Солнечная энергия это энергия: что такое, как применяют и распространение в России

Солнечная энергия

В мире всё меньше традиционных источников энергии. Запасы нефти, газа, угля истощаются и всё идёт к тому, что рано или поздно они закончатся. Если к этому времени не найти альтернативных источников энергии, то человечество ждёт катастрофа. Поэтому во всех развитых странах ведутся исследования по открытию и разработке новых источников энергии. В первую очередь – это солнечная энергия. С древних времён эта энергию использовалась людьми для освещения жилища, сушки продуктов, одежды и т. п. Солнечная энергетика сегодня является одним из наиболее перспективных источников альтернативной энергии. В настоящее время уже есть достаточно много конструкций, позволяющих преобразовывать энергию солнца в электрическую или тепловую. Отрасль постепенно растёт и развивается, но, как и везде, есть свои проблемы. Обо всём этом речь пойдёт в настоящем материале.

Содержание статьи

Солнце как альтернативный источник энергии

Энергия солнца является одним из самых доступных возобновляемых источников на Земле. Использование солнечной энергии в народном хозяйстве положительно сказывается на состоянии окружающей среды, поскольку для её получения не требуется бурить скважины или разрабатывать шахты. К тому же, этот вид энергии свободный и не стоит ничего. Естественно, что требуются затраты на покупку и монтаж оборудования.

Проблема в том, что солнце – это прерывистый источник энергии. Так, что требуется накопление энергии и использование её в связке с другими энергетическими источниками. Основная проблема на сегодняшний день заключается в том, что современное оборудование имеет низкую эффективность преобразования энергии солнца в электрическую и тепловую. Поэтому все разработки направлены на то, чтобы увеличить КПД таких систем и снизить их стоимость.

Вот он – возобновляемый источник энергии

Кстати, очень много ресурсов на планете представляют собой производные от солнечной энергии. К примеру, ветер, который является ещё одним возобновляемым источников, не дул бы без солнца. Испарение воды и накопление её в реках также происходит под действием солнца. А вода, как известно, используется гидроэнергетике. Биотоплива также не было бы без солнца. Поэтому, помимо прямого источника энергии, солнце влияет на другие сферы энергетики.

Солнце отправляет к поверхности нашей планеты радиацию. Из широкого спектра излучения поверхности Земли достигают 3 типа волн:

• Световые. В спектре излучения их примерно 49 процентов;
• Инфракрасные. Их доля также 49 процентов. Благодаря этим волнам наша планета нагревается;
• Ультрафиолетовые. В спектре солнечного излучения их примерно 2 процента. Они невидимы для нашего глаза.

Вернуться к содержанию
 

Экскурс в историю

Как развивалась солнечная энергетика до наших дней? Об использовании солнца в своей деятельности человек думал с древних времён. Всем известна легенда, согласно которой Архимед сжёг флот неприятеля у своего города Сиракузы. Он использовал для этого зажигательные зеркала. Несколько тысяч лет назад на Ближнем востоке дворцы правителей отапливали водой, которая нагревалась солнцем. В некоторых странах выпариваем морской воды на солнце получали соль. Учёные часто проводили опыты с нагревательными аппаратами, работающими от солнечной энергии.

Первые модели таких нагревателей были выпущены в XVII─XVII веках. В частности, исследователь Н. Соссюр представил свою версию водонагревателя. Он представляет собой ящик из дерева, накрытый стеклянной крышкой. Вода в этом устройстве подогревалась до 88 градусов Цельсия. В 1774 году А. Лавуазье использовал линзы для концентрации тепла от солнца. И также появились линзы, позволяющие локально расплавить чугун за несколько секунд.

Батареи, преобразующие энергию солнца в механическую, создали французские учёные. В конце XIX века исследователь О. Мушо разработал инсолятор, фокусирующий лучи с помощью линзы на паровом котле. Этот котёл использовался для работы печатной машины. В США в то время удалось создать агрегат, работающий от солнца, мощностью в 15 «лошадей».

Инсолятор О. Мушо

Долгое время инсоляторы выпускались по схеме, использующей энергию солнца для превращения воды в пар. И преобразованная энергия использовалась для совершения какой-либо работы. Первое устройство, преобразующее солнечную энергию в электрическую, было создано в 1953 году в США. Оно стало прообразом современных солнечных батарей. Фотоэлектрический эффект, на котором основана их работа, был открыт ещё в 70-е годы XIX столетия.

В тридцатые годы прошлого столетия академик СССР А. Ф. Иоффе предложил использовать полупроводниковые фотоэлементы для преобразования энергии солнца. КПД батарей в то время был менее 1%. Прошло много лет до того, как были разработаны фотоэлементы, имеющие КПД на уровне 10─15 процентов. Затем американцы построили солнечные батареи современного типа.

Для получения большей мощности солнечных систем низкий КПД компенсируется увеличенной площадью фотоэлементов. Но это не выход, поскольку кремниевые полупроводники в фотоэлементах довольно дорогие. При увеличении КПД возрастает стоимость материалов. Это является главным препятствием для массового использования солнечных батарей. Но по мере истощения ресурсов их использование будет всё более выгодным. Кроме того, исследования по увеличению КПД фотоэлементов не прекращаются.

Фотоэлемент для солнечной батареи

Стоит сказать, что батареи на основе полупроводников достаточно долговечны и не требуют квалификации для ухода за ними. Поэтому их чаще всего используют в быту. Есть также целые солнечные электростанции. Как правило, они создаются в странах с большим числом солнечных дней в году. Это Израиль, Саудовская Аравия, юг США, Индия, Испания. Сейчас есть и совсем фантастические проекты. Например, солнечные электростанции вне атмосферы. Там солнечный свет ещё не потерял энергию. То есть, излучение предлагается улавливать на орбите и затем переводить в микроволны. Затем в таком виде энергия будет отправляться на Землю.

Вернуться к содержанию
 

Преобразование солнечной энергии

Прежде всего, стоит сказать о том, в чём можно выразить и оценить солнечную энергию.

Как можно оценить величину солнечной энергии?

Специалисты используют для оценки такую величину, как солнечная постоянная. Она равна 1367 ватт. Именно столько энергии солнца приходится на квадратный метр планеты. В атмосфере теряется примерно четверть. Максимальное значение на экваторе – 1020 ватт на квадратный метр. С учётом дня и ночи, изменения угла падения лучей, эту величину следует уменьшить ещё в три раза.

Распределение солнечного излучения на карте планеты

Версии об источниках солнечной энергии высказывались самые разные. На данный момент специалисты утверждают, что энергии высвобождается в результате превращения четырёх атомов h3 в ядро He. Процесс протекает с выделением существенного количества энергии. Для сравнения представьте, что энергия превращения 1 грамма h3 сопоставима с той, что выделяется при сжигании 15 тонн углеводородов.
Вернуться к содержанию
 

Способы преобразования

Поскольку наука на сегодняшний день не имеет устройств, работающих на энергии солнца в чистом виде, её требуется преобразовать в другой тип. Для этого были созданы такие устройства, как солнечные батареи и коллектор. Батареи преобразуют солнечную энергию в электрическую. А коллектор вырабатывает тепловую энергию. Есть также модели, совмещающие эти два вида. Они называются гибридными.

Солнечная батарея

Солнечный коллектор

Гибридная солнечная панель

Основные способы преобразования энергии солнца представлены ниже:

• фотоэлектрический;
• гелиотермальный;
• термовоздушный;
• солнечные аэростатные электростанции.

Первый способ самый распространённый. Здесь используются фотоэлектрические панели, которые под воздействием солнца вырабатывают электрическую энергию. В большинстве случаев их делают из кремния. Толщина таких панелей составляет десятые доли миллиметра. Такие панели объединяются в фотоэлектрические модули (батареи) и устанавливаются на солнце. Чаще всего их ставят на крышах домов. В принципе, ничто не мешает разместить их на земле. Нужно, только чтобы вокруг них не было крупных предметов, других зданий и деревьев, которые могут отбрасывать тень.

Кроме фотоэлементов, для получения электрической энергии применяются тонкопленочные или гибкие солнечные панели. Их преимуществом является малая толщина, а недостатком – сниженный КПД. Такие модели часто используются в портативных зарядках для различных гаджетов.

Гибкая солнечная панель

Термовоздушный способ преобразования подразумевает получение энергию потока воздуха. Этот поток направляется на турбогенератор. В аэростатных электростанциях под действием солнечной энергии в аэростатном баллоне генерируется водяной пар. Поверхность аэростата покрывается специальным покрытием, поглощающим солнечные лучи. Такие электростанции способны работать в пасмурную погоду и в тёмное время суток благодаря запасу пара в аэростате.

Гелиотремальная энергетика основана на нагреве поверхности энергоносителя в специальном коллекторе. Например, это может быть нагрев воды для системы отопления дома. В качестве теплоносителя может использоваться не только вода, но и воздух. Он может нагреваться в коллекторе и подаваться в систему вентиляции дома.

Все эти системы стоят достаточно дорого, но их освоение и совершенствование постепенно продолжается.

Вернуться к содержанию
 

Преимущества и недостатки солнечной энергии

Преимущества

• Бесплатно. Одно из главных преимуществ энергии солнца – это отсутствие платы за неё. Солнечные панели делаются с использованием кремния, запасов которого достаточно много;
• Нет побочного действия. Процесс преобразования энергии происходит без шума, вредных выбросов и отходов, воздействия на окружающую среду. Этого нельзя сказать о тепловой, гидро и атомной энергетике. Все традиционные источники в той или иной мере наносят вред ОС;
• Безопасность и надёжность. Оборудование долговечное (служит до 30 лет). После 20─25 лет использования фотоэлементы выдают до 80 процентов от своего номинала;
• Рециркуляция. Солнечные панели полностью перерабатываются и могут быть снова использованы в производстве;
• Простота обслуживания. Оборудование довольно просто разворачивается и работает в автономном режиме;
• Хорошо адаптированы для использования в частных домах;
• Эстетика. Можно установить на крыше или фасаде здания не в ущерб внешнему виду;
• Хорошо интегрируются в качестве вспомогательных систем энергоснабжения.

Вернуться к содержанию
 

Недостатки

• Эффективность зависит от времени суток и погоды. Нерентабельно использовать в высоких широтах;
• Требуется аккумулировать преобразованную энергию;
• Первоначальные вложения высокие. Особенно это ощутимо для обычных людей при покупке оборудования для частного дома;
• Периодически нужно делать очистку панелей от загрязнения;
• Для размещения требуется большая площадь;
• Некоторые фотоэлементы имеют в своём составе Pb, Cd, мышьяк, что усложняет и переработку.

Вернуться к содержанию
 

Сферы применения солнечной энергии

Направлений использования довольно много. Ниже рассматриваются самые востребованные и распространённые.

Энергоснабжение частного дома

Совсем недавно такие системы были чем-то из фантастических фильмов. Но сейчас у многие можно встретить комплекты солнечных модулей на крыше или фасаде дома. КПД таких систем пока не превышает 10─15 процентов. Напряжение 12 или 24 вольта. Но для частного дома или дачи этого вполне достаточно.

Здесь стоит сказать, что современные панели вырабатывают электричество даже в сумерках и пасмурную погоду. Заряда аккумуляторных батарей хватает на тёмное время суток. Кроме того, солнечные панели подключаются как вспомогательные, и при необходимости их подменяет основная энергетическая система.
Вернуться к содержанию
 

Солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения

Здесь энергия солнца преобразуется в тепловую. Наверное, у многих на дачном участке есть душ с металлическим баком наверху. Он нагревается от солнца и можно мытья нагретой водой. Это простейший вариант такого коллектора.

Но современные системы работают значительно эффективнее. В них есть поглощающий элемент, который передаёт тепловую энергию теплоносителю. Есть варианты с водой и воздухом в качестве теплоносителя.

Коллекторы чаще всего работают в составе систем горячего водоснабжения частных домов. Нагретый в них теплоноситель попадает в накопитель (бойлер), где нагревает воду. Схема практически такая же, как у электрического бойлера. Только электричество в этом случае не расходуется.

Компактные системы с коллектором могут обеспечить бесплатный нагрев воды в доме для семьи на 3─5 человек. Речь идёт об осенне-зимнем периоде. Зимой эффективность подобных систем значительно снижается. Параллельно с установкой таких систем проводятся работы по улучшению изоляции. Если зимы в вашем регионе не суровые, то коллектор вполне может использоваться и зимой.

Вернуться к содержанию
 

Портативные источники энергии

Этот вид устройств предназначен для получения электрической энергии при отсутствии электрических сетей. Такие переносные аккумуляторы с возможностью зарядки от солнечной панели популярны среди туристов, дачников и т. п. Об этих устройствах можно прочитать в статьях:

Вернуться к содержанию
 

Концентраторы

Этот вид устройств можно назвать экзотикой. Их можно встретить у туристов в составе походных кухонь. Они концентрируют свет параболическим зеркалом на ёмкости с теплоносителем.
Вернуться к содержанию
 

Транспорт

Это пока также экзотическая сфера применения. Но уже сейчас проводятся гоночные соревнования в Австралии на солнечных карах. Однако в последнее время конструкторам удалось нарастить скорость таких транспортных средств до 80 км/час. И также проводятся испытания самолёта на солнечных батареях с облётом планеты.
Вернуться к содержанию
 

Развитие солнечной энергетики в разных странах и её перспективы

Альтернативные виды энергетики, к которым относится солнечная, быстрее всего развивается в технологически развитых странах. Это США, Испания, Саудовская Аравия, Израиль и другие страны, где большое количество солнечных дней в году. Солнечная энергетика также развивается в России и странах СНГ. Правда, темпы у нас значительно медленнее из-за климатических условий и меньших доходов населения.

На территории бывшего СССР климат для солнечных установок больше всего подходит климат на Украине и республиках Средней Азии. Однако здесь пока больше разговоров о развитии, чем реальных дел. То есть, раскрыть потенциал использования солнечной энергии здесь пока не удалось. Если говорить о доле солнечной энергии на рынке России и стран СНГ, то она не превышает 1 процента. В планах значится строительство нескольких солнечных электростанций. Поэтому ситуация ещё может исправиться.

В России наблюдается постепенное развитие и уклон делается на развитие солнечной энергетики в регионах Дальнего Востока. Солнечные электростанции строятся в удалённых населённых пунктах Якутии. Это позволяет экономить на завозимом топливе. Строятся электростанции и в южной части страны. Например, в Липецкой области.

Все эти данные позволяют сделать вывод о том, что многие страны мира пытаются максимально внедрить у себя использование солнечной энергии. Это актуально потому, что энергопотребление постоянно растёт, а ресурсы ограничены. К тому же, традиционная сфера энергетики сильно загрязняет окружающую среду. Поэтому альтернативная энергетика – это будущее. И энергия солнца является одним из ключевых её направлений.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Использование энергии Солнца на Земле

Небесное светило дарит нам бесплатно огромное количество энергии. Всего за 15 минут звезда отдаёт нашей планете объём энергии, которого человечеству хватит для обеспечения электричеством на один год. Качество и эффективность солнечных батарей постоянно совершенствуются и становятся дешевле. Однако до массового использования энергии солнца пока далеко. Есть ряд проблем, из которых особенно остро стоит эффективность оборудования для преобразования солнечного излучения. В основном это касается фотоэлектрических элементов, эффективность которых лежит в интервале 12─17 процентов. Но ещё в середине прошлого столетия она составляла около 1%. Так, что прогресс постепенно идёт, хотя и не быстро. Поэтому в будущем энергия солнца должна занять достойное место в мировой энергетике. В этом материале речь пойдёт об использовании солнечной энергии в хозяйственной деятельности на Земле. Поговорим о проблемах и перспективах, а также приведём примеры оборудования.

