоні енергія випромінювання дуже мала.

Таким чином, з енергетичної точки зору нам досить обмежитися видимим і інфрачервоним діапазонами частот, а також ближнім ультрафіолетом (десь до 300 нм, більш короткохвильовий жорсткий ультрафіолет практично повністю поглинається в так званому озоновому шарі, забезпечуючи синтез цього самого озону з атмосферного кисню) . А левова частка сонячної енергії, що досягає поверхні Землі, зосереджена в діапазоні довжин хвиль від 300 до 1800 нм.

Обмеження при використанні сонячної енергії

Головні обмеження, пов'язані з використанням сонячної енергії, викликані її непостійністю - сонячні установки не працюють вночі і малоефективні в похмуру погоду. Це очевидно практично всім.

Однак є і ще одна обставина, яка особливо актуально для наших досить північних широт - це сезонні відмінності в тривалості дня. Якщо для тропічної і екваторіальній зони тривалість дня і ночі слабо залежить від пори року, то вже на широті Москви найкоротший день менше найдовшого майже в 2.5 рази! Про приполярні області я вже не кажу ... У результаті в ясний літній день сонячна установка під Москвою може призвести енергії не менше, ніж на екваторі (сонце нижчі, проте день довше). Однак взимку, коли потреба в енергії особливо висока, її вироблення, навпаки, знизиться в декілька разів. Адже крім короткого світлового дня, промені низького зимового сонця навіть опівдні повинні проходити набагато більш товстий шар атмосфери і тому втрачають на цьому шляху значно більше енергії, ніж влітку, коли сонце стоїть високо і промені йдуть крізь атмосферу майже прямовисно (вираз «холодний зимовий сонце »має самий прямий фізичний сенс). Проте, це зовсім не означає, що сонячні установки в середній смузі і навіть в набагато більш північних районах зовсім марні - хоча взимку від них мало користі, еато в період довгих днів, як мінімум півроку між весняним і осіннім рівноденнями, вони цілком ефективні .

Особливо цікаво застосування сонячних установок для приведення в дію все ширше рас-прос-тра-ня-ю-чих-ся, але вельми «ненажерливих» кондиціонерів. Адже чим сильніше світить сонце, тим спекотніше і тим потрібніше кондиціонер. Але в таких умовах і сонячні установки здатні виробити більше енергії, причому ця енергія буде використана кондиціонером саме «тут і зараз», її не треба акумулювати і зберігати! До того ж зовсім необов'язково перетворювати енергію в електричну форму - абсорбційні теплові машини використовують тепло безпосередньо, а це значить, що замість фотоелектричних батарей можна використовувати сонячні колектори, найбільш ефективні саме в ясну жарку погоду. Правда, я вважаю, що кондиціонери незамінні лише в жарких безводних регіонах і у вологому тропічному кліматі, а також в сучасних містах незалежно від їх місця розташування. Грамотно спроектований і побудований заміський будинок не тільки в середній смузі, але і на більшій частині півдня Росії не потребує настільки енергетично ненажерливому, громіздкому, галасливому і капризний пристрої.

На жаль, в умовах міської забудови індивідуальне використання більш-менш потужних сонячних установок з скільки-небудь помітної практичною користю можливо лише в рідкісних випадках особливо вдалого збігу обставин. Втім, я не вважаю міську квартиру повноцінним житлом, оскільки її нормальне функціонування залежить від занадто великої кількості факторів, які будуть недоступні безпосередньому контролю мешканців по чисто технічних причин, а тому в разі виходу з ладу на більш-менш тривалий час хоча б однієї з систем життєзабезпечення сучасного багатоквартирного будинку умови там не буде прийнятні для життя (скоріше, квартиру в багатоповерхівці треба розглядати як свого роду готельний номер, який мешканці викупили в безстрокове користування або орендують у муніципалітету). Зате за містом особливу увагу до сонячної енергії може бути більш ніж виправданим навіть на маленькій ділянці в 6 соток.

Особливості розміщення сонячних панелей

Вибір оптимальної орієнтації сонячних панелей є одним з найважливіших питань при практичному використанні сонячних установок будь-якого типу. На жаль, на різних сайтах, присвячених сонячної енергії, цей аспект розглядається дуже мало, хоча нехтування ним здатне знизити ефективність панелей до неприйнятного рівня.

Справа в тому, що кут падіння променів на поверхню сильно впливає на коефіцієнт відбиття, а отже, на частку несприйнятої сонячної енергії. Наприклад, для скла при відхиленні кута падіння від перпендикуляра до його поверхні до 30 ° коефіцієнт відбиття практично не змінюється і становить трохи менше 5%, тобто більше 95% падаючого випромінювання проходять всередину. Далі зростання відображення стає помітним, і до 60 ° частка відбитого випромінювання збільшується вдвічі - майже до 10%. При куті падіння 70 ° відбивається близько 20% випромінювання, а при 80 ° - 40%. Для більшості інших речовин залежність ступеня відбиття від кута падіння має приблизно той же характер.

Ще важливіше так звана ефективна площа панелі, тобто перекривається нею перетин потоку випромінювання. Вона дорівнює реальної площі панелі, помноженої на синус кута між її площиною і напрямок потоку води (або, що те ж саме, на косинус кута між перепендікуляром до панелі і напрямком потоку). Тому, якщо панель перпендикулярна потоку, її ефективна площа дорівнює її реальної площі, якщо потік відхилився від перпендикуляра на 60 ° - половині реальної площі, а якщо потік паралельний панелі, її ефективна площа дорівнює нулю. Таким чином, істотне відхилення потоку від перпендикуляра до панелі не тільки збільшує відображення, але знижує її ефективну площу, що обумовлює дуже помітне падіння вироблення.

Очевидно, що для наших цілей найбільш ефективна постійна орієнтація панелі перпендикулярно потоку сонячних променів. Але це зажадає зміни положення панелі в двох площинах, оскільки положення Сонця на небі залежить не тільки від часу доби, а й від пори року. Хоча така система, безумовно, технічно можлива, вона виходить досить складною, а тому дорогий і не дуже надійною.

Однак згадаємо, що при кутах падіння до 30 ° коефіцієнт відбиття на границі "повітря-скло» мінімальний і практично незмінний, а в перебігу року кут максимального підйому Сонця над горизонтом відхиляється від середнього положення не більше ніж на ± 23 °. Ефективна площа панелі при відхиленні від перпендикуляра на 23 ° також залишається досить великою - не менше 92% від її реальної площі. Тому можна орієнтуватися на середньорічну висоту максимального підйому Сонця і практично без втрати ефективності обмежитися обертанням лише в одній площині - навколо полярної осі Землі зі швидкістю 1 оборот в добу. Кут нахилу осі такого обертання щодо горизонталі дорівнює географічній широті місця. Наприклад, для Москви, розташованої на широті 56 °, вісь такого обертання повинна бути нахилена на північ на 56 ° відносно поверхні (або, що те ж саме, відхилена від вертикалі на 34 °). Таке обертання організувати вже набагато простіше, однак для безперешкодно обертання великий панелі потрібно чимало місця. Крім того, необхідно або організувати ковзне з'єднання, що дозволяє відводити від постійно обертається панелі всю отриману нею енергію, або обмежитися гнучкими комунікаціями з фіксованим з'єднанням, але забезпечити автоматичне повернення панелі назад в нічний час, - в іншому випадку не уникнути перекручування і обриву відвідних енергію комунікацій . Обидва рішення різко підвищують складність і знижують надійність системи. При зростанні потужності панелей (а значить, їх розмірів і ваги) технічні проблеми ускладнюються в геометричній прогресії.

У зв'язку з усім вищевикладеним, практично завжди панелі індивідуальних сонячних установок монтуються нерухомо, що забезпечує відносну дешевизну і найвищу надійність установки. Однак тут особливо важливим стає вибір кута розміщення панелі. Розглянемо цю проблему на прикладі Москви.

Помаранчева лінія - при відстеженні положення Сонця обертанням навколо полярної осі (тобто паралельно земної осі); синій - нерухома горизонтальна панель; зелений - нерухома вертикальна панель, орієнтована на південь; червоний - нерухома панель, нахилена на південь під кутом 40 ° до горизонту.

Подивимося на діаграми інсоляції для різних кутів установки панелей. Звичайно, панель, що повертається слідом за Сонцем, поза конкуренцією (помаранчева лінія). Однак навіть в довгі літні дні її ефективність перевищує ефективність нерухомих горизонтальної (синя) і нахиленою під оптимальним кутом (червона) панелей всього лише приблизно на 30%. Але в ці дні тепла і світла і так вистачає! А ось в найбільш енергодефіцитний період з жовтня по лютий перевага поворотній панелі над нерухомими мінімально і практично невідчутно. Правда, в цей час компанію похилій панелі становить не горизонтальна, а вертикальна панель (зелена лінія). І це не дивно - низькі промені зимового сонця ковзають по горизонтальній панелі, але добре сприймаються майже перпендикулярній їм вертикальної. Тому в лютому, листопаді та грудні вертикальна панель за своєю ефективністю перевершує навіть похилу і майже не відрізняється від поворотною. У березні та жовтні день довший, і поворотна панель вже починає впевнено (хоча і не дуже сильно) перевершувати будь-які нерухомі варіанти, але ефективність похилій і вертикальної панелей практично однакова. І лише в період довгих днів з квітня по серпень горизонтальна панель по отриманої енергії випереджає вертикальну і наближається до похилої, а в червні навіть трохи перевершує її. Літній програш вертикальної панелі закономірний - адже, скажімо, день літнього сонцестояння триває в Москві понад 17 годин, а в передній (робочої) півсфері вертикальної панелі Сонце може перебувати не більше 12 годин, решта 5 з гаком годин (майже третина світового дня!) Воно знаходиться позаду неї. Якщо ж врахувати, що при кутах падіння понад 60 ° частка відбитого від поверхні панелі світла починає стрімко рости, а її ефективна площа скорочується в два рази і більше, то час ефективного сприйняття сонячного випромінювання для такої панелі не перевищує 8 годин - тобто менше 50 % від загальної тривалості дня. Саме цим пояснюється факт стабілізації продуктивності вертикальних панелей на протязі всього періоду довгих днів - з березня по вересень. І нарешті, трохи осторонь стоїть січень - в цьому місяці продуктивність панелей всіх орієнтацій практично однакова. Справа в тому, що цей місяць в Москві дуже похмурий, і більше 90% всієї сонячної енергії припадає нарассеянное випромінювання, а для такого випромінювання орієнтація панелі не дуже важлива (головне, не звернути її в землю). Однак кілька сонячних днів, все ж бувають в січні, знижують вироблення горизонтальній панелі на 20% в порівнянні з іншими.

Який же кут нахилу вибрати? Все залежить від того, коли саме Вам потрібна сонячна енергія. Якщо Ви хочете користуватися нею тільки в теплий період (скажімо, на дачі), то варто вибрати так званий «оптимальний» кут нахилу, перпендикулярний до середнього положення Сонця в період між весняним і осіннім рівноденнями. Він приблизно на 10 ° .. 15 ° менше географічної широти і для Москви становить 40 ° .. 45 °. Якщо ж енергія Вам потрібна цілий рік, то слід «вичавлювати» максимум саме в енергодефіцитні зимові місяці, а значить, треба орієнтуватися на середнє положення Сонця між осіннім і весняним рівноденнями і розміщувати панелі ближче до вертикалі - на 5 ° .. 15 ° більше географічної широти (для Москви це буде 60 ° .. 70 °). Якщо ж по архітектурним або конструктивних міркувань витримати такий кут неможливо і треба вибирати між кутом нахилу в 40 ° і менше або вертикальною установкою, слід віддати перевагу вертикальне положення. При цьому «недобір» енергії в довгі літні дні не такий критичний - в цей період повно природного тепла і світла, і потреба у виробленні енергії зазвичай не так велика, як взимку і в міжсезонні. Природно, нахил панелі повинен бути орієнтований на південь, хоча відхилення від цього напрямку на 10 ° .. 15 ° на схід або на захід мало що змінює і тому цілком допустимо.