Содержание статьи

Общая информация о поступающей от Солнца энергии

Солнце служит первоначальным источником всех энергетических процессов на Земле. Звезда отправляет в сторону нашей планеты 20 миллионов эксаджоулей за год. Поскольку Земля круглой формы на неё попадает примерно 25%. Из этой энергии примерно 70 процентов поглощается атмосферой, отражается и уходит на прочие потери. На поверхность Земли попадает 1,54 миллиона эксаджоулей в год. Эта цифра в несколько тысяч раз больше, чем энергопотребление на планете. Кроме того, эта величина в 5 раз превышает весь энергетический потенциал углеводородного топлива, накопленных на Земле за миллионы лет.

Солнце – неиссякаемый источник энергии

Большая доля этой энергии на поверхности планеты превращается в тепло. Оно нагревает землю и воду, а от них греется воздух. Тепло от Солнца определяет океанские течения, круговорот воды в природе, воздушные потоки и т. п. Тепло постепенно излучается в космос и теряется там. В экосистеме планеты энергия проходит длинный и сложный путь преобразования, но от полученного её количества используется лишь малая часть. В результате экосистема работает, не загрязняет окружающую среду и использует малую часть энергии, доходящей до Земли. Отсюда можно заключить, что постоянный поток энергии Солнца на Землю постоянен и поступает в избыточном количестве.

Растения на Земле потребляют всего лишь 0,5 процента энергии, доходящей до Земли. Поэтому, даже если человечество будет существовать только за счёт энергии солнца, они будут потреблять лишь малую её долю. Энергии Солнца на Земле вполне достаточно для энергетических потребностей цивилизации. При этом мы возьмём лишь небольшую часть энергии, и это никак не скажется на биосфере. Солнце отправляет на Землю огромное количество энергии. За несколько дней её количество превышает энергетический потенциал всех разведанных запасов топлива. Даже треть от этого количества, которое попадает на Землю, в тысячи раз превышает все традиционные источники энергии.

Солнечная энергия экологически «чистая». Конечно, ядерные реакции, проходящие на Солнце, порождают радиоактивное загрязнение. Но оно находится на безопасном расстоянии от Земли. А вот сжигание углеводородов и атомные электростанции создают загрязнения на Земле. Кроме того, энергия Солнца постоянна и присутствует в избыточном количестве.

Солнечная энергия практически неиссякаема

Можно сказать, что энергия солнца вечна. Некоторые специалисты говорят, что звезда потухнет через несколько миллиардов лет. Но какое значение это имеет для нас? Ведь люди существуют примерно 3 миллиона лет. Так, что использование солнечной энергии не ограничено во времени. Благодаря энергии, которую отдаёт Солнце, на Земле происходят 2 круговорота веществ. Один из них большой (ещё называемый геологическим). Он проявляется в круговороте атмосферы и водных масс. А также малый биологический (ещё называемый биотическим) круговорот, который работает на базе большого. Он заключается в циклическом перераспределении энергии и веществ в границах экологических систем. Эти круговороты между собой связаны и являются единым процессом.

Вернуться к содержанию
 

Какие есть проблемы при использовании солнечной энергии?

Казалось бы, всё прекрасно и нужно переходить на использование энергии солнца. Оказывается, есть ряд проблем. Каких же? Основная проблема заключается в том, что поступающая энергия сильно рассеивается. На один квадратный метр попадает примерно 100─200 ватт. Точное количество зависит от расположения этого места на Земле. Кроме того, Солнце светит днём, и мощность в это время достигает 400—900 ватт на квадратный метр. А ночью энергии не поступает, а пасмурную погоду поступает значительно меньше. То есть, в какие-то моменты нужно собирать весь этот энергетический поток и накапливать. А когда солнечный свет на землю не падает, использовать накопленную энергию.

Использование солнечной энергии на Земле

Собирают энергию солнца разными способами. Естественным считается сбор тепла для нагрева теплоносителя, а затем его использование в системе отопления дома или в подаче горячей воды. И также распространённый способ преобразования солнечной энергии – это получение электроэнергии. Все эти установки выпускаются как фабрично, так и самостоятельно своими руками. Некоторые умельцы делают обогреватели в обычном окне квартиры или дома. Получается дополнительный обогрев помещения. А также распространены коллекторы и гелиосистемы для выработки электричества в частных домах. Однако применение тепловых коллекторов ограничивается климатическими условиями. А солнечные панели для преобразования солнечной энергии в электричество пока имеют низкий КПД.

Но в целом гелиосистемы являются очень перспективной сферой энергетики. Стоит ещё немного подрасти в цене энергоносителям, и они станут очень востребованы. На Земле много районов, где практически постоянно светит солнце. Это степи, пустыни. При установке там солнечных электростанций и получения электроэнергии можно обустроить эту землю и сделать её плодородной. Энергия будет расходоваться на подвод воды и нужды населения.
Вернуться к содержанию
 

Экскурс в прошлое

Когда-то в глубокой древности язычники воспринимали Солнце в качестве божества. Конечно, в те времени использование солнечной энергии отсутствовало, как таковое. Это было нечто магическое. Но первые попытки использования солнечной энергии предпринимались уже довольно давно. Если не брать во внимание легенду о сожжённом с помощью концентрированной солнечной энергии флоте в Древней Греции, то настоящее использование энергии Солнца началось в XIX─XX веках. В 1839 году учёный Беккерель открыл фотогальванический эффект. Спустя несколько десятилетий Чарльз Фриттс разработал солнечный модуль, основой которого стал селен, покрытый золотом. Первые солнечные панели, которые были выпущены в XX веке имели КПД не более 1%. Но на тот момент это было настоящим прорывом. В результате для учёных открылись новые горизонты для исследований и новых открытий.

Одна из первых гелиосистем

Альберт Эйнштейн также внёс значительный вклад в развитие солнечной энергетики. Конечно, среди его достижений чаще всего упоминают теорию относительности. Но свою Нобелевскую премию он получил за изучение явления внешнего фотоэффекта. Технология производства солнечных панелей для получения электричества постоянно совершенствуется. Поэтому есть надежда, что скоро мы станем свидетелями новых потрясающих открытий в этой области.

Вернуться к содержанию
 

Сферы использования солнечной энергии

Область использования энергии солнца довольно широкая и постоянно расширяется. Здесь можно упомянуть даже такую простую вещь, как летний душ баком наверху. Он нагревается от солнца и можно мыться. Использование гелиосистем для частных домов ещё совсем недавно казалось фантастикой, а сегодня стали реальностью. Сейчас выпускается много солнечных коллекторов для обогрева бытовых и производственных помещений. Уже есть модели, которые способны работать при отрицательных температурах. Кроме того, полно всевозможных мобильных power bank на солнечных батареях для зарядки мобильных гаджетов, калькуляторов, часов и другой техники с питанием от фотоэлектрических панелей.

Энергия солнца на сегодняшний день используется в таких сферах народного хозяйства, как:

• Энергоснабжение частных домов, пансионатов, санаториев;
• Энергоснабжение населённых пунктов, находящихся вдали от городской инфраструктуры;
• Сельское хозяйство;
• Космонавтика;
• Экотуризм;
• Уличное освещение, декоративная подсветка на дачных участках;
• Жилищно-коммунальное хозяйство;
• Зарядные устройства.

Солнечная электростанция

Несколько ранее энергия солнца и связанные с этим технологии применялись только в космонавтике и военной сфере. С помощью фотоэлементов обеспечивалось снабжение энергией спутников, различных мобильных станций и тому подобное. Но постепенно солнечная энергетика стала использоваться в быту и на производстве. Сегодня часто можно встретить гелиосистемы в южных регионах. Чаще всего они используются в частном секторе, а также в мелком туристическом бизнесе (санатории, дома отдыха и т. п.).
Вернуться к содержанию
 

Установки для преобразования солнечной энергии

Давайте, рассмотрим два основных типа установок, которые являются самыми распространёнными на сегодняшний день.

Гелиосистема для получения электрической энергии

Наиболее распространённые системы для преобразования энергии солнца в электричество. Стоят такие системы немало, но после того, как они окупятся, их использование даёт хорошую экономию в расходах на электроэнергию. Частный дом реально обеспечить электропитанием от автономной солнечной электростанции с несколькими фотоэлектрическими панелями. Срок окупаемости установки в российском климате составляет 5 лет, а срок службы солнечных батарей до 30 лет. Можете прочитать подробнее о том, что представляют собой солнечные электростанции.

Гелиосистема для частного дома

В состав автономной гелиосистемы для дома входят:

Главным минусом таких солнечных систем остаётся низкий КПД. Он лежит в пределах 12─15 процентов. В облачную погоду и того меньше. Но уже разработаны фотоэлектрические панели, которые работают в сумерках и облачную погоду, выдавая необходимый ток. И для обеспечения электроэнергией небольшого дома вполне хватает. В основном солнечные батареи собирают с расчётом на выработку напряжения 12 и 24 вольта. Они объединяются последовательно и параллельно для достижения необходимой мощности. Электроэнергия накапливается в аккумуляторах, а затем подаётся в сеть через инвертор.

Вернуться к содержанию
 

Солнечные коллекторы

Солнечные батареи для отопления дома или коллекторы излучение солнца в тепловую энергию. По типу теплоносителя различают воздушные и жидкостные коллекторы. В воздушных циркулирует воздух и они являются гораздо менее эффективными, чем жидкостные. Они способны работать на обогрев помещения только до 5─10 градусов тепла на улице. Воздушные солнечные коллекторы часто применяются для отопления хозяйственных построек и сушки овощей.

В жидкостных коллекторах в роли теплоносителя используется вода или антифриз. Они имеют гораздо большую эффективность, чем воздушные. Самыми распространёнными видами таких коллекторов являются плоские и вакуумные.

Плоские имеют простую конструкцию и наиболее распространены. Их часто изготавливают самостоятельно в домашних условиях. Они могут быть использованы, как для горячего водоснабжения, так и для отопления помещения. Основным элементом в них является абсорбер, который накапливает тепловую энергию и отдаёт её теплоносителю. Такие установки довольно эффективны, но в зимний период на территории России их использовать проблематично.

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумные коллекторы являются наиболее эффективными и могут вырабатывать горячую воду даже зимой. В их конструкцию входят медные трубки, помещённые в стеклянные откуда откачан воздух. Вакуум служит отличной изоляцией. В медных трубках находится жидкость, которая под действием солнечных лучей разогревается, испаряется и поднимается вверх, где нагревает теплоноситель. В роли последнего чаще всего используется антифриз, который не замерзает в зимнее время. Тот, в свою очередь, отдаёт тепло в бойлере воде, которая циркулирует в системе отопления или ГВС. Вакуумные коллекторы значительно эффективнее плоских и могут работать в России зимой.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Солнечная энергетика: технологии, достоинства и недостатки

Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.

На данный момент около 1% электроэнергии на Земле получается вследствие переработки солнечного излучения. Так почему мы до сих пор не отказались от других «вредных» способов, и откажемся ли вообще? Предлагаем ознакомиться с нашей статьей и попытаться самостоятельно ответить на этот вопрос.

Как солнечная энергия преобразуется в электричество

Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.

Сам процесс носит название «Солнечная генерация». Наиболее эффективные пути его обеспечения следующие:

• фотовольтарика;
• гелиотермальная энергетика;
• солнечные аэростатные электростанции.

Рассмотрим каждый из них.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Подробнее можете почитать на Википедии: Фотовольтарический эффект

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в отдельной статье.

Современные солнечные панели и электростанции

Из недавних примеров можно отметить солнечные панели компании SistineSolar. Они могут иметь любой оттенок и текстуру в отличие от традиционных тёмно-синих панелей. А это значит, что ими можно «оформить» крышу дома так, как Вам заблагорассудится.

Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. Черепица Solar Roof содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.

Ещё много интересного в наших соцсетях

Читайте также: Описание модельного ряда автомобилей Tesla

В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.

Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае. Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:

• нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
• в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
• сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.

Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.

Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.

Читайте также: Как будет выглядеть мир через 100 лет

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т. к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Солнечный свет концентрируется на башне

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

• Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
• Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
• Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
• Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

В чём преимущества солнечной энергетики

• Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
• Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
• Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
• Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

Рекомендуем: Самые пригодные для колонизации планеты

Как развита солнечная энергетика в России

К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.

На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ. Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.

В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.

Так одной из крупнейших в нашей стране является Орская СЭС. Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).

Самой мощной сегодня является СЭС Перово, расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.

Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.

К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.

А что думаете Вы о будущем солнечной энергетики?Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.

Таким образом, уже сегодня можно с уверенностью сказать, что солнечная энергетика способна в недалёкой перспективе выступить полноценной альтернативой традиционным способам получения электроэнергии. И даже в России эта отрасль хоть и медленно, но развивается.

Солнечная энергия — Solar power

Эта статья о производстве электроэнергии с использованием солнечной энергии. Чтобы узнать о других видах использования солнечной энергии, см. Солнечная энергия .

Эта карта солнечных ресурсов представляет собой сводную информацию о предполагаемой солнечной энергии, доступной для производства электроэнергии и других энергетических приложений. Он представляет собой среднюю дневную / годовую сумму производства электроэнергии от подключенной к сети солнечной фотоэлектрической электростанции с пиковой мощностью 1 кВт за период с 1994/1999/2007 (в зависимости от географического региона) до 2015 года. Источник: Global Solar Atlas

Солнечная энергия является преобразование энергии от солнечного света в электричество , либо непосредственно с помощью фотовольтаики (PV), косвенно с использованием концентрированной солнечной энергии , или комбинацию. Концентрированные солнечные энергетические системы используют линзы или зеркала и системы слежения за солнцем, чтобы сфокусировать большую площадь солнечного света в небольшой луч. Фотоэлектрические элементы преобразуют свет в электрический ток с помощью фотоэлектрического эффекта .

Первоначально фотоэлектрические элементы использовались исключительно в качестве источника электроэнергии для малых и средних предприятий, от калькулятора с питанием от одного солнечного элемента до удаленных домов, питаемых от автономной солнечной фотоэлектрической системы на крыше. Коммерческие концентрированные солнечные электростанции были впервые разработаны в 1980-х годах. Поскольку стоимость солнечной электроэнергии упала, количество соединенных с сетью солнечных фотоэлектрических уже выросла в миллионы и коммунальных предприятий фотоэлектрических электростанций с сотнями мегаватт строятся. Солнечные фотоэлектрические панели быстро становятся недорогой низкоуглеродной технологией для использования возобновляемых источников энергии Солнца. В настоящее время крупнейшая фотоэлектрическая электростанция в мире — это солнечная электростанция Павагада , Карнатака, Индия, с генерирующей мощностью 2050 МВт.

В 2014 году Международное энергетическое агентство прогнозировало, что в соответствии с его сценарием «высоких возобновляемых источников энергии» к 2050 году солнечная фотоэлектрическая и концентрированная солнечная энергия будут составлять, соответственно, около 16 и 11 процентов мирового потребления электроэнергии , а солнечная энергия станет крупнейшим в мире источником энергии. электричество. Большинство солнечных установок будет в Китае и Индии . В 2017 году солнечная энергия обеспечила 1,7% мирового производства электроэнергии, что на 35% больше, чем в предыдущем году. По состоянию на октябрь 2020 года несубсидированная приведенная стоимость электроэнергии для солнечной энергии в коммунальном масштабе составляет около 36 долларов за МВтч.