Горизонтальне розміщення сонячних панелей на всій території Росії неефективно і абсолютно невиправдано. Крім занадто великого зниження вироблення енергії в осінньо-зимовий період, на горизонтальних панелях інтенсивно накопичується пил, а взимку ще й сніг, і видалити їх звідти можна тільки за допомогою спеціально організованої прибирання (як правило, вручну). Якщо ж нахил панелі перевищує 60 °, то сніг на її поверхні затримується мало і зазвичай швидко осипається сам по собі, а тонкий шар пилу добре змивається дощами.

Оскільки останнім часом ціни на сонячне обладнання знижуються, може виявитися вигідним замість єдиного поля сонячних панелей, орієнтованого на південь, використовувати два з більшою сумарною потужністю, орієнтованих на суміжні (південний схід і південний захід) і навіть протилежні (схід і захід) сторони світу. Це забезпечить більш рівномірне вироблення в сонячні дні і підвищене вироблення в похмуру погоду, при тому, що решта обладнання залишиться розрахованим на колишню, відносно невисоку потужність, а тому буде більш компактним і дешевим.

І останнє. Скло, поверхня якого не гладка, а має спеціальний рельєф, здатне набагато більш ефективно сприймати бічне світло і передавати його на робочі елементи сонячної панелі. Найбільш оптимальним представляється хвилеподібний рельєф з орієнтацією виступів і западин з півночі на південь (для вертикальних панелей - зверху вниз), - своєрідна лінійна лінза. Рифлене скло здатне збільшити вироблення нерухомою панелі на 5% і більше.

Традиційні типи установок для використання сонячної енергії

Час від часу з'являються повідомлення про падіння з даху чергової сонячної електростанції (СЕС) або опріснювальної установки. По всьому світу, від Африки до Скандинавії, застосовуються теплові сонячні колектори і фотоелектричні сонячні батареї. Ці методи використання сонячної енергії розвиваються вже не один десяток років, їм присвячено безліч сайтів в Інтернеті. Тому тут я розгляну їх у найзагальніших рисах. Втім, один найважливіший момент в Інтернеті практично не висвітлюється - це вибір конкретних параметрів при створенні індивідуальної системи сонячного енергопостачання. Тим часом це питання не таке просте, як здається на перший погляд. Приклад вибору параметрів для системи на сонячних батареях наведено на окремій сторінці.

Сонячні батареї

Взагалі кажучи, під «сонячною батареєю» можна розуміти будь-який набір однакових модулів, що сприймають сонячне випромінювання і об'єднаних в єдиний пристрій, в тому числі чисто теплових, але традиційно цей термін закріпився саме за панелями фотоелектричних перетворювачів. Тому під терміном «сонячна батарея» практично завжди мається на увазі фотоелектричний пристрій, безпосередньо перетворюють сонячне випромінювання в електричний струм. Ця технологія активно розвивається з середини XX століття. Величезним стимулом для її розвитку стало освоєння космічного простору, де конкуренцію сонячним батареям по виробленої потужності і тривалості роботи в даний час можуть скласти лише малогабаритні ядерні джерела енергії. За цей час ефективність перетворення сонячних батарей зросла з одного-двох відсотків до 17% і більше в масових відносно дешевих моделях і понад 42% у дослідних зразках. Значно збільшився термін служби і надійність роботи.

Переваги сонячних батарей

Головне достоїнство сонячних батарей - їх гранична конструктивна простота і повна відсутність рухомих деталей. Як наслідок цього - невелику питому вагу і невибагливість в поєднанні з високою надійністю, а також максимально простий монтаж і мінімальні вимоги до обслуговування під час експлуатації (зазвичай достатньо лише видаляти з робочої поверхні бруд у міру її накопичення). Представляючи собою плоскі елементи малої товщини, вони цілком успішно розміщуються на зверненому до сонця схилі даху або на стіні будинку, практично не вимагаючи для себе якогось додаткового місця і зведення окремих громіздких конструкцій. Єдина умова - ніщо не повинно затінювати їх протягом якомога більшого часу.

Ще один дуже важливий гідність - це те, що енергія виробляється відразу у вигляді електрики - в найбільш універсальною і зручною на сьогоднішній день формі.

На жаль, ніщо не вічне - ефективність фотоелектричних перетворювачів падає протягом терміну служби. Напівпровідникові пластини, з яких зазвичай складаються сонячні батареї, з часом деградують і втрачають свої властивості, в результаті і без того не надто високий ККД сонячних батарей стає ще менше. Тривала дія високих температур прискорює цей процес. Спочатку я наголошував на цьому як недолік фотоелектричних батарей, тим більше, що «сіли» фотоелементи відновити неможливо. Однак навряд чи який-небудь механічний електрогенератор зможе продемонструвати хоча б 1% працездатності всього лише через 10 років безперервної роботи - швидше за все він набагато раніше потребують серйозного ремонту через механічного зносу якщо не підшипників, то щіток, - а сучасні фотоперетворювачів здатні зберігати свою ефективність десятиліттями. За оптимістичними оцінками, за 25 років ККД сонячної батареї зменшується всього на 10%, а значить, якщо не втрутяться інші чинники, то навіть через 100 років збережеться майже 2/3 від початкової ефективності. Втім, для масових комерційних фотоелементів на полі і монокристаллическом кремнії чесні виробники та продавці призводять дещо інші цифри старіння - через 20 років слід очікувати втрати до 20% ефективності (тоді теоретично через 40 років ефективність складе 2/3 від початкової, скоротиться вдвічі за 60 років, а через 100 років залишиться трохи менше 1/3 від початкової продуктивності). Загалом, нормальний термін служби для сучасних фотоперетворювачів становить не менше 25 .. 30 років, так що деградація не так критична, і набагато важливіше вчасно стирати з них пил ...

Якщо ж батареї встановити таким чином, щоб природне запилення практично відсутнє або своєчасно змивалося природними же дощами, то вони зможуть працювати без будь-якого обслуговування протягом багатьох років. Можливість такої довгої експлуатації в необслуживаемом режимі - ще одна найважливіша перевага.

Нарешті, сонячні батареї здатні виробляти енергію зі світанку до заходу навіть у похмуру погоду, коли теплові сонячні колектори мають температуру, лише незначно відрізняється від температури навколишнього повітря. Звичайно, в порівнянні з ясним сонячним днем \u200b\u200bїх продуктивність падає у багато разів, але краще хоч щось, ніж зовсім нічого! У зв'язку з цим особливо цікаві розробки батарей з максимумом перетворення енергії в тих діапазонах, де хмари найменше поглинають сонячне випромінювання. Крім того, при виборі сонячних фотоперетворювачів слід звертати увагу на залежність вироблюваного ними напруги від освітленості - вона повинна бути якомога меншою (при зниженні освітленості в першу чергу повинен падати ток, а не напруга, оскільки інакше для отримання хоч якогось корисного ефекту в похмурі дні доведеться використовувати недешеве додаткове обладнання, примусово підвищує напругу до мінімально достатнього для зарядки акумуляторів і роботи інверторів).

Недоліки сонячних батарей

Звичайно, і недоліків у сонячних батарей чимало. Крім залежності від погоди і часу доби, можна відзначити наступне.

Невисокий ККД. Той же сонячний колектор при правильному виборі форми і матеріалу поверхні здатний поглинути майже все що потрапило на нього сонячне випромінювання практично у всьому спектрі частот, що несуть помітну енергію, - від далекого інфрачервоного до ультрафіолетового діапазону. Сонячні батареї же перетворюють енергію вибірково - для робочого збудження атомів потрібні певні енергії фотонів (частоти випромінювання), тому в одних смугах частот перетворення йде дуже ефективно, а інші частотні діапазони для них не приносять користі. Крім того, енергія уловлених ними фотонів використовується квантово - її «надлишки», що перевищують необхідний рівень, йдуть на шкідливий в даному випадку нагрів матеріалу фотоперетворювача. Багато в чому саме цим і пояснюється їх невисокий ККД.
До речі, невдало вибравши матеріал захисного покриття, можна помітно знизити ефективність роботи батареї. Справа ускладнюється тим, що звичайне скло досить добре поглинає високоенергетичну ультрафіолетову частину спектру, а для деяких типів фотоелементів саме на часі саме цей діапазон, - енергія інфрачервоних фотонів для них занадто мала.

Чутливість до високої температури. З підвищенням температури ефективність роботи сонячних батарей, як і майже всіх інших напівпровідникових приладів, знижується. При температурах вище 100..125 ° С вони взагалі можуть тимчасово втратити працездатність, а ще більший нагрів загрожує їх необоротним пошкодженням. До того ж підвищена температура прискорює деградацію фотоелементів. Тому необхідно вживати всіх заходів для зниження нагріву, неминучого під палючими прямими сонячними променями. Зазвичай виробники обмежують номінальний діапазон робочих температур фотоелементів до + 70 ° .. + 90 ° С (мається на увазі нагрівання самих елементів, а температура навколишнього повітря, природно, повинна бути набагато нижче).
Додатково ускладнює ситуацію те, що чутлива поверхня досить тендітних фотоелементів часто закривається захисним склом або прозорим пластиком. Якщо між захисним покривом і поверхнею фотоелемента залишиться повітряний прошарок, то утворюється своєрідний «парник», що збільшують перегрів. Правда, збільшивши відстань між захисним склом і поверхнею фотоелемента і з'єднавши зверху і знизу цю порожнину з атмосферою, можна організувати конвекційний потік повітря, природним чином охолоджуючий фотоелементи. Однак на яскравому сонці і при високій температурі зовнішнього повітря цього може виявитися недостатньо, до того ж такий метод сприяє прискореному запиленію робочої поверхні фотоелементів. Тому сонячна батарея навіть не дуже великих розмірів може зажадати спеціальної системи охолодження. Справедливості заради треба сказати, що подібні системи зазвичай легко автоматизуються, а привід вентилятора або помпи споживає лише малу частку енергії, що виробляється. При відсутності яскравого сонця великого нагріву немає і охолодження взагалі не потрібно, так що енергія, зекономлена на приводі системи охолодження, може бути використана для інших цілей. Слід зауважити, що в сучасних панелях заводського виготовлення захисне покриття зазвичай щільно прилягає до поверхні фотоелементів і відводить тепло назовні, але в саморобних конструкціях механічний контакт з захисним склом може привести до пошкодження фотоелемента.

Чутливість до нерівномірності засвічення. Як правило, для отримання на виході батареї напруги, більш-менш зручного для використання (12, 24 і більше вольт), фотоелементи з'єднуються в послідовні ланцюжки. Струм в кожній такій ланцюжку, а отже, і її потужність, визначається найслабшою ланкою - фотоелементом з гіршими характеристиками або з найменшою освітленістю. Тому якщо хоча б один елемент ланцюжка виявляється в тіні, він істотно знижує вироблення всього ланцюжка - втрати неспіврозмірні затінення (більш того, при відсутності захисних діодів такий елемент почне розсіювати потужність, що виробляється іншими елементами!). Уникнути непропорційного зниження вироблення можна, лише поєднавши все фотоелементи паралельно, однак тоді на виході батареї буде занадто великий струм при дуже малому напрузі - зазвичай для окремих фотоелементів воно становить всього 0.5 .. 0.7 В залежно від їх типу і величини навантаження.

Чутливість до забруднень. Навіть малопомітний шар бруду на поверхні фотоелементів або захисного скла може поглинути істотну частку сонячного світла і помітно знизити вироблення енергії. У курному місті це зажадає частого очищення поверхні сонячних батарей, особливо встановлених горизонтально або з невеликим нахилом. Безумовно, така ж процедура необхідна і після кожного снігопаду, і після пилової бурі ... Однак далеко від міст, промислових зон, жвавих доріг та інших сильних джерел пилу при куті нахилу 45 ° і більше дощі цілком здатні змивати природне запилення з поверхні панелей, «автоматично» підтримуючи їх в досить чистому стані. Та й сніг на такому ухилі, до того ж зверненому на південь, навіть в дуже морозні дні зазвичай довго не затримується. Так що далеко від джерел атмосферних забруднень панелі сонячних батарей можуть роками успішно працювати взагалі без будь-якого обслуговування, було б сонце в небі!

Нарешті, останнє, але найважливіше з перешкод для широкого і повсюдного поширення фотоелектричних сонячних батарей - їх досить висока ціна. Собівартість елементів сонячної батареї в даний час складає мінімум 1 $ / Вт (1 кВт -1000 $), і це для малоефективних модифікацій без урахування вартості збірки і монтажу панелей, а також без урахування вартості акумуляторів, контролерів зарядки і інверторів (перетворювачів виробляється низьковольтного постійного струму до побутового або промислового стандарту). У більшості випадків для мінімальної оцінки реальних витрат ці цифри слід помножити в 3-5 разів при самостійній збірці з окремих фотоелементів і в 6-10 разів при покупці готових комплектів обладнання (плюс вартість монтажу).

З усіх елементів системи енергопостачання на фотоелектричних батареях найкоротший термін служби мають акумулятори, однак виробники сучасних необслуговуваних акумуляторів стверджують, що в так званому буферному режимі вони пропрацюють близько 10 років (або відпрацюють традиційні 1000 циклів сильної зарядки-розрядки - якщо вважати по одному циклу в добу, то в такому режимі їх вистачить на 3 роки). Зазначу, що вартість акумуляторів зазвичай становить лише 10-20% від загальної вартості всієї системи, а вартість інверторів і контролерів заряду (і те, і інше - складні електронні вироби, і тому існує певна ймовірність їх виходу з ладу) - ще менше. Таким чином, беручи до уваги тривалий термін служби і можливість роботи на протязі довгого часу без будь-якого обслуговування, фотоперетворювачів за своє життя цілком можуть окупитися не один раз, і не тільки у віддалених районах, а й у обжитих місцевостях - якщо тарифи на електрику продовжать рости нинішніми темпами!

Сонячні теплові колектори

Назва «сонячні колектори» закріпилося за пристроями, що використовують безпосереднє нагрівання сонячним теплом, - як одиночними, так і нарощуваними (модульними). Найпростіший зразок теплового сонячного колектора - чорний водяний бак на даху вищезгаданого дачного душа (до речі, ефективність нагріву води в літньому душі можна помітно підвищити, спорудивши навколо бака міні-парничок хоча б з поліетиленової плівки; бажано, щоб між плівкою і стінками бака зверху і збоку залишався зазор в 4-5 см).

Однак сучасні колектори мало схожі на такий бак. Зазвичай вони представляють собою плоскі конструкції з тонких зачернённих трубок, покладених у вигляді решітки або змійкою. Трубки можуть кріпитися на зачернённом ж теплопровідних аркуші-підкладці, який уловлює сонячне тепло, що потрапляє в проміжки між ними - це дозволяє зменшити загальну довжину трубок без втрати ефективності. Для зниження тепловтрат і підвищення нагріву колектор зверху може бути закритий листом скла або прозорого стільникового полікарбонату, а зі зворотного боку теплорозподільного листа даремні втрати тепла запобігає шар теплоізоляції - виходить своєрідна «теплиця». За трубці рухається нагрівається вода або інший теплоносій, який може збиратися в накопичувальному термоізольованому баку. Рух теплоносія відбувається під дією насоса або самопливом за рахунок різниці щільності теплоносія до і після теплового колектора. В останньому випадку для більш-менш ефективної циркуляції потрібен ретельний вибір ухилів і перетинів труб і розміщення самого колектора якнайнижче. Але зазвичай колектор розміщується в тих же місцях, де і сонячна батарея - на сонячній стіні або на сонячному схилі даху, правда додатково десь треба розмістити і накопичувальний бак. Без такого бака при інтенсивному розборі тепла (скажімо, якщо треба наповнити ванну або прийняти душ) ємності колектора може не вистачити, і через невеликий час з крана потече трохи підігріта вода.

Захисне скло, звичайно, дещо знижує ефективність колектора, поглинаючи і відбиваючи кілька відсотків сонячної енергії, навіть якщо промені падають перпендикулярно. Коли ж промені потрапляють на скло під невеликим кутом до поверхні, коефіцієнт відображення може наближатися до 100%. Тому при відсутності вітру і необхідності лише невеликого нагрівання щодо навколишнього повітря (на 5-10 градусів, скажімо, для поливу городу) «відкриті» конструкції можуть бути більш ефективні, ніж «засклені». Але як тільки потрібно різницю температур в декілька десятків градусів або якщо піднімається навіть не дуже сильний вітер, тепловтрати відкритих конструкцій стрімко зростають, і захисне скло при всіх своїх недоліках стає необхідністю.

Важливе зауваження - необхідно враховувати, що в спекотний сонячний день при відсутності розбору вода може перегрітися вище температури кипіння, тому в конструкції колектора необхідно прийняти відповідні запобіжні заходи (передбачити запобіжний клапан). У відкритих колекторах без захисного скла такого перегріву зазвичай можна не побоюватися.

Останнім часом починають широко використовуватися сонячні колектори на так званих теплових трубках (не плутати з «тепловими трубками», застосовуваними для відводу тепла в системах охолодження комп'ютерів!). На відміну від розглянутої вище конструкції, тут кожна нагрівається металева трубка, по якій циркулює теплоносій, впаяна всередину скляної трубки, а з проміжку між ними відкачано повітря. Виходить аналог термоса, де за рахунок вакуумної теплоізоляції тепловтрати зменшуються в 20 разів і більше. В результаті, за твердженням виробників, при морозі в -35 ° С зовні скла, вода у внутрішній металевій трубці зі спеціальним покриттям, що поглинає максимально широкий спектр сонячного випромінювання, нагрівається до +50 .. + 70 ° С (перепад понад 100 ° С) .Ефективність поглинання в поєднанні з відмінною теплоізоляцією дозволяють нагрівати теплоносій навіть в похмуру погоду, хоча потужність нагріву, звичайно, в рази менше, ніж при яскравому сонці. Ключовим моментом тут є забезпечення схоронності вакууму в зазорі між трубками, тобто вакуумної герметичності стику скла і металу, в дуже широкому діапазоні температур, що досягає 150 ° С, протягом усього терміну експлуатації, що становить багато років. З цієї причини при виготовленні таких колекторів не обійтися без ретельного узгодження коефіцієнтів температурного розширення скла і металу і високотехнологічних виробничих процесів, а значить, в кустарних умовах навряд чи вдасться зробити повноцінну вакуумну теплову трубку. Але більш прості конструкції колекторів без проблем виготовляються самостійно, хоча, звичайно, їх ефективність дещо менше, особливо взимку.

Крім описаних вище рідинних сонячних колекторів, існують і інші цікаві типи конструкцій: повітряні (теплоносій - повітря, і замерзання йому не страшно), «сонячні ставки» та ін. На жаль, більшість досліджень і розробок по сонячним колекторам присвячено саме рідинним моделям, тому альтернативні види серійно практично не виробляються і відомостей про них не так вже й багато.

Переваги сонячних колекторів

Найважливіша гідність сонячних колекторів - простота і відносна дешевизна виготовлення їх цілком ефективних варіантів, що поєднується з невибагливістю в експлуатації. Необхідний мінімум для того, щоб зробити колектор своїми руками - це кілька метрів тонкої труби (бажано мідної тонкостінної - її можна зігнути з мінімальним радіусом) і трохи чорної фарби, хоча б бітумного лаку. Згинаємо трубку змійкою, фарбуємо чорною фарбою, розміщуємо в сонячному місці, підключаємо до водяної магістралі, - і ось найпростіший сонячний колектор вже готовий! При цьому змійовика легко можна надати майже будь-яку конфігурацію і максимально використовувати все виділене для колектора місце. Найбільш ефективним зачорнінням, яке можна нанести в кустарних умовах і яке до того ж дуже стійке до високих температур і прямого сонячного світла, є тонкий шар сажі. Однак сажа легко стирається і змивається, тому для такого зачернения обов'язково потрібно захисне скло і спеціальні заходи, щоб запобігти можливому потраплянню конденсату на вкриту сажею поверхню.

Інше найважливіше гідність колекторів полягає в тому, що на відміну від сонячних батарей, вони здатні вловити і перетворити в тепло до 90% потрапив на них сонячного випромінювання, а в найбільш вдалих випадках - і більше. Тому не тільки в ясну погоду, але і при легкої хмарності ККД колекторів перевершує ККД фотоелектричних батарей. Нарешті, на відміну від фотоелектричних батарей, нерівномірність засвічення поверхні не викликає непропорційного зниження ефективності колектора - важливий лише загальний (інтегральний) потік випромінювання.

Недоліки сонячних колекторів

Зате сонячні колектори більш чутливі до погоди, ніж сонячні батареї. Навіть на яскравому сонці свіжий вітер здатний у багато разів знизити ефективність нагріву відкритого теплообмінника. Захисне скло, звичайно, різко скорочує втрати тепла від вітру, але в разі щільної хмарності і воно безсиле. У похмуру вітряну погоду толку від колектора практично немає, а сонячна батарея хоч трохи енергії, і розвиває.

Серед інших недоліків сонячних колекторів насамперед виділю їх сезонність. Досить коротких весняних або осінніх нічних заморозків, щоб утворився в трубах нагрівача лід створив небезпеку їх розриву. Звичайно, це можна виключити, підігріваючи холодними ночами «тепличку» зі змійовиком стороннім джерелом тепла, проте в такому випадку загальна енергетична ефективність колектора легко може стати негативною! Інший варіант - двоконтурний колектор з антифризом в зовнішньому контурі - не зажадає витрати енергії на підігрів, але буде набагато складніше одноконтурних варіантів з прямим нагріванням води як у виготовленні, так і при експлуатації. Повітряні конструкції в принципі не можуть замерзнути, але там є інша проблема - низька питома теплоємність повітря.

І все ж, мабуть, головний недолік сонячного колектора полягає в тому, що він є саме нагрівальним приладом, причому хоча промислово виготовлені зразки при відсутності розбору тепла можуть нагріти теплоносій до 190..200 ° С, зазвичай досягається температура рідко перевищує 60..80 ° С. Тому використовувати здобуту тепло для отримання істотних обсягів механічної роботи або електричної енергії вельми скрутно. Адже навіть для роботи самої низькотемпературної паро-водяної турбіни (наприклад тієї, яку свого часу описав В.А.Зисін) необхідно перегріти воду хоча б до 110 ° С! А безпосередньо у вигляді тепла енергія, як відомо, довго не зберігається, та й при температурі менше 100 ° С її зазвичай можна використовувати лише в гарячому водопостачанні та опаленні будинку. Втім, з урахуванням низької вартості і простоти виготовлення це може бути цілком достатньою причиною для створення власного сонячним колектором.

Справедливості заради потрібно відзначити, що «нормальний» робочий цикл теплової машини можна організувати і при температурах нижче 100 ° С - або якщо температуру кипіння знизити, знижуючи тиск в випарної частини за допомогою відкачування звідти пара, або використавши рідина, температура кипіння якої лежить між температурою нагрівання сонячного колектора і температурою навколишнього повітря (оптимально - 50..60 ° С). Правда, я можу згадати лише одну НЕ екзотичну і відносно безпечну рідину, більш-менш задовольняє цим умовам - це етиловий спирт, в нормальних умовах киплячий при 78 ° С. Очевидно, що в такому випадку обов'язково доведеться організовувати замкнутий цикл, вирішуючи безліч пов'язаних з цим проблем. У деяких ситуаціях перспективним може бути застосування двигунів із зовнішнім нагрівом (двигунів Стірлінга). Цікавим в цьому плані може бути і використання сплавів з ефектом пам'яті форми, про які на цьому сайті розказано в статті І.В.Найгеля - їм для роботи достатньо температурного перепаду всього в25-30 ° С.

Концентрація сонячної енергії

Підвищення ефективності сонячного колектора насамперед полягає в стійкому підвищенні температури води, що нагрівається вище температури кипіння. Для цього зазвичай застосовується концентрація сонячної енергії на колекторі за допомогою дзеркал. Саме такий принцип лежить в основі більшості сонячних електростанцій, відмінності полягають лише в кількості, конфігурації і розміщенні дзеркал і колектора, а також в методах управління дзеркалами. В результаті в точці фокусування цілком можливе досягнення температури навіть не в сотні, а в тисячі градусів, - при такій температурі вже може відбуватися пряме термічний розклад води на водень і кисень (отриманий водень можна спалювати вночі і в похмурі дні)!