Основные технологии

Многие промышленно развитые страны установили значительные мощности солнечной энергии в свои сети, чтобы дополнить или предоставить альтернативу традиционным источникам энергии, в то время как все большее число менее развитых стран обратились к солнечной энергии, чтобы снизить зависимость от дорогого импортного топлива (см. Солнечную энергию по странам ) . Передача на большие расстояния позволяет удаленным возобновляемым источникам энергии заменить потребление ископаемого топлива. Солнечные электростанции используют одну из двух технологий:

Фотоэлектрические элементы

Солнечные батареи или фотоэлемент (PV), представляет собой устройство , которое преобразует свет в электрический ток , используя фотоэлектрический эффект . Первый солнечный элемент был построен Чарльзом Фриттсом в 1880-х годах. Немецкий промышленник Эрнст Вернер фон Сименс был среди тех, кто осознал важность этого открытия. В 1931 году немецкий инженер Бруно Ланге разработал фотоэлемент с использованием селенида серебра вместо оксида меди , хотя прототип селеновых элементов преобразовал менее 1% падающего света в электричество. Следуя работе Рассела Ола в 1940-х годах, исследователи Джеральд Пирсон, Кэлвин Фуллер и Дэрил Чапин создали кремниевый солнечный элемент в 1954 году. Эти первые солнечные элементы стоили 286 долларов США за ватт и достигли эффективности 4,5–6%. В 1957 году Мохамед М. Atalla разработал процесс кремния пассивации поверхности с помощью термического окисления в Bell Labs . С тех пор процесс пассивации поверхности имеет решающее значение для эффективности солнечных элементов .

Массив фотоэлектрической системы питания , или фотоэлектрической системы, вырабатывает мощность постоянного тока (DC), которая колеблется в зависимости от интенсивности солнечного света. Для практического использования обычно требуется преобразование в определенные желаемые напряжения или переменный ток (AC) с помощью инверторов . Внутри модулей подключено несколько солнечных элементов. Модули соединяются вместе, образуя массивы, а затем подключаются к инвертору, который вырабатывает мощность с желаемым напряжением, а для переменного тока — с желаемой частотой / фазой.

Многие бытовые фотоэлектрические системы подключены к сети везде, где это возможно, особенно в развитых странах с большими рынками. В этих подключенных к сети фотоэлектрических системах использование накопителей энергии не является обязательным. В некоторых приложениях, таких как спутники, маяки, или в развивающихся странах, батареи или дополнительные генераторы энергии часто добавляются в качестве резервных. Такие автономные системы питания позволяют работать в ночное время и в другое время с ограниченным солнечным светом.

Концентрированная солнечная энергия

Концентрированная солнечная энергия (CSP), также называемая «концентрированной солнечной тепловой энергией», использует линзы или зеркала и системы слежения для концентрации солнечного света, а затем использует полученное тепло для выработки электричества от обычных паровых турбин.

Существует широкий спектр технологий концентрирования: среди самых известных — параболический желоб , компактный линейный отражатель Френеля , тарелка Стирлинга и солнечная энергетическая башня . Для отслеживания солнца и фокусировки света используются различные методы. Во всех этих системах рабочая жидкость нагревается концентрированным солнечным светом, а затем используется для производства или хранения энергии. Тепловые аккумуляторы позволяют производить до 24 часов электроэнергии.

Параболический желоб состоит из линейного параболического отражателя , что концентраты света на приемник , расположенные вдоль фокальной линии отражателя. Приемник представляет собой трубку, расположенную вдоль фокальных точек линейного параболического зеркала и заполненную рабочей жидкостью. Рефлектор должен следовать за солнцем в дневное время, отслеживая его по одной оси. Системы параболических желобов обеспечивают лучший коэффициент землепользования среди всех солнечных технологий. В солнечные генерирующие энергетические системы растений в Калифорнии и Acciona в Неваде Solar One возле Боулдер — Сити, штат Невада , представители этой технологии.

Компактные линейные отражатели Френеля — это CSP-установки, в которых вместо параболических зеркал используется множество тонких зеркальных полос для концентрации солнечного света на двух трубках с рабочей жидкостью. Это имеет то преимущество, что можно использовать плоские зеркала, которые намного дешевле, чем параболические зеркала, и что на том же пространстве можно разместить больше отражателей, что позволяет использовать больше доступного солнечного света. Концентрирующие линейные отражатели Френеля могут использоваться как на крупных, так и на более компактных установках.

В Стирлинга солнечные блюдо сочетает в себе параболические концентрируя блюдо с двигателем Стирлинга , который обычно приводит в действие электрический генератор. Преимуществами солнечных батарей Стирлинга перед фотоэлектрическими элементами являются более высокая эффективность преобразования солнечного света в электричество и более длительный срок службы. Системы параболической тарелки обеспечивают наивысшую эффективность среди технологий CSP. Большая тарелка мощностью 50 кВт в Канберре , Австралия, является примером этой технологии.

Башни солнечной энергии использует массив отслеживания отражателей ( гелиостатов ) сконцентрировать свет на центральный приемник на вершине башни. Силовые башни могут достигать более высокой эффективности (преобразование тепла в электричество), чем схемы CSP с линейным отслеживанием, и лучшей способности аккумулировать энергию, чем технологии перемешивания тарелок. PS10 Солнечная электростанция и PS20 солнечной электростанции являются примерами этой технологии.

Гибридные системы

Гибридная система сочетает (C) PV и CSP друг с другом или с другими формами генерации, такими как дизельное топливо, ветер и биогаз . Комбинированная форма генерации может позволить системе модулировать выходную мощность в зависимости от спроса или, по крайней мере, уменьшить нестабильный характер солнечной энергии и потребление невозобновляемого топлива. Гибридные системы чаще всего встречаются на островах.

Система CPV / CSP

Была предложена новая солнечная гибридная система CPV / CSP, сочетающая в себе фотоэлектрические концентраторы с не-фотоэлектрической технологией концентрированной солнечной энергии, также известной как концентрированная солнечная энергия.

Интегрированная система солнечного комбинированного цикла (ISCC)

Электростанция Хасси R’Mel в Алжире является примером объединения CSP с помощью газовой турбины, где в 25 мегаватт CSP- параболические корыта добавки массива гораздо больше 130 МВт комбинированного цикла газовой турбины завода. Другой пример — электростанция Йезд в Иране.

Фотоэлектрический тепловой гибридный солнечный коллектор (PVT)

Также известный как гибридный фотоэлектрический преобразователь, преобразователь солнечного излучения в тепловую и электрическую энергию. Такая система дополняет друг друга солнечным (PV) модулем и солнечным тепловым коллектором .

Концентрированные фотоэлектрические и тепловые (CPVT)

Концентрированная фотоэлектрическая термогибридная система похожа на систему PVT. Он использует концентрированную фотоэлектрическую энергию (CPV) вместо традиционной фотоэлектрической технологии и сочетает ее с солнечным тепловым коллектором.

PV дизельная система

Он сочетает в себе фотоэлектрическую систему с дизельным генератором . Возможны комбинации с другими возобновляемыми источниками энергии , включая ветровые турбины .

PV- термоэлектрическая система

Термоэлектрические или «термовольтаические» устройства преобразуют разницу температур между разнородными материалами в электрический ток. Солнечные элементы используют только высокочастотную часть излучения, а низкочастотную тепловую энергию тратят впустую. Получено несколько патентов на использование термоэлектрических устройств в тандеме с солнечными элементами.

Идея состоит в том, чтобы повысить эффективность комбинированной солнечной / термоэлектрической системы для преобразования солнечного излучения в полезное электричество.

Разработка и внедрение

Доля производства электроэнергии за счет солнечной энергии, 2019 г.

Развертывание солнечной энергии

Мощность в ГВт по технологиям

100

200

300

400

500

600

700

2007 г.

2010 г.

2013

2016 г.

2019 г.

Рост солнечных фотоэлектрических элементов в полулогарифмическом масштабе с 1992 г.

Первые дни

Раннее развитие солнечных технологий, начавшееся в 1860-х годах, было обусловлено ожиданием того, что скоро уголь станет дефицитом. Чарльз Фриттс установил первую в мире фотоэлектрическую солнечную батарею на крыше, использующую селеновые элементы с эффективностью 1% , на крыше Нью-Йорка в 1884 году. Однако развитие солнечных технологий застопорилось в начале 20 века из-за растущей доступности, экономии, и утилизация угля и нефти . В 1974 г. было подсчитано, что только шесть частных домов во всей Северной Америке полностью отапливались или охлаждались с помощью действующих систем солнечной энергии. 1973 нефтяного эмбарго и 1979 энергетический кризис вызвал перестройку энергетической политики во всем мире , и вновь привлек внимание к разработке солнечных технологий. Стратегии развертывания сосредоточены на программах стимулирования, таких как Федеральная программа утилизации фотоэлектрических систем в США и Программа Sunshine в Японии. Другие усилия включали создание исследовательских центров в США (SERI, ныне NREL ), Японии ( NEDO ) и Германии ( Fraunhofer – ISE ). Между 1970 и 1983 годами количество установок фотоэлектрических систем быстро росло, но падение цен на нефть в начале 1980-х замедлило рост фотоэлектрических систем с 1984 по 1996 год.

С середины 1990-х до начала 2010-х годов

В середине 1990-х годов развитие как жилых, так и коммерческих солнечных солнечных электростанций на крыше, а также фотоэлектрических электростанций в коммунальном масштабе снова начало ускоряться из-за проблем с поставками нефти и природного газа, проблем глобального потепления и улучшения экономического положения фотоэлектрических станций по сравнению с другие энергетические технологии. В начале 2000-х годов принятие зеленых тарифов — политического механизма, который отдает приоритет возобновляемым источникам энергии в сети и определяет фиксированную цену на производимую электроэнергию — привело к высокому уровню безопасности инвестиций и к резкому росту числа развертываний фотоэлектрических систем. в Европе.

Текущий статус

В течение нескольких лет мировой рост солнечных фотоэлектрических систем был обусловлен развертыванием в Европе , но с тех пор переместился в Азию, особенно в Китай и Японию , а также во все большее число стран и регионов по всему миру, включая, помимо прочего, Австралию , Канада , Чили , Индия , Израиль , Мексика , Южная Африка , Южная Корея , Таиланд и США .

Мировой рост фотоэлектрической энергии в среднем составлял 40% в год с 2000 по 2013 год, а общая установленная мощность достигла 303 ГВт в конце 2016 года, при этом в Китае было наибольшее количество установок (78 ГВт), а в Гондурасе — самый высокий теоретический процент годового потребления электроэнергии, который мог бы генерироваться солнечными фотоэлектрическими батареями (12,5%). Крупнейшие производители находятся в Китае.

Концентрированная солнечная энергия (CSP) также начала быстро расти, увеличив свою мощность почти в десять раз с 2004 по 2013 год, хотя и с более низкого уровня и вовлекая меньше стран, чем солнечные фотоэлектрические системы. По состоянию на конец 2013 года совокупная мировая мощность CSP достигла 3 425 МВт.

Прогнозы

В 2010 году Международное энергетическое агентство прогнозировало, что к 2050 году глобальные фотоэлектрические мощности могут достичь 3 000 ГВт или 11% от прогнозируемого мирового производства электроэнергии — этого достаточно для выработки 4 500  ТВтч электроэнергии. Четыре года спустя, в 2014 году, агентство прогнозировало, что в соответствии с его сценарием «высоких возобновляемых источников энергии» солнечная энергия сможет обеспечивать 27% мирового производства электроэнергии к 2050 году (16% от фотоэлектрических и 11% от CSP).

Фотоэлектрические станции

Desert Sunlight Solar Farm является электростанция 550 МВт в округе Риверсайд, штат Калифорния , который использует тонкопленочных CdTe солнечных модулей , сделанных First Solar . По состоянию на ноябрь 2014 года солнечная электростанция Topaz мощностью 550 мегаватт была самой большой фотоэлектрической электростанцией в мире. Его превзошел комплекс Solar Star мощностью 579 МВт . В настоящее время крупнейшая фотоэлектрическая электростанция в мире — это солнечная электростанция Павагада , Карнатака, Индия, с генерирующей мощностью 2050 МВт.

Концентрационные солнечные электростанции

Коммерческие концентрирующие солнечные электростанции (CSP), также называемые «солнечными тепловыми электростанциями», были впервые разработаны в 1980-х годах. Солнечная электростанция Иванпа мощностью 377 МВт , расположенная в пустыне Мохаве в Калифорнии, является крупнейшим в мире проектом солнечной тепловой электростанции. Другие крупные электростанции CSP включают солнечную электростанцию ​​Сольнова (150 МВт), солнечную электростанцию ​​Andasol (150 МВт) и солнечную электростанцию ​​Extresol (150 МВт), все в Испании. Основным преимуществом CSP является возможность эффективного добавления аккумуляторов тепла, что позволяет отправлять электроэнергию в течение 24-часового периода. Поскольку пиковая потребность в электроэнергии обычно приходится на 17:00, многие электростанции CSP используют от 3 до 5 часов хранения тепла.

Экономика

Стоимость

Солнечные фотоэлектрические системы — LCOE для Европы до 2020 г. (в евро за кВтч )

Типичные факторы стоимости для солнечной энергии включают стоимость модулей, раму для их размещения, проводку, инверторы, стоимость рабочей силы, любую землю, которая может потребоваться, подключение к сети, техническое обслуживание и солнечную инсоляцию, которую будет получать это место. С поправкой на инфляцию, в середине 1970-х годов он стоил 96 долларов за ватт для солнечного модуля. Согласно данным Bloomberg New Energy Finance, в феврале 2016 года благодаря усовершенствованию технологических процессов и значительному увеличению производства этот показатель снизился до 68 центов за ватт. В 2016 году Пало-Альто, Калифорния, подписало соглашение об оптовых закупках, по которому солнечная энергия была поставлена ​​по цене 3,7 цента за киловатт-час. А в солнечном Дубае крупномасштабная солнечная электроэнергия была продана в 2016 году всего за 2,99 цента за киловатт-час — «конкурентоспособно с любой формой электроэнергии на основе ископаемого топлива — и дешевле, чем большинство других».

В фотоэлектрических системах не используется топливо, а срок службы модулей обычно составляет от 25 до 40 лет. Таким образом, капитальные затраты составляют большую часть стоимости солнечной энергии. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание новых солнечных электростанций для коммунальных предприятий в США оцениваются в 9 процентов от стоимости фотоэлектрической электроэнергии и 17 процентов от стоимости солнечной тепловой электроэнергии. Правительства создали различные финансовые стимулы для поощрения использования солнечной энергии, например программы льготных тарифов . Кроме того, стандарты портфеля возобновляемых источников энергии налагают правительственный мандат на то, чтобы коммунальные предприятия производили или приобретали определенный процент возобновляемой энергии независимо от увеличения затрат на закупку энергии. В большинстве штатов цели RPS могут быть достигнуты с помощью любой комбинации солнечной энергии, ветра, биомассы, свалочного газа , океана, геотермальной энергии, твердых бытовых отходов , гидроэнергетики, водорода или технологий топливных элементов.