На жаль, ефективна робота подібної установки неможлива без складної системи управління дзеркалами-концентраторами, які повинні відслідковувати постійно змінюється положення Сонця на небі. В іншому випадку вже через кілька хвилин точка фокусування покине колектор, який в таких системах часто має вельми невеликі розміри, і нагрів робочого тіла припиниться. Навіть використання дзеркал-параболоїдів вирішує проблему лише частково - якщо їх періодично НЕ доворачивать слідом за Сонцем, то через кілька годин воно вже не буде потрапляти в їх чашу або стане висвітлювати лише її край - толку від цього буде небагато.

Найпростіший спосіб концентрації сонячної енергії в «домашніх» умовах - це горизонтально покласти дзеркало біля колектора так, щоб більшу частину дня «сонячний зайчик» потрапляв на колектор. Цікавий варіант - використовувати в якості такого дзеркала поверхню спеціально створеного біля будинку водойми, особливо якщо це буде не звичайний водойму, а «сонячний ставок» (хоча зробити це непросто, а ефективність відображення буде набагато менше, ніж у звичайного дзеркала). Хороший результат може дати створення системи вертикальних дзеркал-концентраторів (ця затія зазвичай набагато більш клопітка, але в деяких випадках цілком виправданою може виявитися проста установка великого дзеркала на сусідній стіні, якщо вона утворює з колектором внутрішній кут, - все залежить від конфігурації і розташування будівлі і колектора).

Перенаправлення сонячного випромінювання за допомогою дзеркал може підвищити і вироблення фотоелектричної батареї. Але при цьому зростає її нагрівання, а він може вивести батарею з ладу. Тому в даному випадку доводиться обмежуватися відносно невеликим виграшем (на кілька десятків відсотків, але не в рази), і потрібно ретельно контролювати температуру батареї, особливо в спекотні ясні дні! Саме через небезпеку перегріву деякі виробники фотоелектричних батарей прямо забороняють експлуатацію своїх виробів при підвищеної освітленості, створеної за допомогою додаткових відбивачів.

Перетворення сонячної енергії в механічну

Традиційні типи сонячних установок не мають на увазі безпосереднього отримання механічної роботи. До сонячної батареї на фотоперетворювачах для цього треба підключити електродвигун, а при використанні теплового сонячного колектора перегрітий пар (а для перегріву навряд чи вдасться обійтися без дзеркал-концентраторів) треба подати на вхід парової турбіни або в циліндри парової машини. Колектори з відносно невеликим нагріванням можуть перетворювати тепло в механічний рух більш екзотичними способами, наприклад за допомогою актуаторов зі сплавів з ефектом пам'яті форми.

Проте, існують і установки, що припускає перетворення сонячного тепла в механічну роботу, безпосередньо закладене в їх конструкцію. Причому розміри і потужність їх найрізноманітніші - це і проект величезної сонячної вежі висотою в сотні метрів, і скромний сонячний насос, якому саме місце на дачній ділянці.

В останні роки вчених особливо цікавлять альтернативні джерела енергії. Нафта і газ рано чи пізно закінчаться, тому подумати про те, як ми будемо виживати в цій ситуації, доводиться вже зараз. В Європі активно використовуються вітряки, хтось намагається витягти енергію з океану, а ми поговоримо про сонячної енергії. Адже зірка, яку ми практично щодня бачимо в небі, може допомогти нам зберегти і поліпшити екологічну обстановку. Значення сонця для Землі важко переоцінити - воно дає тепло, світло і дозволяє функціонувати всьому живому на планеті. Так чому б не знайти йому ще одне застосування?

Трохи історії

В середині 19 століття фізик Олександр Едмон Беккерель відкрив фотогальванічний ефект. А до кінця століття Чарльз Фріттс створив перший прилад, здатний переробляти сонячну енергію в електрику. Для цього використовувався селен, покритий тонким шаром золота. Ефект був слабким, але саме цей винахід найчастіше пов'язують з початком ери сонячної енергії. Деякі вчені не згодні з таким формулюванням. Вони називають родоначальником ери сонячної енергії всесвітньо відомого вченого Альберта Ейнштейна. У 1921 році він отримав Нобелівську премію за пояснення законів зовнішнього фотоефекту.

Здавалося б, сонячна енергія - це перспективний шлях розвитку. Але існує чимало перешкод для того, щоб вона увійшла у кожний дім - в основному, економічних і екологічних. З чого складається вартість сонячних батарей, якої шкоди вони можуть завдати навколишньому середовищу та які ще існують способи отримання енергії, дізнаємося нижче.

способи накопичення

Найактуальнішим завданням, пов'язаної з прирученням енергії сонця, є не тільки її отримання, але і акумуляція. І саме це є найскладнішим. В даний час вченими було розроблено тільки 3 способу повноцінного приручення сонячної енергії.

Перший заснований на використанні параболічного дзеркала і трохи нагадує гру з лупою, яка всім знайома з дитинства. Крізь лінзу світло проходить, збираючись в одній точці. Якщо в цьому місці покласти шматочок паперу, вона загориться, оскільки температура схрещених сонячних променів неймовірно висока. Параболічне дзеркало являє собою увігнутий диск, що нагадує неглибоку чашу. Це дзеркало, на відміну від лупи, не пропускає, а відбиває сонячне світло, збираючи його в одній точці, яка зазвичай спрямована на чорну трубу з водою. Такий колір використовують тому, що він найкраще поглинає світло. Вода в трубі під дію сонячних променів нагрівається і може використовуватися для отримання електрики або для опалення невеликих будинків.

плоский нагрівач

У цьому способі використовується зовсім інша система. Приймач сонячної енергії виглядає як багатошарова конструкція. Принцип його роботи виглядає так.

Проходячи через скло, промені потрапляють на затемнений метал, який, як відомо, краще поглинає світло. Сонячна радіація перетворюється в і нагріває воду, яка знаходиться під залізним пластиною. Далі все відбувається як в першому способі. Нагріту воду можна використовували або для опалення приміщень, або для отримання електричної енергії. Правда, ефективність такого методу не настільки висока, щоб використовувати його повсюдно.

Як правило, отримана таким чином сонячна енергія - це тепло. Для отримання електрики набагато частіше використовують третій спосіб.

Сонячні елементи

Найбільше ми знайомі саме з таким способом отримання енергії. Він має на увазі використання різних батарей або сонячних панелей, які можна зустріти на дахах багатьох сучасних будинків. Такий спосіб складніший раніше описаних, але є набагато більш перспективним. Саме він дає можливість сонця в електрику в промислових масштабах.

Спеціальні панелі, призначені для уловлювання променів, роблять з збагачених кристалів кремнію. Сонячне світло, потрапляючи на них, збиває електрон з орбіти. На його місце тут же прагне інший, таким чином виходить безперервна рухлива ланцюжок, яка і створює струм. Він при необхідності відразу використовується для забезпечення приладів або накопичується у вигляді електроенергії в спеціальних акумуляторах.

Популярність цього способу обгрунтована тим, що він дозволяє отримати більш 120 Вт всього з одного квадратного метра сонячної батареї. При цьому панелі мають порівняно невелику товщину, що дозволяє розміщувати їх практично скрізь.

Типи кремнієвих панелей

Існує кілька видів сонячних батарей. Перші виконані з використанням монокристалічного кремнію. Їх коефіцієнт корисної дії становить приблизно 15%. Такі є найбільш дорогими.

ККД елементів, виготовлених з полікристалічного кремнію, досягає 11%. Коштують вони менше, оскільки матеріал для них отримують за спрощеною технологією. Третій тип є найбільш економічним і відрізняється мінімальним ККД. Це панелі з аморфного кремнію, тобто некристаллического. Крім низької ефективності, вони мають ще один істотний недолік - недовговічність.

Деякі виробники для збільшення ККД задіють обидві сторони панелі сонячної батареї - тильну і фронтальну. Це дозволяє вловлювати світло в великих обсягах і збільшує кількість одержуваної енергії на 15-20%.

вітчизняні виробники

Сонячна енергія на Землі отримує все більшого поширення. Навіть в нашій країні зацікавлені у вивченні цієї галузі. Незважаючи на те що в Росії не дуже активно йде розвиток альтернативної енергетики, певних успіхів вдалося досягти. В даний час створенням панелей для отримання сонячної енергії займаються кілька організацій - в основному це наукові інститути різної спрямованості і заводи з виробництва електрообладнання.

1. НПФ "Кварк".
2. ВАТ «Ковровский механічний завод».
3. Всеросійський НДІ електрифікації сільського господарства.
4. НВО машинобудування.
5. АТ ВІЕН.
6. ВАТ «Рязанський завод металокерамічних приладів».
7. АТВТ Правдинский дослідний завод джерел струму «Позитив».

Це тільки невелика частина підприємств, які беруть активну участь у розвитку альтернативної

Вплив на навколишнє середовище

Відмова від вугільних і нафтових джерел енергії пов'язаний не тільки з тим, що ці ресурси рано чи пізно закінчаться. Справа в тому, що вони сильно шкодять навколишньому середовищу - забруднюють грунт, повітря і воду, сприяють розвитку захворювань у людей і зниження імунітету. Саме тому альтернативні джерела енергії повинні бути безпечні з екологічної точки зору.

Кремній, який використовується для виробництва фотоелементів, сам по собі безпечний, оскільки є природним матеріалом. Але після його очищення залишаються відходи. Саме вони можуть завдати шкоди людині і навколишньому середовищу при неправильному використанні.

Крім того, на ділянці, повністю заставленому сонячними батареями, може порушитися природне освітлення. Це призведе до змін в існуючій екосистемі. Але в цілому вплив на навколишнє середовище пристроїв, призначених для перетворення сонячної енергії, мінімально.

економічність

Найбільші витрати по пов'язані з дорожнечею сировини. Як ми вже з'ясували, спеціальні панелі створюються з використанням кремнію. Незважаючи на те що цей мінерал широко поширений в природі, з його видобутком пов'язані великі проблеми. Справа в тому, що кремній, який становить понад чверть маси земної кори, не підходить для виробництва сонячних батарей. Для цих цілей придатний тільки найчистіший матеріал, одержуваний промисловим способом. На жаль, з піску отримати найчистіший кремній вкрай проблематично.

За ціною даний ресурс порівняємо з ураном, що використовується на АЕС. Саме тому вартість сонячних батарей в даний час залишається на досить високому рівні.

Сучасні технології

Перші спроби приручити сонячну енергію з'явилися досить давно. З тих пір багато вчених активно зайняті пошуками максимально ефективного обладнання. Воно повинно бути не тільки економічно вигідним, але також компактним. Його ККД повинен прагнути до максимуму.

Перші кроки до ідеального приладу для отримання і перетворення сонячної енергії були зроблені з винаходом кремнієвих батарей. Звичайно, ціна досить висока, але зате панелі можуть бути розміщені на дахах і стінах будинків, де вони нікому не заважатимуть. А ефективність таких батарей незаперечна.

Але найкращий спосіб збільшити популярність сонячної енергії - зробити її дешевшою. Німецькі вчені вже запропонували замінити кремній синтетичними волокнами, які можуть бути інтегровані в тканину або інші матеріали. ККД такої сонячної батареї не дуже високий. Але сорочка з вкрапленням синтетичних волокон зможе, принаймні, забезпечити електроенергією смартфон або плеєр. Активно ведуться роботи і в області нанотехнологій. Ймовірно, саме вони дозволять сонця стати найбільш популярним джерелом енергії вже в цьому столітті. Фахівці компанії Scates AS з Норвегії вже заявили, що нанотехнології дозволять скоротити вартість сонячних панелей в 2 рази.

Сонячна енергія для дому

Про житло, яке саме себе буде забезпечувати, напевно мріють багато: немає залежності від централізованого опалення, складнощів з оплатою рахунків і шкоди для навколишнього середовища. Вже зараз у багатьох країнах активно будується житло, яке споживає тільки енергію, отриману з альтернативних джерел. Яскравий приклад - так званий сонячний будинок.

В процесі будівництва він зажадає великих вкладень, ніж традиційний. Але зате після декількох років експлуатації всі витрати окупляться - не доведеться платити за опалення, гарячу воду і електрику. У сонячному будинку всі ці комунікації прив'язані до спеціальних фотоелектричним панелям, розміщеним на даху. Причому отримані таким чином енергетичні ресурси не тільки витрачаються на поточні потреби, а й накопичуються для використання в нічний час і при похмурій погоді.

В даний час будівництво таких будинків ведеться не тільки в країнах, наближених до екватора, де добувати сонячну енергію найпростіше. Їх зводять також і в Канаді, Фінляндії та Швеції.

Плюси і мінуси

Розвиток технологій, що дозволяють повсюдно використовувати сонячну енергію, могло б вестися більш активно. Але існую певні причини, за якими це все ще не є пріоритетним завданням. Як ми вже говорили вище, при виробництві панелей виробляються шкідливі для навколишнього середовища речовини. Крім того, готове обладнання містить в своєму складі галій, миш'як, кадмій і свинець.

Чимало запитань викликає і необхідність утилізації фотоелектричних панелей. Через 50 років роботи вони стануть непридатними для служби, і їх доведеться якимось чином знищувати. Чи не завдасть це колосальна шкода природі? Варто також враховувати, що сонячна енергія - це непостійний ресурс, ефективність отримання якого залежить від часу доби і погоди. А це є суттєвим недоліком.

Але і плюси, звичайно, є. Сонячну енергію можна добувати практично в будь-якій точці Землі, а обладнання для її отримання та перетворення може бути настільки маленьким, що поміститься на тильній стороні смартфона. Що ще важливо, це поновлюваний ресурс, тобто кількість сонячної енергії буде залишатися незмінним ще як мінімум тисячі років.

перспективи

Розвиток технологій в області сонячної енергетики має привести до зниження витрат на створення елементів. Вже зараз з'являються скляні панелі, які можуть бути встановлені на вікнах. Розвиток нанотехнологій дозволило винайти фарбу, яка буде напилюється на сонячні батареї і зможе замінити кремнієвий шар. Якщо вартість сонячної енергії дійсно знизиться у декілька разів, її популярність також виросте багаторазово.

Створення маленьких панелей для індивідуального застосування дозволить людям в будь-яких умовах використовувати сонячну енергію - вдома, в машині або навіть за містом. Завдяки їх поширенню знизиться навантаження на централізовані електромережі, оскільки люди зможуть самостійно зарядити дрібну електроніку.

Фахівці компанії Shell вважають, що до 2040 року близько половини енергії в світі буде створюватися за рахунок поновлюваних ресурсів. Уже зараз в Німеччині споживання сонячної енергії активно зростає, а потужність батарей становить більше 35 гігават. Японія також активно розвиває цю галузь. Дві ці країни - лідери споживання сонячної енергії в світі. Ймовірно, скоро до них приєднаються і Сполучені Штати.

Інші альтернативні джерела енергії

Вчені не перестають ламати голову над тим, що ще можна використовувати для отримання електрики або тепла. Наведемо приклади найбільш перспективних альтернативних джерел енергії.

Вітряки зараз можна зустріти практично в будь-якій країні. Навіть на вулицях багатьох російських міст встановлюють ліхтарі, які самі забезпечують себе електрикою за рахунок енергії вітру. Напевно їх собівартість вища за середню, але зате з часом вони цю різницю відшкодують.

Досить давно була придумана технологія, що дозволяє отримувати енергію, використовуючи різницю температур води на поверхні океану і на глибині. Китай активно збирається розвивати цей напрям. У найближчі роки біля берегів Піднебесної збираються побудувати найбільшу електростанцію, що працює за цією технологією. Існують і інші способи використання моря. Наприклад, в Австралії планують створити електростанцію, яка генерує енергію з сили течій.

Є й багато інших або тепла. Але на тлі багатьох інших варіантів сонячна енергія - це дійсно перспективний напрямок розвитку науки.

Докладніше .

«Хевел» збільшила річний обсяг випуску сонячних модулів в Новочебоксарске до 260 МВт

У Росії створили новий напівпровідниковий матеріал для сонячних батарей

Група російських вчених створила новий напівпровідниковий матеріал без використання свинцю, який може бути застосований в сонячних батареях для підвищення їх ефективності. Про це в 13 травня 2019 року повідомила прес-служба одного з учасників дослідження Сколковского інституту науки і технологій (Сколтеха).

Великий інтерес для використання в даний час представляють сонячні батареї на основі комплексних галогенідів свинцю, тобто сполуки свинцю з елементами 17-ї групи періодичної таблиці Менделєєва (фтором, хлором, бромом або йодом), з перовскітним структурою - нагадує структуру мінералу перовскіту, кристали якого мають кубічну форму. Такі батареї відрізняються низькою вартістю, простотою виготовлення і високою ефективністю перетворення світла.

Масове виробництво і впровадження перовскітним батарей в даний час обмежується двома факторами: низькою стабільністю комплексних галогенідів свинцю і токсичністю цих сполук. Тому в усьому світі активно ведеться розробка альтернативних безсвинцевим матеріалів, зокрема на основі галогенідів вісмуту і сурми. Однак все раніше отримані зразки мають низьку ефективність перетворення світла. Команда російських вчених довела, що причиною є неоптимальний будова сполук вісмуту і сурми.

Фізики розробили принципово новий матеріал для сонячних батарей на основі перовскітоподобного комплексного броміду сурми (ASbBr6, де А є органічним позитивно зарядженим іоном). Сонячні батареї на основі цього матеріалу показали рекордні для галогенідів сурми і вісмуту ККД перетворення світла. За словами Трошина, ця робота відкриває принципово нові можливості для розвитку перовскітним електроніки.

"Хевел" побудує в Башкирії сонячну електростанцію з накопичувачем енергії

25 квітня 2019 року група компаній «Хевел» повідомила, що до кінця 2019 роки побудує в Росії гібридну сонячну електростанцію з промисловими накопичувачами енергії. Сонячна генерація загальною потужністю 10 МВт буде розташована в Бурзянської районі Республіки Башкортостан. Докладніше .

Знайдений нетоксичний спосіб отримання нанокремнія для застосування в покриттях сонячних батарей

13 лютого 2019 року стало відомо про те, що вчені МГУ знайшли нетоксичний спосіб виробництва кремнієвих наноматеріалів. При виробництві кремнієвих наноструктур, затребуваних в різних областях промисловості, як правило, використовується досить токсична плавикова кислота. Співробітники МГУ імені М.В. Ломоносова знайшли спосіб, як уникнути її застосування. Відкриття вчених МДУ може знайти застосування в промисловому виробництві заснованих на нанокремніі антіотражающім покриттів для сонячних батарей, оптичних сенсорів для виявлення різних молекул, наноконтейнер для доставки ліків. Дослідження виконано за підтримки Російського наукового фонду (РНФ), його результати опубліковані в міжнародному журналі Frontiers in Chemistry. Докладніше .

У Ульяновської області побудують завод з виробництва сонячних панелей

У січні під час робочого візиту в Китай делегація з губернатором Ульяновської області відвідала підприємство технологічного партнера австрійської компанії Green Source для ознайомлення з продукцією компанії і обговорення майбутнього будівництва заводу з виробництва сонячних панелей на території Ульяновської області. Домовленість про будівництво такого заводу була досягнута з австрійськими компаніями ще в минулому році.

"В кінці 2018 роки ми домовилися з австрійськими компаніями про будівництво в Ульяновської області підприємства з виробництва фотоелектричних модулів для сонячних електростанцій з використанням перспективної технології", - повідомив губернатор Морозов 19 січня на своїй сторінці в фейсбуці.

2018

Чотири сонячні електростанції потужністю 100 МВт будуть працювати в Бурятії до 2022 року

Чотири сонячні електростанції (СЕС) загальною потужністю 100 МВт будуть працювати в Бурятії до 2022 року. Про це повідомив у понеділок в.о. міністра з розвитку транспорту, енергетики і дорожнього господарства Олексій Назимов, виступаючи на засіданні Ради з питань науки при голові Бурятії Олексія Циденова.

Власникам сонячних батарей на будинках дозволять продавати електрику

Викуповувати електроенергію зобов'яжуть місцеві збутові компанії за середньою ціною, пояснили в прес-службі міністерства. Орієнтиром стане вартість енергії у місцевих великих електростанцій. Власникам приватних будинків в районах, які не мають доступу до єдиної електромережі Росії або ж не включені в цінові зони європейської частини РФ і Уралу з Сибіром (наприклад, Калінінградська область і Далекий Схід) її дозволять продавати за регульованим ФАС тарифу. Претендувати на гарантований викуп енергії зможуть встановлення не могутніше 15 кВт.

Не виключено, що власникам вітряків і сонячних панелей в приватних будинках також встановлять податкові пільги. Їх дохід від продажу зайвої електроенергії в розмірі до 150 тис. Руб. в рік можуть звільнити від ПДФО. Відповідне питання розглядається в уряді.

Т Плюс починає будівництво найбільших в Росії сонячних станцій

- Розвиток "зеленої" енергетики - ключовий напрямок роботи Уряду області з освоєння альтернативних видів палива та збереженню навколишнього середовища. В області вже працюють п'ять сонячних електростанцій. Найбільша з них побудована в Орську компанією "Т Плюс". З пуском другої черги її потужність зросла до 40 мегават. Сонячні електростанції діють в Переволоцкая, Грачевський, Червоногвардійському, Соль-Илецком районах, - сказав Юрій Берг. - Сьогодні ми робимо важливий крок вперед - починаємо будівництво ще двох об'єктів альтернативної енергетики. Наше завдання - зміцнити передові позиції Оренбурзької області в розвитку альтернативної енергетики. Ми це завдання виконаємо, і до 2020 року потужність всіх сонячних електростанцій Оренбуржжя складе більше 200 мегават. Сьогодні екологічний аспект набуває вирішальне значення для визначення якості і рівня комфортності життя людини. Це є пріоритетом президентської політики. Розвиток альтернативної енергетики - це погляд у майбутнє, - констатував глава регіону.

2017

Підсумки розвитку сонячної енергетики за рік

Перший заступник Міністра енергетики РФ Текслер Олексій Леонідович виступив в січні 2018 року на міністерському круглому столі "Інновації для трансформації енергетики: як електротранспорт / електромобілі змінюють енергосистему", який пройшов в рамках восьмого засідання Асамблеї IRENA.

Олексій Текслер розповів учасникам дискусії про розвиток ВДЕ в Росії. За його словами, зовсім недавно в Росії, крім великої гідроенергетики, не було компетенцій в сфері ВДЕ і за кілька років був зроблений великий крок вперед.

"Головний підсумок 2017 року, який я готовий констатувати - відновлювана енергетика в Росії відбулася як галузь", - підкреслив заступник голови.

Практично з нуля в Росії створена своя індустрія в сонячній енергетиці, від досліджень до виробництва сонячних панелей і будівництва генеруючих станцій. За 2017 рік було побудовано більше потужностей відновлюваних джерел енергії, ніж за попередні два роки. У 2015-2016 роках в Росії були введені 130 МВт ВДЕ, а в 2017 році побудовано 140 МВт, з них понад 100 МВт сонячні електростанції, а 35 МВт - перший великий вітропарк, запуск якого відбудеться найближчим часом.

У числі ключових досягнень Перший заступник Міністра енергетики зазначив також запуск виробництва сонячних панелей нового покоління на основі вітчизняної Гетероструктурні технології. Росія стала виробляти модулі з ККД вище 22%, які за цим показником входять в світову трійку лідерів по ефективності в серійному виробництві. У цьому році планується збільшити потужність виробництва заводу зі 160 МВт до 250 МВт.