Нормированная стоимость электроэнергии

В фотоэлектрической отрасли в качестве единицы стоимости принята нормированная стоимость электроэнергии (LCOE). Выработанная электроэнергия продается в киловатт-часах (кВтч). Как показывает практика, и в зависимости от местной инсоляции , пиковая мощность 1 ватт установленной солнечной фотоэлектрической мощности генерирует от 1 до 2 кВт / ч электроэнергии в год. Это соответствует коэффициенту мощности около 10–20%. Произведение местной стоимости электричества и инсоляции определяет точку безубыточности для солнечной энергии. Международная конференция по инвестициям в солнечную фотоэлектрическую систему, организованная EPIA , подсчитала, что фотоэлектрические системы окупят своих инвесторов через 8–12 лет. В результате с 2006 года для инвесторов было экономически выгодно устанавливать фотоэлектрические элементы бесплатно в обмен на долгосрочное соглашение о покупке электроэнергии . 50% коммерческих систем в США были установлены таким образом в 2007 г. и более 90% к 2009 г.

Ши Чжэнжун сказал, что по состоянию на 2012 год несубсидируемая солнечная энергия уже конкурирует с ископаемым топливом в Индии, на Гавайях, в Италии и Испании. Он сказал: «Мы находимся на переломном этапе. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, больше не являются роскошью для богатых. Теперь они начинают конкурировать в реальном мире без субсидий». «К 2015 году солнечная энергия сможет без субсидий конкурировать с традиционными источниками энергии в половине мира».

Текущие цены на установку

В своем издании « Дорожная карта технологий: солнечная фотоэлектрическая энергия» за 2014 год Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало цены на фотоэлектрические системы для жилых, коммерческих и коммунальных предприятий для восьми основных рынков по состоянию на 2013 год (см. Таблицу ниже) . Однако организация SunShot Initiative Министерства энергетики сообщила о гораздо более низких ценах на установку в США. В 2014 году цены продолжили снижение. Согласно модели SunShot Initiative, цены на систему в США находятся в диапазоне от 1,80 до 3,29 доллара за ватт. Другие источники указывают схожие ценовые диапазоны от 1,70 до 3,50 долларов США для различных сегментов рынка в США, а на немецком рынке с высоким уровнем проникновения цены на жилые и небольшие коммерческие крышные системы мощностью до 100 кВт снизились до 1,36 доллара за ватт (1,24 евро / Вт). ) к концу 2014 года. В 2015 году Deutsche Bank оценил затраты на небольшие жилые системы на крышах в США примерно в 2,90 доллара на ватт. Стоимость систем коммунального обслуживания в Китае и Индии оценивалась всего в 1 доллар США за ватт.

Сетевой паритет

Сетевой паритет, точка, в которой стоимость фотоэлектрической электроэнергии равна или дешевле, чем цена сетевой электроэнергии , легче достигается в районах с обильным солнцем и высокими затратами на электроэнергию, например, в Калифорнии и Японии . В 2008 году приведенная стоимость электроэнергии для солнечных панелей составляла 0,25 долл. США / кВтч или меньше в большинстве стран ОЭСР . К концу 2011 года прогнозировалось, что стоимость полностью загруженной электроэнергии упадет ниже 0,15 доллара США / кВтч для большинства стран ОЭСР и достигнет 0,10 доллара США / кВтч в более солнечных регионах. Эти уровни затрат являются движущей силой трех новых тенденций: вертикальная интеграция цепочки поставок, заключение договоров купли-продажи электроэнергии (PPA) компаниями солнечной энергетики и неожиданный риск для традиционных энергогенерирующих компаний, операторов сетей и производителей ветряных турбин .

Сетевой паритет был впервые достигнут в Испании в 2013 году, на Гавайях и других островах, которые иначе используют ископаемое топливо ( дизельное топливо ) для производства электроэнергии, и ожидается, что большая часть США достигнет сетевого паритета к 2015 году.

В 2007 году главный инженер General Electric прогнозировал паритет энергосистемы без субсидий в солнечных частях США примерно к 2015 году; другие компании предсказывали более раннюю дату: стоимость солнечной энергии будет ниже паритета сети для более чем половины бытовых потребителей и 10% коммерческих потребителей в ОЭСР , если цены на сетевую электроэнергию не снизятся до 2010 года.

Производительность по местоположению

Производительность солнечной энергии в регионе зависит от солнечного излучения , которое меняется в течение дня и зависит от широты и климата .

Места с самой высокой годовой солнечной яркостью находятся в засушливых тропиках и субтропиках. В пустынях, лежащих в низких широтах, обычно мало облаков, и солнечный свет может длиться более десяти часов в день. Эти жаркие пустыни образуют Глобальный солнечный пояс, окружающий мир. Этот пояс состоит из обширных участков земли в Северной Африке , Южной Африке , Юго-Западной Азии , Ближнем Востоке и Австралии , а также гораздо меньших пустынь Северной и Южной Америки . Восточная пустыня Сахара в Африке , также известная как Ливийская пустыня , по данным НАСА, считается самым солнечным местом на Земле.

Различные измерения солнечной освещенности (прямая нормальная освещенность, общая горизонтальная освещенность) показаны ниже:

• Северная Америка

• Южная Америка

• Африка и Ближний Восток

• Южная и Юго-Восточная Азия

Самостоятельное потребление

В случае самостоятельного потребления солнечной энергии срок окупаемости рассчитывается исходя из того, сколько электроэнергии не покупается из сети. Например, в Германии при ценах на электроэнергию 0,25 евро / кВтч и инсоляции 900 кВтч / кВт один кВт экономит 225 евро в год, а при стоимости установки 1700 евро / кВтч стоимость системы будет возвращена менее чем за семь лет. Однако во многих случаях модели производства и потребления не совпадают, и часть или вся энергия возвращается в сеть. Электроэнергия продается, а в остальное время, когда энергия берется из сети, электричество покупается. Полученные относительные затраты и цены влияют на экономику. На многих рынках цена, уплачиваемая за проданную фотоэлектрическую энергию, значительно ниже, чем цена покупной электроэнергии, что стимулирует собственное потребление. Более того, отдельные стимулы для самостоятельного потребления использовались, например, в Германии и Италии. Регулирование взаимодействия с сетью также включало ограничения на подключение к сети в некоторых регионах Германии с высокими объемами установленной фотоэлектрической мощности. Увеличивая собственное потребление, можно без ограничений ограничить подачу в сеть, что приводит к потере электроэнергии.

Хорошее соответствие между производством и потреблением является ключом к высокому собственному потреблению, и его следует учитывать при выборе места для установки солнечной энергии и размеров установки. Матч можно улучшить с помощью батарей или регулируемого потребления электроэнергии. Однако батареи дороги, и рентабельность может потребовать от них предоставления других услуг, помимо увеличения собственного потребления. Резервуары для хранения горячей воды с электрическим нагревом с помощью тепловых насосов или резистивных нагревателей могут обеспечить экономичное хранение для собственного потребления солнечной энергии. Сменные нагрузки, такие как посудомоечные машины, сушильные машины и стиральные машины, могут обеспечить контролируемое потребление с ограниченным влиянием на пользователей, но их влияние на собственное потребление солнечной энергии может быть ограничено.

Цены на энергию и стимулы

Политическая цель политики стимулирования фотоэлектрической энергии состоит в том, чтобы облегчить первоначальное маломасштабное развертывание для начала роста отрасли, даже если стоимость фотоэлектрической энергии значительно выше паритета сети, чтобы позволить отрасли достичь экономии за счет масштаба, необходимой для достижения сети. паритет. Эта политика направлена ​​на содействие энергетической независимости страны, создание рабочих мест в сфере высоких технологий и сокращение выбросов CO ₂ . Три механизма стимулирования часто используются в сочетании в качестве инвестиционных субсидий: власти возмещают часть стоимости установки системы, электроэнергетическая компания покупает фотоэлектрическую электроэнергию у производителя по многолетнему контракту по гарантированной ставке и сертификаты солнечной возобновляемой энергии (SRECs). )

Скидки

При инвестиционных субсидиях финансовое бремя ложится на налогоплательщика, в то время как при льготных тарифах дополнительные расходы распределяются между клиентскими базами коммунальных предприятий. Хотя управление инвестиционной субсидией может быть проще, главным аргументом в пользу зеленых тарифов является поощрение качества. Инвестиционные субсидии выплачиваются в зависимости от паспортной мощности установленной системы и не зависят от ее фактической выработки мощности с течением времени, таким образом вознаграждая завышенную мощность и терпя плохой срок службы и обслуживания. Некоторые электрические компании предлагают своим клиентам скидки, например Austin Energy в Техасе , которая предлагает 2,50 доллара за установленный ватт до 15 000 долларов.

Чистый учет

При чистом учете цена произведенной электроэнергии совпадает с ценой, поставляемой потребителю, и потребителю выставляется счет на разнице между производством и потреблением. Чистое измерение обычно может быть выполнено без каких-либо изменений в стандартных счетчиках электроэнергии , которые точно измеряют мощность в обоих направлениях и автоматически сообщают о разнице, а также потому, что это позволяет домовладельцам и предприятиям вырабатывать электроэнергию в другое время от потребления, эффективно используя сеть в качестве гигантская аккумуляторная батарея. При чистом учете дефициты выставляются ежемесячно, а излишки переносятся на следующий месяц. Передовой опыт требует бессрочного пролонгации кредитов за кВтч. Избыточные кредиты при прекращении обслуживания либо теряются, либо оплачиваются по ставке от оптовой до розничной или выше, как и избыточные годовые кредиты. В Нью-Джерси ежегодные избыточные кредиты выплачиваются по оптовой ставке, так же как и оставшиеся кредиты, когда клиент прекращает обслуживание.

Зеленые тарифы (FIT)

При использовании зеленых тарифов финансовое бремя ложится на потребителя. Они вознаграждают за количество киловатт-часов, произведенных за длительный период времени, но поскольку ставка устанавливается властями, это может привести к предполагаемой переплате. Цена, уплачиваемая за киловатт-час по зеленому тарифу, превышает цену сетевой электроэнергии. Чистое измерение относится к случаю, когда цена, уплачиваемая коммунальным предприятием, совпадает с взимаемой ценой.

Сложность разрешений в Калифорнии, Испании и Италии помешала сравнимому росту с Германией, хотя окупаемость инвестиций выше. В некоторых странах предлагаются дополнительные стимулы для фотоэлектрических систем, интегрированных в здания (BIPV), по сравнению с отдельными фотоэлектрическими элементами.

• Франция + 0,16 евро / кВтч (по сравнению с полуинтегрированным) или + 0,27 евро / кВтч (по сравнению с автономным)
• Италия + 0,04–0,09 евро за кВтч
• Германия + 0,05 евро / кВтч (только фасады)

Кредиты на солнечную возобновляемую энергию (SREC)

В качестве альтернативы, сертификаты солнечной возобновляемой энергии (SREC) позволяют рыночному механизму устанавливать цену субсидии на солнечную энергию. В этом механизме устанавливается цель производства или потребления возобновляемой энергии, и коммунальное предприятие (более технически Обслуживающая Нагрузка) обязано покупать возобновляемую энергию или сталкивается с штрафом (Альтернативный платеж за соответствие или ACP). Производителю начисляется SREC за каждые 1000 кВтч произведенной электроэнергии. Если коммунальное предприятие покупает этот SREC и выводит его из эксплуатации, они избегают оплаты ACP. В принципе, эта система обеспечивает самую дешевую возобновляемую энергию, поскольку все солнечные установки соответствуют требованиям и могут быть установлены в большинстве экономичных мест. Неопределенность в отношении будущей стоимости SREC привела к появлению на рынках долгосрочных контрактов SREC, чтобы прояснить их цены и позволить разработчикам солнечной энергии предварительно продавать и хеджировать свои кредиты.

Финансовые стимулы для фотоэлектрических систем различаются в разных странах, включая Австралию , Китай , Германию , Израиль , Японию и США, и даже в разных штатах США.

Правительство Японии через свое Министерство международной торговли и промышленности с 1994 по 2003 год реализовало успешную программу субсидий. К концу 2004 года Япония лидировала в мире по установленной фотоэлектрической мощности с более чем 1,1  ГВт .

В 2004 году правительство Германии ввело первую крупномасштабную систему зеленых тарифов в соответствии с Законом Германии о возобновляемых источниках энергии , что привело к взрывному росту фотоэлектрических установок в Германии. Вначале FIT превышал розничную цену в 3 раза или в 8 раз превышал промышленную цену. Принцип, лежащий в основе немецкой системы, — это 20-летний контракт с фиксированной ставкой. Запрограммировано, что стоимость новых контрактов будет уменьшаться каждый год, чтобы побудить отрасль перекладывать более низкие затраты на конечных пользователей. Программа оказалась более успешной, чем ожидалось: в 2006 году было установлено более 1 ГВт, и усиливается политическое давление с целью снижения тарифа, чтобы уменьшить будущую нагрузку на потребителей.

Впоследствии Испания , Италия , Греция, добившиеся раннего успеха с бытовыми солнечно-тепловыми установками для горячего водоснабжения, и Франция ввели зеленые тарифы. Однако ни один из них не повторил запланированное снижение FIT в новых контрактах, что сделало стимулы для Германии относительно менее и менее привлекательными по сравнению с другими странами. Французский и греческий FIT предлагают высокую надбавку (0,55 евро / кВтч) за создание интегрированных систем. В Калифорнии, Греции, Франции и Италии инсоляция на 30–50% больше, чем в Германии, что делает их более привлекательными с финансовой точки зрения. Греческая программа «солнечная крыша» (принятая в июне 2009 г. для установок мощностью до 10 кВт) имеет внутреннюю норму доходности 10–15% при текущих коммерческих затратах на установку, которая, кроме того, не облагается налогом.

В 2006 году Калифорния одобрила « Калифорнийскую солнечную инициативу », предлагая на выбор инвестиционные субсидии или льготный тариф для малых и средних систем и льготный тариф для крупных систем. FIT для малых систем в размере 0,39 долл. США за кВтч (намного меньше, чем в странах ЕС) истекает всего через 5 лет, а альтернативный стимул для инвестиций в жилищное строительство «EPBB» является скромным, в среднем составляя около 20% стоимости. Планируется, что в будущем все стимулы для Калифорнии будут уменьшены в зависимости от количества установленных фотоэлектрических мощностей.

В конце 2006 года Управление энергетики Онтарио (OPA, Канада) начало программу стандартных предложений, предшественницу Закона о зеленой энергии и первую в Северной Америке для проектов распределенных возобновляемых источников энергии мощностью менее 10 МВт. Зеленый тариф гарантировал фиксированную цену в размере 0,42 канадских долларов за кВтч в течение двадцати лет. В отличие от сетевого учета, вся произведенная электроэнергия продавалась OPA по заданному тарифу.

Интеграция с сеткой

Строительство резервуаров для соли, которые обеспечивают эффективное хранение тепловой энергии, так что выход может быть обеспечен после захода солнца, а выход может быть запланирован для удовлетворения требований спроса. Электростанция Solana мощностью 280 МВт рассчитана на шесть часов хранения энергии. Это позволяет предприятию вырабатывать около 38% своей проектной мощности в течение года.

Подавляющее большинство электроэнергии, производимой во всем мире, используется немедленно, поскольку ее хранение обычно дороже, а традиционные генераторы могут адаптироваться к спросу. И солнечная энергия, и энергия ветра являются переменными возобновляемыми источниками энергии , а это означает, что вся доступная мощность должна использоваться всякий раз, когда она доступна, перемещаясь по линиям передачи туда, где ее можно использовать сейчас . Поскольку солнечная энергия недоступна в ночное время, хранение ее энергии является потенциально важной проблемой, особенно вне сети, и для будущих сценариев 100% возобновляемых источников энергии, чтобы обеспечить постоянную доступность электроэнергии.

Солнечное электричество по своей природе изменчиво и предсказуемо в зависимости от времени суток, местоположения и времен года. Кроме того, солнечная энергия непостоянна из-за смены дня / ночи и непредсказуемой погоды. То, насколько серьезной проблемой является солнечная энергия в каждой конкретной электроэнергетической компании, значительно варьируется. В летний пик потребления солнечная энергия хорошо согласуется с потребностями дневного охлаждения. Во время зимних пиковых нагрузок солнечная энергия вытесняет другие формы генерации, снижая их коэффициенты мощности .

В электроэнергетической системе без сетевого накопителя энергии производство из хранимого топлива (угля, биомассы, природного газа, ядерной энергии ) должно увеличиваться и уменьшаться в ответ на рост и падение солнечной электроэнергии (см. Нагрузку после электростанции ). В то время как гидроэлектростанции и станции, работающие на природном газе, могут быстро реагировать на изменения нагрузки, угольные, биомассовые и атомные электростанции обычно требуют значительного времени, чтобы отреагировать на нагрузку, и их можно запланировать только с учетом предсказуемого изменения. В зависимости от местных обстоятельств, за пределами примерно 20–40% от общей выработки, подключенные к сети периодически возобновляемые источники, такие как солнечная энергия, как правило, требуют инвестиций в определенную комбинацию межсетевых соединений , хранения энергии или управления со стороны спроса . Интеграция больших объемов солнечной энергии с существующим генерирующим оборудованием в некоторых случаях вызывала проблемы. Например, в Германии, Калифорнии и на Гавайях цены на электроэнергию, как известно, становятся отрицательными, когда солнечная энергия вырабатывает много энергии, заменяя существующие контракты на генерацию базовой нагрузки .

Обычная гидроэлектроэнергия очень хорошо работает в сочетании с солнечной энергией; при необходимости воду можно удерживать или выпускать из резервуара. Там, где подходящая река недоступна, гидроэлектростанция с гидроаккумулятором использует солнечную энергию для перекачивания воды в высокий резервуар в солнечные дни, затем энергия восстанавливается ночью и в плохую погоду путем выпуска воды через гидроэлектростанцию ​​в низкий резервуар, где цикл может начаться снова. Этот цикл может привести к потере 20% энергии из-за неэффективности в обоих направлениях, это плюс затраты на строительство добавляют к расходам на внедрение высоких уровней солнечной энергии.

Концентрированные солнечные электростанции могут использовать аккумуляторы тепла для хранения солнечной энергии, например, в виде расплавленных солей при высоких температурах. Эти соли являются эффективной средой хранения, поскольку они дешевы, обладают высокой удельной теплоемкостью и могут отдавать тепло при температурах, совместимых с обычными энергосистемами. Этот метод хранения энергии используется, например, на электростанции Solar Two , что позволяет ей хранить 1,44  ТДж в резервуаре для хранения 68 м³, чего достаточно для обеспечения полной мощности в течение 39 часов с эффективностью около 99%.

В автономных фотоэлектрических системах аккумуляторы традиционно используются для хранения избыточной электроэнергии. С подключенной к сети фотоэлектрической системой , избыток электроэнергии можно отправлять в электрическую сеть . Программы чистых измерений и зеленых тарифов дают этим системам возможность производить электроэнергию. Этот кредит компенсирует электроэнергию, поставляемую из сети, когда система не может удовлетворить спрос, эффективно торгуя с сетью вместо хранения избыточной электроэнергии. Кредиты обычно пролонгируются из месяца в месяц, а оставшиеся излишки рассчитываются ежегодно. Когда ветровая и солнечная энергия составляют небольшую часть энергии сети, другие методы генерации могут соответствующим образом регулировать их выход, но по мере роста этих форм переменной мощности требуется дополнительный баланс в сети. Поскольку цены быстро снижаются, фотоэлектрические системы все чаще используют перезаряжаемые батареи для хранения излишков, которые позже могут быть использованы в ночное время. Аккумуляторы, используемые для хранения в сети, стабилизируют электрическую сеть , выравнивая пиковые нагрузки обычно на несколько минут, а в редких случаях — на часы. В будущем менее дорогие батареи могут сыграть важную роль в электрической сети, поскольку они могут заряжаться в периоды, когда выработка превышает спрос, и передавать накопленную энергию в сеть, когда спрос превышает выработку.

Хотя это и не разрешено Национальным электротехническим кодексом США, технически возможно иметь фотоэлектрический микроинвертор « plug and play ». В недавней обзорной статье было обнаружено, что тщательное проектирование системы позволило бы таким системам соответствовать всем техническим, но не всем требованиям безопасности. Есть несколько компаний, продающих солнечные системы plug and play, доступные в Интернете, но есть опасения, что если люди установят свои собственные, это уменьшит огромное преимущество солнечной энергии в плане занятости над ископаемым топливом .

Общие аккумуляторные технологии, используемые в современных домашних фотоэлектрических системах, включают свинцово-кислотные аккумуляторы с регулируемым клапаном — модифицированную версию обычных свинцово-кислотных аккумуляторов , никель-кадмиевые и литий-ионные аккумуляторы. Свинцово-кислотные батареи в настоящее время являются преобладающей технологией, используемой в небольших домашних фотоэлектрических системах из-за их высокой надежности, низкого саморазряда, а также капиталовложений и затрат на техническое обслуживание, несмотря на более короткий срок службы и более низкую плотность энергии. Литий-ионные аккумуляторы потенциально могут заменить свинцово-кислотные аккумуляторы в ближайшем будущем, поскольку они интенсивно развиваются и ожидается снижение цен из-за экономии за счет масштаба, обеспечиваемой крупными производственными предприятиями, такими как Gigafactory 1 . Кроме того, литий-ионные батареи подключаемых к электросети электромобилей могут служить в будущем в качестве запоминающих устройств в системе « автомобиль-сеть» . Поскольку большинство транспортных средств припарковано в среднем 95% времени, их батареи можно использовать для передачи электричества от автомобиля к линиям электропередач и обратно. Другие перезаряжаемые батареи, используемые для распределенных фотоэлектрических систем, включают натрий-серные и ванадиевые окислительно-восстановительные батареи, два известных типа расплавленной соли и проточную батарею, соответственно.

Комбинация солнечной и ветровой фотоэлектрической энергии имеет то преимущество, что два источника дополняют друг друга, потому что пиковое время работы каждой системы приходится на разное время дня и года. Таким образом, выработка электроэнергии такими гибридными солнечными энергосистемами более постоянна и колеблется меньше, чем в каждой из двух компонентных подсистем. Солнечная энергия носит сезонный характер, особенно в северном / южном климате, вдали от экватора, что предполагает необходимость долгосрочного сезонного хранения в такой среде, как водород или гидроэлектростанция. Институт технологий солнечного энергоснабжения Университета Касселя провел пилотные испытания комбинированной электростанции, объединяющей солнечную, ветровую, биогазовую и гидроаккумулирующую энергию, чтобы обеспечить электроэнергию из возобновляемых источников в зависимости от нагрузки.

Исследования также проводятся в области искусственного фотосинтеза . Он включает использование нанотехнологий для хранения солнечной электромагнитной энергии в химических связях, путем расщепления воды для производства водородного топлива или последующего объединения с диоксидом углерода для получения биополимеров, таких как метанол . Многие крупные национальные и региональные исследовательские проекты по искусственному фотосинтезу сейчас пытаются разработать методы, объединяющие улучшенный захват света, методы квантовой когерентности переноса электронов и дешевые каталитические материалы, которые работают в различных атмосферных условиях. Старшие исследователи в этой области выдвинули аргументы государственной политики в пользу Глобального проекта по искусственному фотосинтезу, направленного на решение важнейших вопросов энергетической безопасности и экологической устойчивости.

Воздействие на окружающую среду

Часть Senftenberg Solarpark , солнечной фотоэлектрической электростанции, расположенной на территории бывших открытых горных выработок недалеко от города Зенфтенберг в Восточной Германии. Первая очередь электростанции мощностью 78 МВт была завершена за три месяца.

В отличие от технологий на основе ископаемого топлива , солнечная энергия не приводит к каким-либо вредным выбросам во время работы, но производство панелей приводит к некоторому загрязнению.

Парниковые газы

В выбросах жизненного цикла парниковых газов солнечной энергии находятся в диапазоне от 22 до 46 грамм (г) в расчете на киловатт-час (кВт · ч) в зависимости от того, если солнечных теплового или солнечных фотоэлектрического анализируются, соответственно. При этом в будущем это может быть снижено до 15 г / кВтч. Для сравнения (средневзвешенных значений), газовая электростанция с комбинированным циклом выбрасывает около 400–599 г / кВтч, мазутная электростанция — 893 г / кВтч, угольная электростанция — 915–994 г / кВтч или улавливание и хранение углерода около 200 г / кВтч, а геотермальная высокотемпературная. электростанция 91–122 г / кВтч. Интенсивность выбросов в течение жизненного цикла гидроэнергетики , ветра и ядерной энергетики ниже, чем у солнечной энергии по состоянию на 2011 год, опубликованной МГЭИК и обсуждаемой в статье « Выбросы парниковых газов из источников энергии в течение жизненного цикла» . Подобно всем источникам энергии, в которых общие выбросы в течение жизненного цикла в основном связаны с этапами строительства и транспортировки, переход на низкоуглеродную энергию при производстве и транспортировке солнечных устройств приведет к дальнейшему сокращению выбросов углерода. BP Solar владеет двумя заводами, построенными Solarex (один в Мэриленде, другой в Вирджинии), на которых вся энергия, используемая для производства солнечных панелей, производится солнечными панелями. Система мощностью 1 киловатт исключает сжигание приблизительно 170 фунтов угля, 300 фунтов углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу, и экономит до 400 литров (105 галлонов США) воды ежемесячно.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США ( NREL ), согласовывая разрозненные оценки выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла для солнечных фотоэлектрических систем, обнаружила, что наиболее важным параметром является солнечная инсоляция объекта: коэффициенты выбросов ПГ для фотоэлектрических солнечных батарей обратно пропорциональны инсоляции. . Для участка с инсоляцией 1700 кВтч / м2 / год, типичного для южной Европы, исследователи NREL оценили выбросы парниковых газов в 45 г CO.
2э / кВтч. Используя те же предположения, в Фениксе, США, при инсоляции 2400 кВтч / м2 / год коэффициент выбросов парниковых газов будет снижен до 32 г CO _2- экв / кВтч.

Новой Зеландии Парламентский уполномоченный по охране окружающей среды обнаружили , что солнечные фотоэлектрические будет иметь незначительное влияние на выбросы парниковых газов в стране. Страна уже вырабатывает 80 процентов своей электроэнергии из возобновляемых источников (в первую очередь гидроэлектроэнергии и геотермальной энергии), и пики потребления электроэнергии в стране достигаются зимними вечерами, в то время как солнечная генерация достигает пиков летом после полудня, а это означает, что широкое распространение солнечных фотоэлектрических систем в конечном итоге приведет к вытеснению других возобновляемых генераторов раньше, чем ископаемые. -топливные электростанции.

Для производства солнечных панелей требуется трифторид азота (NF ₃ ), который является мощным парниковым газом, и с увеличением производства фотоэлектрических систем его использование увеличилось более чем на 1000% за последние 25 лет.

Окупаемость энергии

Время окупаемости энергии (EPBT) энергосистемы — это время, необходимое для выработки такого количества энергии, которое потребляется во время производства и эксплуатации системы в течение всего срока службы. Благодаря совершенствованию производственных технологий срок окупаемости постоянно сокращается с момента появления фотоэлектрических систем на рынке энергии. В 2000 году срок окупаемости фотоэлектрических систем оценивался в 8–11 лет, а в 2006 году он оценивался в 1,5–3,5 года для фотоэлектрических систем с кристаллическим кремнием и 1–1,5 года для тонкопленочных технологий (Южная Европа). Эти цифры упали до 0,75–3,5 года в 2013 году, в среднем около 2 лет для фотоэлектрических систем с кристаллическим кремнием и систем CIS.

Еще одна экономическая мера, тесно связанная со сроком окупаемости энергии, — это энергия, возвращаемая на вложенную энергию (EROEI), или возврат энергии на инвестиции (EROI), которая представляет собой отношение произведенной электроэнергии к энергии, необходимой для создания и обслуживания оборудования. (Это не то же самое, что экономическая отдача от инвестиций (ROI), которая варьируется в зависимости от местных цен на энергию, доступных субсидий и методов измерения). При ожидаемом сроке службы 30 лет EROEI фотоэлектрических систем находится в диапазоне от 10 до 30, таким образом генерируя достаточно энергии в течение своей жизни, чтобы воспроизводить себя много раз (6–31 воспроизведение) в зависимости от типа материала, баланса системы (BOS) и географического положения системы.

Использование воды

Солнечная энергия включает в себя установки с одним из самых низких показателей потребления воды на единицу электроэнергии (фотоэлектрические), а также электростанции с одним из самых высоких показателей потребления воды (концентрирующие солнечную энергию с системами влажного охлаждения).

Фотоэлектрические электростанции используют очень мало воды для работы. Потребление воды в течение жизненного цикла для коммунальных предприятий оценивается в 45 литров (12 галлонов США) на мегаватт-час для плоских фотоэлектрических солнечных батарей. Только энергия ветра, которая практически не потребляет воду во время работы, имеет меньшую интенсивность водопотребления.

С другой стороны, концентрирующие солнечные электростанции с системами мокрого охлаждения имеют самую высокую интенсивность водопотребления среди всех традиционных типов электростанций; только станции, работающие на ископаемом топливе с улавливанием и хранением углерода, могут иметь более высокую водопотребность. Исследование, проведенное в 2013 году по сравнению различных источников электроэнергии, показало, что среднее потребление воды во время работы концентрирующих солнечных электростанций с влажным охлаждением составляло 3,1 кубометра на мегаватт-час (810 галлонов США / МВт-ч) для электростанций с башней и 3,4 м ³ / МВт-ч ( 890 галлонов США / МВтч) для желобов. Это было выше, чем эксплуатационное потребление воды (с градирнями) для атомных электростанций на уровне 2,7 м ³ / МВтч (720 галлонов США / МВтч), угля на уровне 2,0 м ³ / МВтч (530 галлонов США / МВтч) или природного газа на уровне 0,79 м3. ³ / МВтч (210 галлонов США / МВтч). Исследование, проведенное в 2011 году Национальной лабораторией возобновляемой энергии, пришло к аналогичным выводам: для электростанций с градирнями потребление воды во время работы составляло 3,27 м ³ / МВтч (865 галлонов США / МВтч) для желоба CSP, 2,98 м ³ / МВтч (786 галлонов США / МВтч). галлон / МВтч) для башни CSP, 2,60 м ³ / МВтч (687 галлонов США / МВтч) для угля, 2,54 м ³ / МВтч (672 галлона США / МВтч) для атомной энергетики и 0,75 м ³ / МВтч (198 галлонов США / МВтч) ) для природного газа. Ассоциация производителей солнечной энергии отметила, что установка CSP в Неваде Solar One потребляет 3,2 м ³ / МВтч (850 галлонов США / МВтч). Проблема потребления воды обостряется, потому что заводы CSP часто расположены в засушливых средах, где воды не хватает.