Олексій Текслер висловив упевненість в тому, що, як і в сонячній енергетиці, в найближчі три роки буде створена індустрія вітрової енергетики. Вже за 2016-2017 рр. в російську вітроенергетику прийшли великі російські та іноземні інвестори, які взяли зобов'язання щодо розвитку технологічної та виробничої бази в Росії.

В Башкортостані введена в експлуатацію Ісянгуловская сонячна електростанція

У Зіанчурінском районі Республіки Башкортостан восени 2017 року введено в експлуатацію Ісянгуловская сонячна електростанція (СЕС) потужністю 9 МВт.

Інвестором і генеральним підрядником проекту виступають структури групи компаній "Хевел" (спільне підприємство Групи компаній "Ренова" і АТ РОСНАНО). До будівництва також були залучені місцеві підрядні організації. Після завершення всіх регламентних процедур станція почне планові поставки електроенергії в мережу. Інвестиції в будівництво станції склали понад 1,5 млрд рублів.

У 2015-2016 рр. в Республіці Башкортостан були побудовані і введені в експлуатацію Бугульчанская СЕС загальною потужністю 15 МВт, а також Бурібаевская СЕС потужністю 20 МВт. З моменту виходу на оптовий ринок електроенергії та потужності станції виробили понад 40 ГВт * год чистої електроенергії.

З введенням Ісянгуловской СЕС встановлена \u200b\u200bпотужність сонячної генерації в регіоні досягла 44 МВт. Новий об'єкт став третім з п'яти, які "Хевел" планує побудувати в Башкортостані в найближчі роки. Сумарна потужність всіх СЕС в регіоні складе 64 МВт, а загальний обсяг інвестицій оцінюється більш ніж в 6 млрд рублів.

Вчені знайшли спосіб підвищення ефективності сонячних батарей

Російські та швейцарські сследователі вивчили вплив на структуру і продуктивність сонячних батарей зміни співвідношення компонентів, з яких формується светопоглощающую шар перовскітним сонячної комірки. Результати роботи опубліковані в журналі Journal of Physical Chemistry C.

Вперше органо-неорганічні перовскіту були розробили п'ять років тому, але по ККД вони вже обігнали найбільш поширені і більш дорогі кремнієві сонячні елементи. У структурі перовскитів знаходяться кристалічні сполуки, в якому розташовуються молекули розчинника вихідних компонентів. Розчинені компоненти, випадаючи з розчину, утворюють плівку, на якій ростуть кристали перовскита. Вчені виділили і описали три проміжних з'єднання, які є крісталлосольватамі одного з двох розчинників, найбільш часто використовуваних при створенні перовскітним сонячних батарей. Для двох з'єднань вчені вперше встановили кристалічну структуру.

«Ми з'ясували, що ключовим фактором, що визначає функціональні властивості перовскітним шару, є утворення проміжних сполук, оскільки кристалітів перовскита успадковують форму проміжних сполук. Це, в свою чергу, впливає на морфологію плівки і ефективність сонячних батарей. Це особливо важливо при отриманні тонких плівок перовскита, оскільки игольчатая або ниткоподібна форма кристалів призведе до того, що утворена плівка буде несуцільний, а це значно знизить ККД такої сонячної комірки », - зазначив керівник дослідження Олексій Тарасов.

Додатково автори досліджували термічну стабільність отриманих сполук і за допомогою квантово-хімічного моделювання розрахували енергію їх утворення. Також автори з'ясували, що кристалічна структура проміжного з'єднання задає форму утворюються кристалів перовскита, що визначає структуру светопоглощающего шару. Ця структура, в свою чергу, впливає на продуктивність одержуваної сонячної батареї.

Дослідження було проведено науковими співробітниками МДУ в співпраці з ученими Курчатовський центру синхротронного випромінювання, Російського університету дружби народів, СПбГУ і Федеральної політехнічної школи Лозанни в Швейцарії.

Завод Вексельберга починає випуск сонячних батарей на експорт

«Хевел» в Оренбурзькій і Астраханській областях

У жовтні губернатор Астраханської області Олександр Жилкін та генеральний директор ГК «Хевел» Шахрай Ігор підписали двосторонню угоду, що передбачає будівництво і введення в експлуатацію трьох мережевих сонячних електростанцій.

Протягом двох років на території регіону з'являться потужності для вироблення 135 МВт енергії з перспективами збільшення до 160 МВт. Інвестиційна вартість проекту - 15 млрд рублів. Планується, що вже до кінця року одну електростанцію добудують і введуть в експлуатацію. СЕС принесуть в казну області додаткові податкові надходження. За словами Ігоря Шахрая, за кожні 10 МВт енергії на рік буде відраховуватися 100 млн рублів податків. Гендиректор ТОВ «Хевел» зазначив, що астраханська земля - \u200b\u200bнайбільша сонячна на півдні Росії. Крім того, в регіоні є напрацьована схема для підключення до основних енергомереж. На додаток до цього влада всіляко підтримує і прагнуть розвивати напрямок чистої енергетики в області. Всього до кінця року в регіоні будуть введені 6 СЕС сумарною потужністю 90 МВт.

2015 рік

Світова сонячна енергетика впритул підходить до тієї стадії, коли виробництво електроенергії за допомогою Сонця починає окупатися звичайним, що не підвищеним тарифом, вартість матеріалів і величина необхідних інвестицій різко падають, тому що технології розвиваються і починає позначатися ефект обсягу (багато виробляти дешевше, ніж мало). У порівнянні з 2014 роком обсяг виробленої енергії на основі СЕС в світі виріс на третину. На кінець 2015 сукупна встановлена \u200b\u200bпотужність фотоелектричних сонячних установок в світі склала 227 ГВт, за рік встановлені потужності сонячних електростанцій збільшилися в 2 рази. Якщо раніше світовим лідером з розвитку відновлюваної енергетики була Європа, то в минулому році пальму першості перехопив Китай.

Плавучий острів-панель виявився затребуваним на ринку чистої енергії, багато країн взяли цей метод отримання електроенергії на озброєння. Наприклад, в Чилі, де видобуток корисних копалин вимагає постійних витрат енергії і води: поклавши сонячну панель на гладь численних озер, уряд здешевило видобуток копалин і знизило вуглецевий слід.

Плавучі панелі-батареї поки що проходять випробування на шахті Лос-Бронкес, поблизу якої створено експериментальний енергетичний острів - проект «Лос Тортолас» фінансується компаніями з Великобританії і США, площа сонячних батарей становить поки 112 квадратних метрів, чилійський міністр гірничодобувної промисловості Бальді Прокуріца. У квітні Тортолас був урочисто відкритий, плавуча батарея обійшлася в 250 тисяч доларів, але в разі успіху площа буде розширена до 40 гектарів.

На думку експертів, в Чилі у сонячної енергетики величезні перспективи. У країні близько 800 ставків, які можна використовувати для установки плавучих сонячних електростанцій (СЕС). За задумом інженерів, батарею-поплавок поміщають в центр водного масиву, який використовується для зберігання «хвостів» (відходів від видобутку корисних копалин). Таким чином досягається потрійна користь:

• тінь знижує температуру води ставка;
• випаровування води знижується на 80%;
• проізводствоудешевляется багаторазово, працюючи на енергії сонця.

Екологи аплодують таким планом, адже в шахті залишається куди більше води для природного балансу, такий підхід здатний зменшити регіональний витрата і без того дефіцитної прісної води.

За допомогою цієї системи Чилі раціоналізує споживання свіжої води відповідно до поставленої метою удосконалення процесу видобутку корисних копалин і скорочення споживання прісної води на 50% до 2030 року. Вуглецевий слід автоматично знижується теж за рахунок виробництва екологічно чистої енергії.

Чилі поступово нарощує частку чистої енергії

Шахта Лос-Бронкес розташована в 65 км від столиці Чилі на висоті 3,5 км над рівнем моря. Майже 20% енергії, яка в проводиться і використовується в латиноамериканській країні в 2019 році - чиста. У 2013 році показник дорівнював лише шести відсоткам, що демонструє впевнене зростання частки зеленої енергетики в народному господарстві країни та її відданість цілям Паризького кліматичної угоди (2015).

Розробки інженерів з Ciel & Terre, а також фінансова допомога дали Чилі можливість розширити горизонти енергетичного ринку і вирватися з порочного кола, в якому електроенергію отримують шляхом спалювання корисних копалин. Плавучі сонячні панелі прості в монтажі, техобслуговуванні і управлінні. Термопластик високої щільності, встановлений під кутом 12 градусів, повністю екологічний і придатний для вторинної переробки. Плавуча СЕС не шкодить природі, економічно вигідна і гнучка в налаштуваннях.

За словами чилійських інженерів, це проста і доступна альтернатива наземних об'єктах сонячної енергетики. Це ідеальний варіант для водомістких галузей промисловості, обмежених в споживанні води або земельних площах.

«Хевел» побудує в Казахстані сонячну електростанцію потужністю 100 МВт

Енергія холоду: "антісолнечная батарея" працює ночами

Інженери створили пристрій, який можна назвати сонячною батареєю навиворіт: воно виробляє струм не коли поглинає фотони, а коли випромінює їх. Таке джерело енергії міг би живити різне обладнання ночами, віддаючи в космос тепло, запасене поверхнею Землі.

Як відомо, нагріті тіла випускають випромінювання. У цьому легко переконатися, піднісши руку до гарячої батареї (краще збоку, щоб не заважав висхідний потік теплого повітря). Якщо об'єкт не отримує із зовнішнього середовища стільки ж теплової енергії, скільки випромінює, він остигає. Щоб предмет охолоджувався ефективніше, потрібно надати йому вільно обмінюватися фотонами з якомога більш холодним середовищем.

Ще в XX столітті фізики теоретично розрахували, а в останні роки експериментально продемонстрували ефект негативної освітленості. Він полягає в тому, що фотодіод може виробляти електрику не тільки поглинаючи приходять із зовнішнього середовища фотони (як у звичайній сонячній батареї), але і, навпаки, віддаючи їх і за рахунок цього охолоджуючись. На цей процес витрачається енергія, запасена в пристрої у вигляді тепла.

Для роботи такого пристрою потрібна холодна середовище, в яке фотони будуть йти, чи не повертаючись назад. І таке середовище у нас під рукою, вірніше, над головою: це відкритий космос.

Зрозуміло, якщо такий випромінювач просто запустити на орбіту (і не дати йому нагріватися від Сонця, тримаючи в тіні), він швидко висвітить все своє тепло, зрівняється по температурі з космічним вакуумом і перестане виробляти енергію.

Однак на Землі можна забезпечити йому теплової контакт з поверхнею планети. Як тільки фотоелемент стане холодніше навколишніх тіл, дефіцит енергії буде заповнений за рахунок теплопровідності. Завдяки цьому фотони будуть все так само справно відлітати в крижане космічний простір через атмосферу, яка досить прозора на довжинах хвиль від 8 до 13 мікрометрів (вузька смуга в середньому інфрачервоному діапазоні). Частина енергії покидає установку випромінювання буде перетворюватися в електричну.

Саме такий пристрій і створили автори нової роботи. Як матеріал для фотодіода вони вибрали з'єднання ртуті, кадмію і телуру (HgCdTe). Ця речовина ефективно випромінює саме в потрібному діапазоні довжин хвиль. Пройшовши крізь напівсферичну лінзу з арсеніду галію (GaAs) і вікно з ферріда барію (BaFe2), фотони потрапляють на параболічне дзеркало, відправляє їх прямо в небо. Щоб потрапити на діод із зовнішнього середовища, випромінювання потрібно пройти такий же шлях у зворотний бік. Всі ці хитрощі потрібні для того, щоб установка обмінювалася фотонами практично виключно з космосом, а енергію від Землі отримувала за рахунок теплопровідності.

Експериментальна установка в дослідах групи Фаня генерувала 64 нановат на квадратний метр поверхні. Зрозуміло, від такої потужності не можна живити прилади. Однак, як розрахували автори, теоретичну межу з урахуванням впливу атмосфери становить 4 вата на квадратний метр. Це набагато менше, ніж у сучасних сонячних батарей (100-200 ват на квадратний метр), але цілком достатньо для живлення деяких пристроїв.

Щоб наблизити потужність установки до цієї позначки, потрібно підібрати для фотодіода матеріал з більш вираженим ефектом негативною освітленості. В даний час дослідники зайняті пошуками такого речовини.

2018

Ринок сонячної енергетики ЄС виріс за рік на 36%

Опубліковані попередні дані про розвиток сонячної енергетики в європейських країнах. Як і раніше лідирує Німеччина, на друге місце вийшла Туреччина, третє місце дісталося Нідерландам.

Згідно зі статистикою Асоціації сонячної енергетики SolarPower Europe, європейський ринок значно виріс в 2018 році. У 28 країнах ЄС було введено в експлуатацію 8 ГВт сонячних електростанцій - це на 36% більше, ніж в 2017 році. При цьому 11 країн вже перевиконали взяті на себе зобов'язання по впровадженню ВДЕ і вийшли на рівень 2020 року. Більш широкий євроринок, який включає Туреччину, Росію, Україну, Норвегію, Швейцарію, Сербію, Білорусь, також показав зростання на 11 ГВт, що на 20% більше, ніж роком раніше.

Найбільшим ринком сонячної енергетики на європейському континенті в 2018 році в черговий раз стала Німеччина з новими СЕС загальною потужністю 3 ГВт. Туреччина за рахунок високих темпів розвитку ринку за останні два роки посіла друге місце (1,64 ГВт). Нідерланди, де також було встановлено національний рекорд в 1,4 ГВт введених в дію СЕС, розмістилася за підсумками року на третьому місці.

За оцінками експертів, в 2019 році галузь зросте ще більше - на розвиток сонячної енергетики в Європі позначаться такі фактори, як скасування мит на китайські сонячні панелі і конкурентоспроможність промислових фотоелектричних сонячних електростанцій.

Дослідники наблизили ефективність сонячної батареї до звичайної

5 жовтня 2018 року стало відомо, що дослідники наблизили ефективність сонячної батареї до звичайної. Сонячна енергія вважається найбільш стійким варіантом заміни викопного палива, але технології перетворення її в електрику повинні бути дуже ефективними і дешевими. Вчені з відділу енергетичних матеріалів Окінавського інституту науки і технологій вважають, що вони знайшли формулу для виготовлення недорогих високоефективних сонячних батарей.

Для цього професор Яобінг Ци, керівник дослідження, виділив три умови, які приведуть технологію до введення на ринок та успішної комерціалізації. За його словами, швидкість перетворення сонячного світла в електрику повинна бути високою, недорогий, а також довговічною.

На жовтень 2018 року більшість комерційних фотоелементів, які використовуються в батареях, зроблені з кристалічного кремнію. Він має відносно низьку ефективність - близько 22%. В кінцевому підсумку це призводить до того, що продукт виявляється для споживача дорогим, а його єдина мотивація для покупки - це турбота про природу. Японські вчені пропонують вирішити проблему за допомогою перовскита.

SoftBank побудує в Саудівській Аравії найбільшу сонячну електростанцію

Відповідний меморандум про наміри підписали в Нью-Йорку наслідний принц Саудівської Аравії Мухаммед бін Сальман Аль Сауд і генеральний директор SoftBank Масаеші Сон. Принц знаходиться в с тритижневим офіційним візитом, зазначає телеканал.

Планована потужність каскаду сонячних батарей в 200 ГВт - це в рази більше, ніж у будь-якої існуючої сонячної електростанції. Для порівняння, пікова потужність розташованої в Каліфорнії Topaz Solar Farm, однією з найбільших подібних електростанцій, становить близько 550 МВт. Енергію там акумулюють 9 млн тонкошарових фотоелектричних модулів.

Голландський стартап Oceans of Energy, що спеціалізується на розробці плавучих систем з виробництва відновлюваної електроенергії, об'єднався з п'ятьма великими компаніями, щоб побудувати першу в світі сонячну електростанцію, що дрейфує у відкритому морі. "Такі електростанції вже працюють на водоймах в материковій частині різних країн. Але на море їх ніхто не будував - це надзвичайно важке завдання. Доводиться мати справу з величезними хвилями і іншими руйнівними силами природи. Однак, ми переконані, що об'єднавши свої знання і досвід, впораємося з цим проектом ", - розповів глава Oceans of Energy Аллард ван Хоекен.

За попередніми розрахунками, плавуча електростанція буде на 15% ефективніше існуючих установок. Вибирати найбільш підходящі сонячні модулі буде Центр досліджень енергетики Нідерландів (ECN). Його фахівці вважають, що це для проекту можна використовувати стандартні сонячні панелі, які працюють і на наземних сонячних станціях. "Подивимося, як вони поведуть себе в морській воді і в несприятливих погодних умовах", - зазначив представник ECN Ян Кроон.

Представники консорціуму підкреслюють, що плавучу сонячну електростанцію можна встановити прямо між морськими вітровими турбінами. Там більш спокійні хвилі і вже проведені всі лінії електропередачі. У найближчі три роки консорціум буде працювати над прототипом за фінансової підтримки державного Агентства підприємництва Нідерландів. А Утрехтський університет надасть стартапу матеріали своїх досліджень.

Вартість сонячної енергії в Австралії впала на 44% з 2012 року

Таке захоплення відновлюваної енергії привело до того, що люди дійсно почали платити менше за електрику. Плюсом до цього також стало те, що вартість самої електроенергії знизилася. З 2012 року витрати на установку та експлуатацію сонячних панелей впали майже на половину.

У 2017 році в країні приватні домовласники і бізнес встановили панелей сумарною потужністю 1,05 ГВт. Таку оцінку дає відомство, яке відповідає за питання чистої енергетики в країні. Влада каже, що це рекордний показник за всю історію. Повідомляється, що на початку цього десятиліття зростання відновлюваної енергетики був пов'язаний з вигідними субсидіями і податковими пропозиціями, але зростання 2017 відрізняється: жителі країни вирішили таким чином боротися з зростаючими тарифами на електроенергію, і рух став масовим.

За прогнозами BNEF, Австралія стане світовим лідером по впровадженню сонячних панелей. До 2040 року 25% потреби країни в електроенергії буде покриватися сонячними панелями на дахах. Це стане можливим через те, що сьогодні термін окупності таких рішень скоротився до мінімального з 2012 року. Поки це не означає, що традиційні електростанції Австралії йдуть в минуле, але люди стають більш вільними у питаннях забезпечення себе електроенергією.

2017

Південна Корея в 5 разів збільшить сонячну генерацію до 2030 року

Міністр торгівлі, промисловості та енергетики Південної Кореї оприлюднив план уряду по п'ятикратному збільшення вироблення сонячної енергії до 2030 року.

Ця заява була зроблена незабаром після того, як обраний в цьому році президент Мун Чже Ін пообіцяв припинити державну підтримку будівництва нових атомних електростанцій і взяти курс на екологічно чисті джерела електроенергії. Уряд вже скасував будівництво шести ядерних реакторів в Південній Кореї.

Всього країна планує отримувати 2030 п'яту частину електрики, що виробляється з поновлюваних джерел. У минулому році цей показник становив 7%. Для цього до призначеного терміну планується додати 30,8 ГВт сонячних потужностей і 16,5 ГВ вітрових. Додаткова енергія буде надходити з найбільших проектів, а також від приватних домогосподарств та малого бізнесу, заявив міністр Пайк Унгю. "Ми фундаментально змінимо шлях розвитку відновлюваної енергетики, створивши умови, при яких громадяни легко зможуть взяти участь в торгівлі відновлюваною енергією", - сказав він.

Це означає, що до 2022 року приблизно 1 з 30 домогосподарств має бути обладнано сонячними панелями, повідомляє Clean Technica.

Проте, поки Південна Корея займає п'яте місце в світі по використанню атомної енергії. У країні 24 діючих реактора, що забезпечують приблизно третину потреб країни в електриці.

BP інвестувала $ 200 млн в сонячну енергетику

Пустеля Атакама в Чілі- одне із самих сонячних і сухих місць на планеті. Логічно, що саме там вирішили побудувати найбільшу в Латинській Америці сонячну електростанцію El Romero. Гігантські сонячні панелі покривають 280 га площі. Її пікова потужність - 246 МВт, а в рік електростанція генерує 493 ГВт-год енергії - досить, щоб забезпечити електрикою 240 000 домівок.

Дивно, але всього п'ять років тому в Чилі майже не використовували поновлювані джерела енергії. Країна була залежна від сусідів-постачальників енергоносіїв, які завищували ціни і змушували чилійців страждати від непомірних рахунків за електрику. Однак, саме відсутність викопного палива призвело до серйозного потоку інвестицій в поновлювані джерела, особливо в сонячну енергетику.

Зараз Чилі виробляє практично найдешевшу сонячну енергію в світі. Компанії сподіваються, що країна стане "Саудівською Аравією для Латинської Америки". Чилі вже приєднався до Мексики і Бразилії в першій десятці країн-виробників відновлюваної енергетики, і тепер збирається стати лідером при переході на "чисту" енергію в Латинській Америці.

"Уряд Мішель Бачелет вчинила тиху революцію, - впевнений соціолог Еуген Тирона. - Її заслугу в переході на поновлювані джерела енергії важко переоцінити, і це визначить фактор розвитку країни на довгі роки".

Тепер, коли олігополістичнихринок енергетики в Чилі відкритий для конкурентної боротьби, уряд поставив нову мету: до 2025 року 20% всієї енергії країни має надходити з відновлюваних джерел. А до 2040 року Чилі збирається повністю перейти на "чисту" енергетику. Навіть експертам це не здається утопією, оскільки сонячні електростанції країни при нині існуючих технологіях виробляють в два рази більше дешеву електрику, ніж вугільні електростанції. Ціни на сонячну енергію впали на 75%, досягнувши рекордних 2,148 центів за кіловат-годину.

Компанії-виробники стикаються з іншою проблемою: занадто дешеву електрику не приносить особливого прибутку, а зміст і заміна сонячних панелей коштує недешево. "Уряду доведеться будувати довгострокові стратегії, щоб дива не стало кошмаром", - заявив генеральний директор іспанського конгломерату Acciona Хосе Ігнасіо Ескобар.

Google повністю переходить на сонячну і вітрову енергію

Компанія стала найбільшим в світі корпоративним покупцем відновлюваної енергії, досягнувши сумарної потужності 3 ГВт. Загальні інвестиції Google в сферу чистої енергетики досягли $ 3,5 млрд, пише в листопаді 2017 року Electrek.

Google офіційно переходить на стовідсоткове використання сонячної і вітряної енергії. Компанія підписала контракт з трьома вітровими електростанціями: Avangrid в Південній Дакоті, EDF в Айові і GRDA в Оклахомі, сумарна потужність яких становить 535 МВт. Тепер офіси Google по всьому світу будуть споживати 3 ГВт відновлюваної енергії.

Загальні інвестиції компанії в сферу енергетики досягли $ 3,5 млрд, і 2/3 з них припадає на об'єкти в. Такий інтерес до "чистим" джерел пов'язаний, в першу чергу, з падінням вартості сонячної і вітряної енергії на 60-80% за останні роки.

Вперше Google підписав договір про співпрацю із сонячною фермою в Айові потужністю 114 МВт ще в 2010 році. До листопада 2016 року компанія вже була учасником 20 проектів з відновлюваної енергетики. Повністю перейти на енергію сонця і вітру вона збиралася ще в грудні 2016 року. Зараз Google найбільший в світі корпоративний покупець відновлюваної енергії.

У Швеції винайшли розумні скла для вікон

Вчені давно досліджують дану область і шукають застосування розробці. У сучасному світі така технологія актуальна, так як тепловтрати будинків через вікон складають приблизно 20%. Вчені вважають, що їх винахід зможе також застосовуватися для теплоізоляції різних об'єктів.

В Ірані села продають електроенергію державі

На осінь 2017 року «зелених» сіл в ІРІ понад 200. Очікується, що до весни 2018 року їхня кількість досягне 300. "Іран сьогодні повідомляє", що в деяких населених пунктах країни сонячні батареї коштують вже десять років. Відзначається, що найбільші обсяги енергії з сонця виробляють в провінціях Керман, Хузестан і Лурестан.