В 2007 году Конгресс США поручил Министерству энергетики отчитаться о способах сокращения потребления воды с помощью CSP. В последующем отчете отмечалось, что доступна технология сухого охлаждения, которая, хотя и является более дорогой в строительстве и эксплуатации, может снизить потребление воды CSP на 91–95 процентов. Гибридная система влажного / сухого охлаждения может снизить потребление воды на 32–58 процентов. В отчете NREL за 2015 год отмечалось, что из 24 действующих электростанций CSP в США 4 использовали системы сухого охлаждения. Четыре системы с сухим охлаждением — это три электростанции на объекте солнечной энергии Ivanpah около Барстоу, Калифорния , и проект Genesis Solar Energy в округе Риверсайд, Калифорния . Из 15 проектов CSP, строящихся или разрабатываемых в США по состоянию на март 2015 года, 6 были влажными системами, 7 — сухими системами, 1 — гибридными и 1 — неопределенными.

Хотя многие старые ТЭЦ с прямоточными охлаждающими бассейнами или прудами-охладителями используют больше воды, чем CSP, это означает, что через их системы проходит больше воды, большая часть охлаждающей воды возвращается в водоем, доступный для других целей, и они потребляют меньше воды за счет испарение. Например, средняя угольная электростанция в США с прямоточным охлаждением использует 138 м ³ / МВт-ч (36 350 галлонов США / МВт-ч), но только 0,95 м ³ / МВт-ч (250 галлонов США / МВт-ч) (менее одного процента). теряется при испарении. С 1970-х годов большинство электростанций США использовали рециркуляционные системы, такие как градирни, а не прямоточные системы.

Другие вопросы

Одна проблема, которая часто вызывает озабоченность, — это использование кадмия (Cd), токсичного тяжелого металла, который имеет тенденцию накапливаться в экологических пищевых цепях . Он используется в качестве полупроводникового компонента в солнечных элементах CdTe и в качестве буферного слоя для некоторых элементов CIGS в виде сульфида кадмия . Количество кадмия, используемого в тонкопленочных солнечных элементах , относительно невелико (5–10 г / м²), и при наличии надлежащих методов переработки и контроля выбросов выбросы кадмия при производстве модулей могут быть почти нулевыми. Современные фотоэлектрические технологии приводят к выбросам кадмия в размере 0,3–0,9 мкг / кВтч в течение всего жизненного цикла. Большая часть этих выбросов возникает из-за использования энергии угля для производства модулей, а сжигание угля и бурого угля приводит к гораздо более высоким выбросам кадмия. Выбросы кадмия в течение жизненного цикла из угля составляют 3,1 мкг / кВтч, лигнита 6,2 и природного газа 0,2 мкг / кВтч.

В анализе жизненного цикла было отмечено, что если бы электричество, произведенное фотоэлектрическими панелями, использовалось для производства модулей вместо электричества от сжигания угля, выбросы кадмия от использования угольной энергии в производственном процессе можно было бы полностью исключить.

В случае модулей из кристаллического кремния припой , соединяющий медные цепочки ячеек, содержит около 36 процентов свинца (Pb). Кроме того, паста, используемая для трафаретной печати передних и задних контактов, содержит следы Pb, а иногда и Cd. По оценкам, около 1000 метрических тонн Pb было использовано для 100 гигаватт солнечных модулей c-Si. Однако принципиальной потребности в свинце в припое нет.

Некоторые источники в СМИ сообщают, что солнечные электростанции повредили или убили большое количество птиц из-за сильной жары от концентрированных солнечных лучей. Этот неблагоприятный эффект не распространяется на фотоэлектрические солнечные электростанции, и некоторые утверждения могут быть завышены или преувеличены.

В опубликованном в 2014 году анализе жизненного цикла землепользования для различных источников электричества сделан вывод о том, что широкомасштабное внедрение солнечной и ветровой энергии потенциально снижает воздействие на окружающую среду, связанное с загрязнением. Исследование показало, что экологический след от землепользования, выраженный в квадратных метрах в год на мегаватт-час (м ² а / МВт-ч), был самым низким для ветра, природного газа и солнечных панелей на крыше, с 0,26, 0,49 и 0,59 соответственно, солнечными фотоэлектрическими системами в коммунальном масштабе с 7,9. Для CSP площадь основания составила 9 и 14 при использовании параболических желобов и солнечных башен соответственно. Наибольшую площадь занимали угольные электростанции с производительностью 18 м ² а / МВтч. Исследование исключило ядерную энергетику и биомассу.

Хотя средний срок службы солнечных панелей превышает 20 лет, высокие температуры, песок или погода могут значительно ускорить процесс старения. Из-за того, что солнечная энергия требует огромного пространства, по оценкам, количество токсичных (например, кадмиевых) отходов, которые необходимо перерабатывать, в 300 раз больше на единицу энергии, чем для ядерной энергетики . Переработка представляет собой серьезную проблему из-за большого количества отходов. В 2013 году солнечная ферма Solyndra в США оставила более 5670 метрических тонн опасных отходов после того, как она обанкротилась после 4 лет работы. Для производства солнечных панелей требуются редкоземельные элементы , поэтому в процессе добычи образуются радиоактивные отходы с низким уровнем активности (см. Также: Редкоземельный элемент № Экологические соображения ).

Новые технологии

Концентратор фотоэлектрические

Концентрационные фотоэлектрические системы (CPV) используют солнечный свет, сконцентрированный на фотоэлектрических поверхностях, с целью производства электроэнергии . В отличие от обычных фотоэлектрических систем, в нем используются линзы и изогнутые зеркала для фокусировки солнечного света на небольшие, но высокоэффективные, многопереходные солнечные элементы . Могут использоваться все разновидности солнечных концентраторов, и их часто устанавливают на солнечном трекере , чтобы удерживать фокус на ячейке, когда солнце движется по небу. Люминесцентные солнечные концентраторы (в сочетании с фотоэлектрической солнечной батареей) также можно рассматривать как систему CPV. Концентрированные фотоэлектрические элементы полезны, поскольк

Солнечная энергия и ее применение |

С древних времен человек использовал энергию Солнца в своих бытовых нуждах: подогреть воду, зажечь огонь и т. д. Во времена начала развития физического знания по оптике люди использовали зеркала и линзы для фокусировки солнечных лучей на объект. Они конструировали несложные установки для того, чтобы поджечь сухое дерево или выпарить воду для получения соли.

В Новое Время, когда науку перестала преследовать церковь, таких установок ставало все больше, а их качество выше. Первым самым толковым прибором для плавки чугуна и гранита было стекло с идеально ровной поверхностью. Оно было двояковыпуклой формы и могло расплавить эти твердые вещества в считанные секунды.

После следовали изобретения, которые не только использовали солнечный свет для нагрева чего-либо, но и для превращения солнечных лучей непосредственно в механическую энергию. Хотя идея их конструкции не «перепрыгивала» этап нагрева воды: лучи грели паровой котел, а с его помощью можно было делать механическую работу. Мощности таких установок колебалились в пределах 11 кВт.

В XIX веке было обнаружено и изучено удивительное явление – фотоэлектрический эффект. С его помощью было возможно преобразовать солнечный свет в электричество. Суть явления в том, что под действием электромагнитной волны твердое тело высвобождало электроны. На этом принципе был сконструирован первый фотоэлемент – вакуумный диод.

Позже, в середине XX века, когда в науку ворвались полупроводниковые материалы, то ученые (в том числе Абрам Федорович Иоффе), принялись изготовлять фотоэлементы из кремния. Они были гораздо компактнее и обладали более приемлемыми характеристиками для практического применения. К сожалению, технологии изготовления полупроводниковых устройств в то время было слаборазвитым и современные академики достигли низких показателей КПД своих образцов. Использовать первые солнечные батареи оказалось целесообразно лишь на космических спутниках.

Сегодня конструкция солнечных батарей совершенствованы и с каждым днем все шире используются. Особенно в странах, где световой день довольно длин и не слишком укорачивается с переменой времени года, солнечная энергия обеспечивает около 10% потребляемого электричества. В Сиднее в ближайшие два года планируется установить солнечные системы общей мощностью 12,5 МВт. В странах бывшего СНГ сфера развития альтернативных источников энергии на порядок заторможена, поэтому похвастаться мы ничем не можем к сожалению.

Почему именно солнечная энергия ?

Многие люди уже не один раз убедились в том, насколько популярной среди большинства людей, стала электроэнергия, которую человек получает именно от нашего светила, солнца. И к тому же, отдельно необходимо напомнить о том, что стоимость такой электроэнергии намного ниже, нежели стандартная электрическая энергия, которая доставляется людям от атомных и тепловых электростанций. К тому же, электроэнергия которая получается именно от солнца, абсолютно не несет никакого вреда экологии, нежели вышеупомянутые электростанции.

Возьмем к примеру чернобыльскую АЭС, взрыв на которой нанес не только большой удар по карман государства, но и нанес невосполнимый вред как человеческому здоровью, так и нормальной жизни большинства людей который проживали не только возле очага взрыва, но и далеко за его пределами

Именно поэтому, человечество стареться полностью заменить стандартную электроэнергию, которая вырабатывается электростанциями, на такую которая не будет нести вреда человечеству. Свое глубокое применение солнечные батареи нашли в многих областях.

Именно поэтому, уже сейчас необходимо определиться с суммой денег, и постепенно переходить на солнечную энергетику. Но почему же, до сих пор солнечная энергетика не внедрена по максимуму и не заменило стандартную, если она настолько дешевая? В первую очередь, потому что большая часть людей думает, что для монтажа таких систем потребуется очень много денег, и сомневаться в ее эффективности, что как раз является просто огромным тормозом. Но это очень ошибочное мнение так как уже не раз было доказано, что практически каждый человек может позволить себе установить установку такого рода источника энергии.

Ведь уже сегодня можно наблюдать, что большая часть новых устройств, способна работать как от стандартного источника электроэнергии, так и от солнечных элементов. Что касается монтажа такого рода систем, то можете быть абсолютно уверены в том, что данную процедуру осуществлять специалисты в довольно короткое время, и скоро вы сможете безо всяких опасений испытать на себе преимущества солнечной энергии. В завершение, необходимо напомнить, что большая часть стран мира, отдают свое предпочтение именно солнечной энергетики, так как ученые доказали, что такой вид энергии, наиболее проще использовать по назначению, нежели получать электрическую энергию. Используя для этого другие источники.

Солнечные батареи, устройство и применение

Совсем недавно мысль о бесплатном получении электричества казалась фантастикой. Но современные технологии постоянно совершенствуются и альтернативная энергетика также развивается. Многие начинают пользоваться новыми разработками, находясь вдали от электромагистралей, обретая полную автономность, и не теряя при этом городского комфорта. Одним из таких источников электроэнергии являются солнечные батареи.
Область применения таких батарей в основном предполагается для энергообеспечения загородных коттеджей, домов и дачных небольших поселков, которые находятся вдали от электролиний. То есть в местах, где требуются дополнительные источники электроэнергии.

Что представляет собой батарея, работающая от солнечных лучей – это многочисленные проводники и фотоэлементы, соединенные в одну систему, которые преобразуют энергию, полученную от лучей солнца в электроток. Эффективность данной системы достигает в среднем сорок процентов, но для этого требуются подходящие погодные условия.

Устанавливать солнечные системы имеет смысл только в тех районах, где солнечная погода составляет большинство дней в году. Также стоит учесть географическое положение дома. Но в основном при благоприятных условиях батарей существенно снижают потребление электричества из общей сети.

Почему нужно выбрать именно солнечные батареи?

Солнечное освещение есть в любых районах, и это дает доступ к получению бесплатного электричества.
Полная независимость, от завышенных цен, установленных местными энергетическими магнатами, а это экономия общих средств уходящих на содержание своего дома.

Порой дешевле обойдется установка солнечных систем, чем провести линию электропередач к удаленной ферме или небольшому поселку. Подсчитайте оплату работы техники и рабочих, также стоимость кабелей, столбов, плюс различные разрешения местных бюрократов и придете к выводу, что можно получить такую же услугу без всякой волокита и быть при этом хозяином.

Экологическая чистота

Основное превосходство данной системы. Фотоэлементы не имеют свойства производить выбросы  канцерогенов, не могут влиять на повышение уровня парниковых газов, не загрязняет окружающую среду.
Ненужность лицензирования. Пока государством не принято решения о наличии лицензии на право использовать фотоэлементы для получения электроэнергии — этим нужно пользоваться.
Бесплатное электричество, экономия средств и экологическая чистота – вот три важных критерия для выбора солнечных батарей.

Виды солнечных батарей

Системы, работающие на солнечном тепле можно  разделить на три больших вида:

Пленочные батареи

Выполняются из тонких  натянутых на каркас пленок, легко устанавливается в удобных местах. При облачной погоде у них понижается эффективность производства электроэнергии процентов на  двадцать, также при установке занимает большую площадь, но достаточно дешевая.

  Батареи монокристаллические.

Состоят из множества отдельных ячеек залитых силиконом, благодаря этому имеют повышенную гидроизоляцию. Такие батареи с успехом применяются в судоходстве, устанавливаются на кровлях. Эффективно работают с солнечной стороны крыши, но в случае, когда нет для этого возможности, можно их расположить со стороны затененного ската, только результат отдачи энергии  будет мало результативен.

Эти батареи имеют небольшой вес и размер. Очень удобны при сборке и установке. От остальных их отличает малый вес, гибкость, компактность, долговечность и надежность.

Батареи на основе поликристаллов.

Отличаются способностью улавливать даже самый рассеянный свет и минимальной зависимости от прямого солнечного света. Все это благодаря кристаллам находящимся в ячейках и направленным во все стороны. Эти батареи получили самое широкое распространение из-за их надежности и эффективности по производству электричества. С успехом используются для освещения  домов, административных помещений и улиц.

Использование солнечных  батарей в частном секторе.
Батареи, работающие за счет  поглощения солнечных лучей можно не только использовать  в  масштабе промышленности, но также с успехом применять в частном секторе. В последнее время наша промышленность наращивает производство солнечных батарей рассчитанных на длительную эксплуатацию сроком более двадцати пяти лет. Благодаря этому, цены на них стали ниже западной аналогичной продукции, и постепенно продолжают понижаться, становясь более доступными.

Выгодно ли использование солнечных батарей вообще?

Перед тем как решится на приобретение и установку солнечной электростанции у себя в частном доме, стоит все хорошо просчитать. Это сделать довольно просто. Сумму стоимости оборудования и его установки следует разделить на гарантийный срок 25 лет и все солнечные дни за год, и примерно станет ясно, стоит ли использовать такую установку в данном случае. Также нужно учесть площадь батарей, чтобы получить 1 кВт энергии, эту информацию можно уточнить у консультантов-продавцов в магазине, продающих солнечные батареи.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ — это… Что такое СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ?



СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ, исходящие от СОЛНЦА тепло и свет, то есть ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, к которым относятся тепловые волны (инфракрасные лучи), световые и радиоволны. Поглощается лишь 35% солнечной энергии, достигающей Земли: большая ее часть расходуется на испарение влаги при образовании ОБЛАКОВ, а некоторое количество энергии превращается растениями в органическую химическую энергию в процессе ФОТОСИНТЕЗА. Все формы энергии (кроме ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ) исходят в конечном счете от Солнца. СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ используют для снабжения энергией аппаратуры космических кораблей; также проводятся эксперименты по накоплению солнечной энергии в жидкостях, из которых можно впоследствии генерировать ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. Эффективное использование солнечной энергии затрудняется из-за суточного цикла, а также сезонных и климатических изменений.

Научно-технический энциклопедический словарь.

• СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА
• СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ

Смотреть что такое «СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ» в других словарях:

• солнечная энергия — Альтернативный источник энергии, получаемой от солнечной радиации …   Словарь по географии

• солнечная энергия — Saulės energija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. solar energy vok. Sonnenenergie, f rus. солнечная энергия, f pranc. énergie solaire, f …   Fizikos terminų žodynas

• солнечная энергия — Saulės energija statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės atmosferos elektromagnetinė spinduliuotė, kurios galia vidutiniškai lygi 3,86×10²⁶ W. Žemės paviršių pasiekia ½×10⁻⁹ dalis šios spinduliuotės. atitikmenys: angl. solar… …   Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

• Солнечная энергия — …   Википедия

• прямая солнечная энергия — Солнечное излучение, поступающее без изменения направления. [ГОСТ Р 51594 2000] Тематики солнечная энергетика EN direct radiation …   Справочник технического переводчика

• рассеянная солнечная энергия — Солнечное излучение, поступающее после изменения его направления вследствие отражения и рассеяния атмосферой. [ГОСТ Р 51594 2000] Тематики солнечная энергетика EN diffuse radiation …   Справочник технического переводчика

• Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции. Содержание 1 Типы солнечных электростанций 1.1 СЭС башенного… …   Википедия

• СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ — СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ, мера количества солнечной энергии, получаемой телом, находящимся на определенном расстоянии от Солнца. Для Земли солнечная постоянная определяется как солнечная энергия, получаемая на единицу площади в верхних слоях… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, использует солнечную радиацию для выработки электроэнергии. Различают термодинамические солнечные электростанции, в которых солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую, и… …   Современная энциклопедия

• СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — для выработки электроэнергии использует энергию солнечной радиации. Различают термодинамические солнечные электростанции, в которых солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую (напр., по циклу паровой котел …   Большой Энциклопедический словарь

Что такое солнечная энергия? (с иллюстрациями)

Солнечная энергия — это альтернативный источник энергии, который включает использование лучистой световой энергии, излучаемой солнцем, и преобразование ее в электрический ток. С середины 20-го века способность использовать и использовать солнечную энергию значительно увеличилась, что позволяет домам и предприятиям использовать возобновляемые источники энергии, а не полагаться на более традиционные средства производства энергии. Исследования в области применения солнечной энергии продолжаются, наряду с разработкой более экономичных способов улавливания и хранения энергии для будущего использования.

Солнечные панели могут быть установлены на зданиях для получения энергии от солнечных лучей.

В настоящее время наиболее распространенным способом использования солнечной энергии является использование системы, состоящей из нескольких солнечных панелей и аккумуляторных батарей.Панели собирают излучаемый свет и хранят захваченную энергию в батареях. Хотя энергия накапливается, ее также можно использовать в реальном времени для управления различными типами машин и бытовой техники. Излишки хранятся для использования ночью или в других ситуациях, когда по какой-то причине лучистый свет недоступен.

Многие дома, в которых используется солнечная энергия, также подключены к электросети.

В доме, питающемся от солнечной энергии, батареи теперь способны или поддерживать источник питания, который будет поддерживать работу таких приборов, как плиты, холодильники, компьютеры и развлекательные устройства, такие как телевизоры. В то же время дом на солнечной энергии может также использовать накопленную энергию для обогрева и охлаждения дома или для работы водонагревателя.В некоторых домах сегодня используется гибридная система электроснабжения, которая объединяет использование солнечной энергии вместе с мощностью, подаваемой от традиционной электросети. Хотя дом не полностью зависит от солнечной энергии, этот тип системы может свести к минимуму счета за коммунальные услуги и обеспечить отличную резервную систему в случае выхода из строя участка местной электросети.

Наряду с домами, медицинские учреждения становятся все более открытыми для идеи использования солнечной энергии как источника энергии в чрезвычайных ситуациях.Это позволит больнице продолжить работу, даже если по какой-либо причине отключится электричество, а резервная система генератора не сможет удовлетворить текущий спрос на электроэнергию.

Когда-то считавшиеся чрезвычайно дорогими в строительстве и установке, цена на солнечные энергетические системы значительно ниже, чем в последние десятилетия 20 века.Новые солнечные энергетические системы не только более доступны по цене, но и намного более эффективны, чем предыдущие поколения, что делает их более привлекательными как для домовладельцев, так и для владельцев бизнеса.

Дома, работающие на солнечной энергии, теперь могут питать основные бытовые приборы, такие как печи, холодильники, компьютеры и телевизоры.

солнечной энергии | Национальное географическое общество

Солнечная энергия — это любой тип энергии, вырабатываемый солнцем.

Солнечная энергия создается ядерным синтезом, происходящим на солнце. Синтез происходит, когда протоны атомов водорода яростно сталкиваются в ядре Солнца и сливаются, образуя атом гелия.

Этот процесс, известный как цепная реакция PP (протон-протон), выделяет огромное количество энергии. По своей сути, Солнце каждую секунду сжигает около 620 миллионов метрических тонн водорода.Цепная реакция PP происходит в других звездах размером с наше Солнце и обеспечивает их непрерывной энергией и теплом. Температура этих звезд составляет около 4 миллионов градусов по шкале Кельвина (около 4 миллионов градусов по Цельсию, 7 миллионов градусов по Фаренгейту).

В звездах, которые примерно в 1,3 раза больше Солнца, цикл CNO приводит к созданию энергии. Цикл CNO также преобразует водород в гелий, но для этого используются углерод, азот и кислород (C, N и O).В настоящее время менее 2% солнечной энергии создается за счет цикла CNO.

Ядерный синтез посредством цепной реакции полипропилена или цикла CNO высвобождает огромное количество энергии в форме волн и частиц. Солнечная энергия постоянно уходит от Солнца по всей солнечной системе. Солнечная энергия нагревает Землю, вызывает ветер и погоду, а также поддерживает жизнь растений и животных.

Энергия, тепло и свет солнца уходят в виде электромагнитного излучения (ЭМИ).

Электромагнитный спектр существует в виде волн разных частот и длин волн. Частота волны показывает, сколько раз волна повторяется за определенную единицу времени. Волны с очень короткими длинами волн повторяются несколько раз в заданную единицу времени, поэтому они высокочастотны. Напротив, низкочастотные волны имеют гораздо большую длину волны.

Подавляющее большинство электромагнитных волн для нас невидимо. Наиболее высокочастотные волны, излучаемые солнцем, — это гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение (УФ-лучи).Наиболее вредные ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются атмосферой Земли. Менее сильные ультрафиолетовые лучи проходят через атмосферу и могут вызвать солнечный ожог.

Солнце также излучает инфракрасное излучение, волны которого гораздо более низкочастотные. Большая часть тепла от солнца поступает в виде инфракрасной энергии.

Между инфракрасным и ультрафиолетовым светом находится видимый спектр, который содержит все цвета, которые мы видим на Земле. Красный цвет имеет самую длинную длину волны (ближайшую к инфракрасному), а фиолетовый (ближайшую к ультрафиолетовому излучению) самую короткую.

Естественная солнечная энергия

Парниковый эффект
Инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые волны, достигающие Земли, участвуют в процессе нагревания планеты и создания возможности для жизни — так называемого «парникового эффекта».

Около 30% солнечной энергии, которая достигает Земли, отражается обратно в космос. Остальное поглощается атмосферой Земли. Радиация нагревает поверхность Земли, и поверхность излучает часть энергии обратно в виде инфракрасных волн.Когда они поднимаются в атмосфере, они улавливаются парниковыми газами, такими как водяной пар и углекислый газ.

Парниковые газы улавливают тепло, которое отражается обратно в атмосферу. Таким образом они действуют как стеклянные стены теплицы. Этот парниковый эффект сохраняет на Земле достаточно тепла, чтобы поддерживать жизнь.

Фотосинтез
Практически все живое на Земле прямо или косвенно использует солнечную энергию для получения пищи.

Производители напрямую полагаются на солнечную энергию.Они поглощают солнечный свет и превращают его в питательные вещества посредством процесса, называемого фотосинтезом. Производители, также называемые автотрофами, включают растения, водоросли, бактерии и грибы. Автотрофы — основа пищевой сети.

Потребители полагаются на производителей питательных веществ. Травоядные, плотоядные, всеядные и детритоядные животные косвенно полагаются на солнечную энергию. Поедают травоядные растения и других производителей. Плотоядные и всеядные животные едят как производителей, так и травоядных. Детритофаги разлагают растительные и животные вещества, потребляя их.

Ископаемое топливо
Фотосинтез также отвечает за все ископаемое топливо на Земле. По оценкам ученых, около 3 миллиардов лет назад первые автотрофы появились в водных условиях. Солнечный свет позволил растениям процветать и развиваться. После смерти автотрофов они разложились и ушли глубже в Землю, иногда на тысячи метров. Этот процесс продолжался миллионы лет.

Под сильным давлением и высокими температурами эти останки стали тем, что мы знаем как ископаемое топливо.Микроорганизмы стали нефтью, природным газом и углем.

Люди разработали процессы добычи ископаемых видов топлива и их использования для получения энергии. Однако ископаемое топливо — невозобновляемый ресурс. На их формирование уходят миллионы лет.

Использование солнечной энергии

Солнечная энергия является возобновляемым ресурсом, и многие технологии позволяют использовать ее напрямую для использования в домах, на предприятиях, школах и больницах. Некоторые технологии солнечной энергии включают фотоэлектрические элементы и панели, концентрированную солнечную энергию и солнечную архитектуру.

Существуют различные способы улавливания солнечного излучения и преобразования его в полезную энергию. В методах используется либо активная солнечная энергия, либо пассивная солнечная энергия.

Активные солнечные технологии используют электрические или механические устройства для активного преобразования солнечной энергии в другую форму энергии, чаще всего в тепло или электричество. Пассивные солнечные технологии не используют никаких внешних устройств. Вместо этого они используют преимущества местного климата для обогрева конструкций зимой и отражения тепла летом.

Фотовольтаика

Фотовольтаика — это форма активной солнечной технологии, которая была открыта в 1839 году 19-летним французским физиком Александром-Эдмоном Беккерелем. Беккерель обнаружил, что когда он помещал хлорид серебра в кислый раствор и подвергал его воздействию солнечного света, прикрепленные к нему платиновые электроды генерировали электрический ток. Этот процесс производства электричества непосредственно из солнечного излучения называется фотоэлектрическим эффектом или фотоэлектрическим эффектом.

Сегодня фотоэлектрическая энергия, вероятно, самый распространенный способ использования солнечной энергии.Фотоэлектрические батареи обычно включают солнечные панели, совокупность десятков или даже сотен солнечных элементов.

Каждый солнечный элемент содержит полупроводник, обычно сделанный из кремния. Когда полупроводник поглощает солнечный свет, он выбивает электроны. Электрическое поле направляет эти свободные электроны в электрический ток, текущий в одном направлении. Металлические контакты в верхней и нижней части солнечного элемента направляют этот ток к внешнему объекту. Внешний объект может быть таким маленьким, как вычислитель на солнечной энергии, или большим, как электростанция.

Фотоэлектрические элементы были впервые широко использованы на космических кораблях. Многие спутники, в том числе Международная космическая станция, имеют широкие отражающие «крылья» солнечных батарей. МКС имеет два крыла солнечных батарей (ПАВ), в каждом из которых используется около 33 000 солнечных элементов. Эти фотоэлектрические элементы снабжают МКС всем электричеством, позволяя астронавтам управлять станцией, безопасно жить в космосе в течение нескольких месяцев и проводить научные и инженерные эксперименты.

Фотоэлектрические электростанции построены по всему миру.Самые большие станции находятся в США, Индии и Китае. Эти электростанции вырабатывают сотни мегаватт электроэнергии, которая используется для снабжения домов, предприятий, школ и больниц.

Фотоэлектрическая технология также может быть установлена ​​в меньшем масштабе. Солнечные панели и элементы могут быть прикреплены к крышам или наружным стенам зданий, обеспечивая электричество для конструкции. Их можно размещать как вдоль дорог, так и на легких магистралях. Солнечные элементы достаточно малы, чтобы питать даже небольшие устройства, такие как калькуляторы, паркоматы, уплотнители мусора и водяные насосы.

Концентрированная солнечная энергия

Другой тип активной солнечной технологии — это концентрированная солнечная энергия или концентрированная солнечная энергия (CSP). В технологии CSP используются линзы и зеркала для фокусировки (концентрации) солнечного света с большой площади на гораздо меньшую. Эта интенсивная область излучения нагревает жидкость, которая в свою очередь генерирует электричество или подпитывает другой процесс.

Солнечные печи — пример концентрированной солнечной энергии. Есть много различных типов солнечных печей, в том числе солнечные энергетические башни, параболические желоба и отражатели Френеля.Они используют один и тот же общий метод для захвата и преобразования энергии.

В солнечных электростанциях используются гелиостаты, плоские зеркала, которые поворачиваются, чтобы следовать по дуге солнца в небе. Зеркала расположены вокруг центральной «коллекторной башни» и отражают солнечный свет в концентрированный луч света, который попадает в фокусную точку башни.

В предыдущих проектах солнечных электростанций концентрированный солнечный свет нагревал емкость с водой, в результате чего производился пар, приводящий в действие турбину. В последнее время в некоторых солнечных электростанциях используется жидкий натрий, который имеет более высокую теплоемкость и сохраняет тепло в течение более длительного периода времени.Это означает, что жидкость не только достигает температуры от 773 до 1273 К (от 500 до 1000 ° C или от 932 до 1832 ° F), но и может продолжать кипятить воду и генерировать энергию, даже когда солнце не светит.

Параболические желоба и отражатели Френеля также используют CSP, но их зеркала имеют другую форму. Параболические зеркала изогнутые, по форме напоминающие седло. В отражателях Френеля используются плоские тонкие полоски зеркала, чтобы улавливать солнечный свет и направлять его на трубку с жидкостью. Отражатели Френеля имеют большую площадь поверхности, чем параболические желоба, и могут концентрировать солнечную энергию примерно в 30 раз по интенсивности.

Концентрированные солнечные электростанции были впервые разработаны в 1980-х годах. Самый большой объект в мире — это ряд заводов в пустыне Мохаве в Калифорнии. Эта система производства солнечной энергии (SEGS) вырабатывает более 650 гигаватт-часов электроэнергии ежегодно. Другие крупные и эффективные предприятия были разработаны в Испании и Индии.

Концентрированная солнечная энергия также может использоваться в меньших масштабах. Например, он может генерировать тепло для солнечных плит. Люди в деревнях по всему миру используют солнечные плиты для кипячения воды для санитарии и приготовления пищи.

Солнечные плиты имеют много преимуществ по сравнению с дровяными печами: они не создают опасности возгорания, не производят дыма, не требуют топлива и сокращают потерю среды обитания в лесах, где деревья будут заготавливаться в качестве топлива. Солнечные плиты также позволяют сельским жителям уделять время учебе, работе, здоровью или семье в то время, которое раньше использовалось для сбора дров. Солнечные плиты используются в самых разных регионах, таких как Чад, Израиль, Индия и Перу.

Солнечная архитектура

В течение дня солнечная энергия является частью процесса тепловой конвекции или перемещения тепла из более теплого помещения в более прохладное.Когда солнце встает, оно начинает нагревать предметы и материалы на Земле. В течение дня эти материалы поглощают тепло солнечного излучения. Ночью, когда солнце садится и атмосфера остывает, материалы выделяют тепло обратно в атмосферу.

Пассивные солнечные энергии используют преимущества этого естественного процесса нагрева и охлаждения.

Дома и другие здания используют пассивную солнечную энергию для эффективного и недорогого распределения тепла. Примером этого является расчет «тепловой массы» здания.Тепловая масса здания — это основная масса материала, нагреваемого в течение дня. Примеры термической массы здания: дерево, металл, бетон, глина, камень или грязь. Ночью тепловая масса отдает тепло обратно в комнату. Эффективные системы вентиляции — коридоры, окна и воздуховоды — распределяют теплый воздух и поддерживают умеренную постоянную температуру в помещении.