Спочатку поява альтернативних джерел енергії в селах Ірану обумовлювалося неможливістю доставки в них електрики з міст. Тепер власну енергію вони продають Міністерству енергетики ІРІ. Планується виробити законодавчі норми, згідно з якими закупівлі електроенергії в селах стануть постійними.

До 2030 року Іран розраховує виробляти 7500 МВт «зеленої» енергії, сьогодні цей показник всього 350 МВт. Однак у країни є хороші перспективи для розвитку сонячної енергетики, тому що на 2/3 території сонце світить 300 днів у році.

Британські вчені винайшли скляні цеглини з сонячними батареям

Група вчених Ексетерського університету в Англії розробила стінові блоки зі скла з вбудованими сонячними батареями. Про це пише архітектурний портал Archdaily. Блоки можна використовувати при будівництві будинків замість звичайної цегли.

Будматеріал назвали «Solar Squared» ( «Сонячна квадратна плитка»). Як показали тести в лабораторії університету, крім генерації електроенергії блоки володіють і рядом інших корисних властивостей. Зокрема, побудовані таким чином стіни добре пропускають до будівлі сонячне світло і зберігають тепло в приміщеннях.

Для просування продукту вчені створили інноваційну компанію The Build Solar. В даний час ведеться пошук інвесторів. Висновок «сонячної плитки» на ринок попередньо запланований на 2018 рік.

У Дубаї запустили найбільшу в світі сонячну електростанцію

Установка кожної геліопанелі обійшлася в 6 тис. Євро, включаючи оренду на рік, ремонт і технічне обладнання. Планується, що сонячні батареї будуть працювати на зупинках громадського транспорту біля року, після чого будуть передані школам і дитсадкам.

За словами Петра Світальський, глави делегації ЄС у Вірменії, Євросоюз зацікавлений у розвитку альтернативної енергетики в країні. Зупинку з геліопанелямі він назвав «сонячної зупинкою Євросоюзу».

Сонце - невичерпне, екологічно безпечний і дешевий джерело енергії. Як заявляють експерти, кількість сонячної енергії, яка надходить на поверхню Землі протягом тижня, перевищує енергію всіх світових запасів нафти, газу, вугілля та урану 1. На думку академіка Ж.І. Алфьорова, «людство має надійний природний термоядерний реактор - Сонце. Воно є зіркою класу «Ж-2», дуже середньої, яких в Галактиці до 150 мільярдів. Але це - наша зірка, і вона посилає на Землю величезні потужності, перетворення яких дозволяє задовольняти практично будь-які енергетичні запити людства на багато сотень років ». Причому, сонячна енергетика є «чистою» і не робить негативного впливу на екологію планети 2.

Важливим моментом є той факт, що сировиною для виготовлення сонячних батарей є один з найбільш часто зустрічаються елементів - кремній. У земній корі кремній - другий елемент після кисню (29,5% по масі) 3. На думку багатьох вчених, кремній - це «нафту двадцять першого століття»: протягом 30 років один кілограм кремнію в фотоелектричної станції виробляє стільки електрики, скільки 75 тонн нафти на тепловій електростанції.

Однак деякі експерти вважають, що сонячну енергетику не можна назвати екологічно безпечної огляду на те, що виробництво чистого кремнію для фотобатарей є вельми «брудним» і дуже енерговитратним виробництвом. Поряд з цим, будівництво сонячних електростанцій вимагає відведення великих земель, які можна порівняти за площею з водосховищами ГЕС. Ще одним недоліком сонячної енергетики, на думку фахівців, є висока волатильність. Забезпечення ефективної роботи енергосистеми, елементами яких являюстя сонячні електростанції, можливо за умови:
- наявності значних резервних потужностей, що використовують традиційні енергоносії, які можна підключити вночі або в похмурі дні;
- проведення масштабної і дорогої модернізації електромереж 4.

Незважаючи на зазначений недолік, сонячна енергетика продовжує свій розвиток в світі. Перш за все, з огляду на те, що промениста енергія буде дешевшати і вже через кілька років складе вагому конкуренцію нафти і газу.

На даний момент в світі існують фотоелектричні установки, Що перетворюють сонячну енергію в електричну на основі методу прямого перетворення, і термодинамічні установки, В яких сонячна енергія спочатку перетворюється в тепло, потім в термодинамічній циклі теплової машини перетвориться в механічну енергію, а в генераторі перетворюється в електричну.

Сонячні елементи як джерело енергії можуть застосовуватися:
- в промисловості (авіапромисловість, автомобілебудування і т.п.),
- в сільському господарстві,
- в побутовій сфері,
- в будівельній сфері (наприклад, еко-будинку),
- на сонячних електростанціях,
- в автономних системах відеоспостереження,
- в автономних системах освітлення,
- в космічній галузі.

За даними Інституту Енергетичної стратегії, теоретичний потенціал сонячної енергетики в Росії становить понад 2300 млрд. Тонн умовного палива, економічний потенціал - 12,5 млн. Т.у.п. Потенціал сонячної енергії, що надходить на територію Росії протягом трьох днів, перевищує енергію всього річного виробництва електроенергії в нашій країні.
З огляду на розташування Росії (між 41 і 82 градусами північної широти) рівень сонячної радіації істотно варіюється: від 810 кВт-година / м 2 на рік у віддалених північних районах до 1400 кВт-год / м 2 на рік в південних районах. На рівень сонячної радіації впливають і великі сезонні коливання: на ширині 55 градусів сонячна радіація в січні становить 1,69 кВт-год / м 2, а в липні - 11,41 кВт-годину / м 2 в день.

Потенціал сонячної енергії найбільш великий на південному заході (Північний Кавказ, район Чорного і Каспійського морів) і в Південній Сибіру і на Далекому Сході.

Найбільш перспективні регіони в плані використання сонячної енергетики: Калмикія, Ставропольський край, Ростовська область, Краснодарський край, Волгоградська область, Астраханська область та інші регіони на південному заході, Алтай, Примор'я, Читинська область, Бурятія і інші регіони на південному сході. Причому деякі райони Західної та Східної Сибіру і Далекого Сходу перевершує рівень сонячної радіації південних регіонів. Так, наприклад, в Іркутську (52 градуса північної широти) рівень сонячної радіації сягає 1340 кВТ-годину / м 2, тоді як в Республіці Якутія-Саха (62 градуса північної широти) даний показник дорівнює 1290 кВт-год / м 2. 5

В даний час Росія має передові технології з перетворення сонячної енергії в електричну. Є ряд підприємств і організацій, які розробили і вдосконалюють технології фотоелектричних перетворювачів: як на кремнієвих, так і на багатоперехідних структурах. Є ряд розробок використання концентрують систем для сонячних електростанцій.

Законодавча база в сфері підтримки розвитку сонячної енергетики в Росії знаходиться в зародковому стані. Однак перші кроки вже зроблені:
- 3 липня 2008 .: Постанова Уряду №426 «Про кваліфікацію генеруючого об'єкта, який функціонує на основі використання поновлюваних джерел енергії»;
- 8 січня 2009р .: Розпорядження Уряду РФ N 1-р «Про Основні напрями державної політики у сфері підвищення енергетичної ефективності електроенергетики на основі використання поновлюваних джерел енергії на період до 2020 г.»

Були затверджені цільові показники щодо збільшення До 2015 і 2020 років частки ВДЕ в загальному рівні російського енергобалансу до 2,5% і 4,5% відповідно 6.

За різними оцінками, на даний момент в Росії сумарний обсяг введених потужностей сонячної генерації становить не більше 5 МВт, велика частина з яких припадає на домогосподарства. Найбільшим промисловим об'єктом в російській сонячній енергетиці є введена в 2010 році сонячна електростанція в Білгородській області потужністю 100 кВт (для порівняння, сама найбільша сонячна електростанція в світі розташовується в Канаді потужністю 80000 кВт).

На даний момент в Росії реалізується два проекти: будівництво сонячних парків в Ставропольському краї (потужність - 12 МВт), і в Республіці Дагестан (10 МВт) 7. Незважаючи на відсутність підтримки відновлюваної енергетики, ряд компаній реалізує дрібні проекти в сфері сонячної енергетики. Наприклад, «Сахаенерго" встановило маленьку станцію в Якутії потужністю 10 кВт.

Існують маленькі установки в Москві: в Леонтійовськомупровулку і на Мічурінському проспекті під'їзди і двори декількох будинків висвітлюються за допомогою сонячних модулів, що скоротило витрати на освітлення на 25%. На Тимирязевской вулиці сонячні батареї встановлені на даху однієї з автобусних зупинок, які забезпечують роботу довідково-інформаційної транспортної системи та Wi-Fi.

Розвиток сонячної енергетики в Росії обумовлено низкою факторів:

1) кліматичні умови: даний фактор впливає не тільки на рік досягнення мережевого паритету, але і на вибір тієї технології сонячної установки, яка найкращим чином підходить для конкретного регіону;

2) Державна підтримка:наявність законодавчо встановлених економічних стимулів сонячної енергетики надає вирішальне значення на
її розвиток. Серед видів державної підтримки, успішно застосовуються в ряді країн Європи і США, можна виділити: пільговий тариф для сонячні електростанції, субсидії на будівництво сонячних електростанцій, різні варіанти податкових пільг, компенсація частини витрат з обслуговування кредитів на придбання сонячних установок;

3) вартість СФЕУ (сонячні фотоелектричні установки):сьогодні сонячні електростанції є однією з найбільш дорогих використовуваних технологій виробництва електроенергії. Однак у міру зниження вартості 1 кВт * год виробленої електроенергії сонячна енергетика стає конкурентоспроможною. Від зниження вартості 1Вт встановленої потужності СФЕУ (~ 3000 $ в 2010 році) залежить попит на СФЕУ. Зниження вартості досягається за рахунок підвищення ККД, зниження технологічних витрат і зниження рентабельності виробництва (вплив конкуренції). Потенціал зниження вартості 1 кВт потужності залежить від технології і лежить в діапазоні від 5% до 15% в рік;

4) екологічні норми: на ринок сонячної енергетики позитивно може вплинути посилення екологічних норм (обмежень і штрафів) внаслідок можливого перегляду Кіотського протоколу. Удосконалення механізмів продажу квот на викиди може дати новий економічний стимул для ринку СФЕУ;

5) баланс попиту і пропозиції електроенергії: реалізація існуючих амбітних планів по будівництву і реконструкції генеруючих і електромережних
потужностей компаній, що виділилися з РАО «ЄЕС Росії» в ході реформи галузі, істотно збільшить пропозицію електроенергії і може посилити тиск на ціну
на оптовому ринку. Однак вибуття старих потужностей і одночасне підвищення попиту спричинить за собою збільшення ціни;

6) наявність проблем з технологічним приєднанням:затримки з виконанням заявок на технологічне приєднання до централізованої системи електропостачання є стимулом до переходу до альтернативних джерел енергії, в тому числі до СФЕУ. Такі затримки визначаються як об'єктивної нестачею потужностей, так і неефективністю організації технологічного приєднання мережевими компаніями або браком фінансування технологічного приєднання з тарифу;

7) ініціативи місцевої влади: регіональні та муніципальні органи управління можуть реалізовувати власні програми з розвитку сонячної енергетики або, більш широко, поновлюваних / нетрадиційних джерел енергії. Сьогодні такі програми вже реалізуються в Красноярському і Краснодарському краях, Республіці Бурятія і ін .;

8) розвиток власного виробництва: російське виробництво СФЕУ може справити позитивний вплив на розвиток російського споживання сонячної енергетики. По-перше, завдяки власному виробництву посилюється загальна поінформованість населення про наявність сонячних технологій і їх популярність. По-друге, знижується вартість СФЕУ для кінцевих споживачів за рахунок зниження проміжних ланок дистриб'юторської ланцюга і за рахунок зниження транспортної складової 8.

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 Організатор - компанія ТОВ «Хевел», засновниками якої є Група компаній «Ренова» (51%) і Державна корпорація «Російська корпорація нанотехнологій» (49%).