Пассивные солнечные технологии часто используются при проектировании зданий. Например, на стадии планирования строительства инженер или архитектор может выровнять здание по дневному пути солнца, чтобы получить желаемое количество солнечного света.Этот метод учитывает широту, высоту и типичный облачный покров определенной области. Кроме того, здания могут быть построены или переоборудованы для обеспечения теплоизоляции, тепловой массы или дополнительного затенения.

Другими примерами пассивной солнечной архитектуры являются холодные крыши, лучистые барьеры и зеленые крыши. Холодные крыши выкрашены в белый цвет и отражают солнечное излучение, а не поглощают его. Белая поверхность уменьшает количество тепла, которое достигает внутренней части здания, что, в свою очередь, снижает количество энергии, необходимой для охлаждения здания.

Излучающие барьеры работают так же, как холодные крыши. Они обеспечивают изоляцию с помощью материалов с высокой отражающей способностью, таких как алюминиевая фольга. Фольга отражает, а не поглощает тепло, и может снизить затраты на охлаждение до 10%. Помимо крыш и чердаков, под перекрытиями могут быть установлены лучистые барьеры.

Зеленые крыши — это крыши, полностью покрытые растительностью. Они требуют почвы и орошения для поддержки растений, а также водонепроницаемого слоя под ними. Зеленые крыши не только уменьшают количество поглощаемого или теряемого тепла, но и обеспечивают растительность.Посредством фотосинтеза растения на зеленых крышах поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Они фильтруют загрязнители из дождевой воды и воздуха и компенсируют некоторые эффекты использования энергии в этом пространстве.

Зеленые крыши были традицией в Скандинавии на протяжении веков, а недавно стали популярными в Австралии, Западной Европе, Канаде и Соединенных Штатах. Например, компания Ford Motor Company покрыла 42 000 квадратных метров (450 000 квадратных футов) крыш своего сборочного завода в Дирборне, штат Мичиган, растительностью.Крыши не только сокращают выбросы парниковых газов, но и уменьшают сток ливневых вод, поглощая несколько сантиметров осадков.

Зеленые крыши и холодные крыши также могут противодействовать эффекту «городского теплового острова». В оживленных городах температура может быть постоянно выше, чем в прилегающих районах. Этому способствуют многие факторы: города построены из таких материалов, как асфальт и бетон, которые поглощают тепло; высокие здания блокируют ветер и его охлаждающие эффекты; и большое количество отработанного тепла генерируется промышленностью, транспортным средством и большим количеством населения.Использование доступного пространства на крыше для посадки деревьев или отражение тепла с помощью белых крыш может частично снизить локальное повышение температуры в городских районах.

Солнечная энергия и люди

Поскольку в большинстве регионов мира солнечный свет светит только около половины дня, технологии солнечной энергии должны включать методы хранения энергии в темное время суток.

В системах термической массы используется парафин или различные формы соли для хранения энергии в виде тепла.Фотоэлектрические системы могут отправлять избыток электроэнергии в местную электросеть или накапливать энергию в аккумуляторных батареях.

Есть много плюсов и минусов у использования солнечной энергии.

Преимущества
Основным преимуществом использования солнечной энергии является то, что она является возобновляемым ресурсом. У нас будет постоянный безграничный запас солнечного света еще на 5 миллиардов лет. За один час атмосфера Земли получает достаточно солнечного света, чтобы обеспечить потребности в электроэнергии каждого человека на Земле в течение года.

Солнечная энергия экологически чистая. После того, как оборудование, использующее солнечную энергию, построено и введено в эксплуатацию, солнечная энергия не нуждается в топливе для работы. Он также не выделяет парниковые газы или токсичные материалы. Использование солнечной энергии может значительно снизить влияние на окружающую среду.

Есть места, где солнечная энергия практически применима. Дома и здания в районах с большим количеством солнечного света и низкой облачностью имеют возможность использовать обильную энергию солнца.

Плиты на солнечных батареях представляют собой отличную альтернативу приготовлению пищи с использованием дровяных печей, от которых до сих пор полагаются 2 миллиарда человек.Солнечные плиты обеспечивают более чистый и безопасный способ дезинфекции воды и приготовления пищи.

Солнечная энергия дополняет другие возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра или гидроэлектроэнергии.

Дома или предприятия, которые устанавливают успешные солнечные батареи, действительно могут производить избыточное электричество. Эти домовладельцы или владельцы бизнеса могут продавать энергию обратно поставщику электроэнергии, сокращая или даже отменяя счета за электроэнергию.

Недостатки
Основным сдерживающим фактором использования солнечной энергии является необходимое оборудование.Оборудование на солнечных батареях стоит дорого. Покупка и установка оборудования для отдельных домов может стоить несколько десятков тысяч долларов. Хотя правительство часто предлагает сниженные налоги для людей и предприятий, использующих солнечную энергию, а технология может устранить счета за электричество, первоначальная стоимость слишком высока, чтобы многие могли ее учитывать.

Гелиоэнергетическое оборудование тоже тяжелое. Чтобы переоборудовать или установить солнечные панели на крыше здания, крыша должна быть прочной, большой и ориентированной на путь солнца.

Как активные, так и пассивные солнечные технологии зависят от факторов, которые находятся вне нашего контроля, таких как климат и облачный покров. Необходимо изучить местные районы, чтобы определить, эффективна ли солнечная энергия в этом районе.

Солнечный свет должен быть обильным и постоянным, чтобы солнечная энергия была эффективным выбором. В большинстве мест на Земле изменчивость солнечного света затрудняет использование в качестве единственного источника энергии.

Солнечная энергия — полное руководство

Солнечная энергия — это в основном энергия, получаемая от солнечного излучения.Это возобновляемая энергия, которая набирает обороты в некоторых частях мира, поскольку считается эффективной альтернативой экологически вредным ископаемым видам топлива.

Сегодня солнечная энергия используется с помощью двух основных технологий, а именно. фотоэлектрические технологии и солнечные тепловые технологии.

В этом подробном руководстве мы исследуем технологии солнечной энергии, их использование и приложения. Мы также изучаем производство солнечной энергии в таких сверхдержавах мира, как Канада, США, Великобритания и Китай, а также в остальном мире.

Цель статьи — дать вам больше знаний о технологиях солнечной энергии и пробудить ваш интерес к внедрению этих технологий.

Технологии солнечной энергии

Как упоминалось выше, в основном существуют две технологии солнечной энергии, которые включают фотоэлектрические и солнечные тепловые технологии. Мы рассмотрим их и их использование здесь.

В двух словах, фотоэлектрическая солнечная система в основном преобразует солнечный свет в электричество, используя солнечные элементы в монокристаллических, поликристаллических и тонкопленочных солнечных батареях, тогда как солнечная тепловая технология использует тепло от солнца и преобразует его в энергию.

Теперь мы исследуем эти технологии солнечной энергии, а именно. фотоэлектрическая и солнечная тепловая энергия. Мы также изучаем множество приложений и способов их использования.

1. Солнечная фотоэлектрическая энергия

Это распространенная технология, которая в основном зависит от солнечных панелей для преобразования солнечного света в электричество.

Использование и применение солнечной фотоэлектрической энергии

i). Солнечные энергетические системы, подключенные к сетям

Солнечные энергетические системы, подключенные к сетям — Изображение из energysage.com

Фотоэлектрическая технология все чаще используется при подключении к сети, где фотоэлектрическое поле устанавливается с инвертором для направления избыточной энергии, производимой через панели, в сеть.

При подключении к сети солнечная энергия защищает от неудобств, связанных с отключением обычной энергии, выходным напряжением и любыми другими отклонениями, возникающими при подключении к сети. Каждый раз, когда подключение к сети выходит из строя, преобразованная солнечная энергия может компенсировать это и продолжать снабжать домохозяйства энергией.

Однако эта энергия должна производиться в больших количествах, что может потребовать государственных стимулов или коммунальных субсидий. Некоторые частные дома производят излишки фотоэлектрической электроэнергии и продают ее коммунальным предприятиям.

ii). Автономные солнечные энергосистемы

Автономные солнечные системы мощностью 200 Вт

Фотоэлектрическая солнечная технология часто используется в изолированных системах, где энергоснабжение от электросети недоступно.

Телекоммуникации, уличное освещение, развитие сельских районов, электрификация городских и сельских районов, применение в сельском хозяйстве и управление — вот некоторые хорошие примеры внесетевых систем солнечной энергии.

Телекоммуникации — В телекоммуникациях солнечная энергия питает радары, мобильные телефоны, телеметрию, дистанционное управление, спутниковые телефоны, станции связи, радиолинии, телефонные будки, микроволновую печь и связь в железнодорожных туннелях.

Уличное освещение — Солнечная энергия в автономных системах также полезна для уличного освещения, такого как рекламные щиты, автобусные остановки и т. Д.

Развитие сельских районов — Энергию можно также использовать для освещения сельских домов, библиотек, школ, общественных центров, церквей, полицейских участков и многого другого.

Сельское хозяйство — Его также можно использовать в водяных насосах, освещении складов, освещении теплиц, доильных установках, электрификации ограждений, активации водяных насосов для кормления скота и многих других.

Control — автоматизация затворов, расходомеров, активации клапанов, станций учета, сбора данных, повторителей оптоволоконных сигналов, управления резервуарами и многого другого.

Это несколько приложений фотоэлектрических систем в автономных приложениях.

Те, кто кемпинг на открытом воздухе вдали от сетевых систем, могут воспользоваться автономными фотоэлектрическими солнечными панелями, чтобы обеспечить их солнечными светильниками .

Генераторы на солнечных батареях также могут сыграть важную роль в приготовлении пищи , обогреве вашей палатки для кемпинга и многих других функциях.

Солнечные зарядные устройства позволяют ноутбукам и мобильным телефонам работать.

На самом деле существует множество применений фотоэлектрических солнечных технологий.

Автономные солнечные системы [Руководства по покупке и обзоры]

2. Солнечные тепловые технологии

Солнечные тепловые технологии также являются еще одним способом использования солнечной энергии.

Основное отличие этой технологии от фотоэлектрической системы заключается в способе извлечения солнечной энергии.

Первый использует солнечное тепло для нагрева воды или воздуха, а также для преобразования его в энергию. Это включает солнечное нагревание воды и солнечный подогрев бассейна.

Использование и применение солнечной тепловой энергии

i) Пассивная солнечная система

Пассивная солнечная система собирает , хранит и распределяет энергии без какой-либо зависимости от механических устройств.Эта система использует стены, окна, крыши и полы для поглощения тепла, выделяемого солнцем.

Существуют конструкции солнечного отопления, которые поглощают и накапливают тепловую энергию солнца. Летом в зданиях можно сделать отказ от тепловой энергии. Есть пассивное отопление и пассивное охлаждение.

В пассивном обогревателе солнечное излучение поглощается и сохраняется для обогрева здания через его компоненты, включая полы, стены и окна.

Пассивная солнечная система имеет три основных компонента: косвенное усиление, прямое усиление и изолированное усиление.

В с прямым усилением солнечный свет поглощается через окна на ваш пол и стены, в то время как в с непрямым усилением определенный компонент, будь то стена или пол, поглощает тепло и позволяет ему распределяться по всему дому с использованием излучения , теплопроводность или конвекция.

В изолированном усилении энергия поглощается в отдельной области, а затем распределяется по другим областям с помощью воздуховодов.

И наоборот, в пассивном охлаждении система может защитить здания от поглощения солнечной энергии или избавиться от избыточной солнечной тепловой энергии посредством теплопроводности или вентиляции.

Испарение воды также играет важную роль в избавлении от избыточного теплового излучения, поскольку при испарении она поглощает больше тепла. Чтобы защитить здание от солнечного тепла, под крышей можно установить алюминиевую фольгу, которая блокирует это тепло.

ii) Технологическое тепло

Солнечная тепловая энергия может использоваться для обработки тепла в коммерческих или жилых зданиях .

Это может помочь домохозяйствам сэкономить до 80% своих счетов за электроэнергию, которые обычно расходуются на нагрев горячей воды.

Солнечная тепловая система в основном обрабатывает тепло с помощью пассивных и активных солнечных систем.

Мы уже обсуждали пассивную солнечную систему выше. В активной солнечной системе требуются солнечные тепловые коллекторы или панели и насосы для работы.

Солнечные тепловые коллекторы обычно устанавливаются на крыше, чтобы собирать как можно больше солнечного тепла.

Некоторые из них поставляются с трекерами, позволяющими следовать по пути солнца в течение дня, поглощая при этом максимальное количество тепла.

Эти коллекторы имеют прозрачную крышку с темной впитывающей поверхностью. Они предназначены для нагрева воздуха или жидкости для обеспечения тепла в доме.

Хотя это считается бесконечным источником потребности в солнечном нагреве горячей воды, он может быть недостаточным в дни, когда климат неблагоприятный. Таким образом, у вас должна быть резервная копия обычной энергии.

iii) Приготовление пищи: солнечные плиты

Солнечные плиты плоского типа

Если вы хотите внести свой вклад в сохранение окружающей среды, плиты на солнечной тепловой энергии могут помочь вам в этом.

Хотя приготовление пищи на солнечных батареях может занять больше времени, это дает много преимуществ. Многие люди в мире испытывают трудности с использованием других источников энергии, таких как древесина для приготовления пищи.

Те, у кого есть доступ к лесу, способствуют вырубке лесов. С солнечными плитами этой проблемы можно избежать.

Существуют различные типы солнечных плит. Некоторые концентрируют солнечную энергию с помощью отражающего металла или просто зеркала для приготовления пищи, в то время как другие окрашены в черный цвет, чтобы поглощать больше тепла и сохранять кастрюлю горячей в течение длительного времени.

Другие могут использовать пластиковые или стеклянные крышки для изоляции воздуха внутри от окружающего воздуха. Это сохранит тепло во время приготовления.

Благодаря солнечной тепловой энергии многие люди могут уменьшить загрязнение окружающей среды и сохранить леса для будущих поколений. Ухудшение состояния окружающей среды приводит к таким проблемам, как эрозия почвы и наводнения.

Если многие люди используют солнечные тепловые технологии, такие катастрофы можно предотвратить.

iv) Водяное отопление: солнечные обогреватели бассейнов

Солнечная тепловая энергия может сыграть значительную роль в обогреве плавательного бассейна и, таким образом, сэкономить вам непомерные расходы.

Для нагрева воды в бассейне используются застекленные солнечные коллекторы. Они используют большое количество солнечной энергии для обогрева бассейнов.

Солнечные обогреватели для бассейнов — Руководства по покупке и обзоры

v) Солнечная сушка

Аналогичным образом, в сельском хозяйстве солнечная тепловая энергия оказалась рентабельной и эффективной.

Заменяет ископаемое топливо, традиционно используемое для обезвоживания сельскохозяйственных продуктов. Солнечная сушка. позволяет сушить эти изделия при температуре от 40 до 75 градусов Цельсия.

Уже существуют конструкции, хотя и в небольших масштабах, которые используют солнечную тепловую энергию для сушки сельскохозяйственных продуктов. Сельскохозяйственные компании очень экономят, используя солнечную сушку.

vi) Солнечная дистилляция

Солнечная дистилляция — это процесс испарения воды и ее последующей конденсации в той же системе.

Этот процесс использует солнечную тепловую энергию и заменяет традиционные энергоемкие методы.

Опреснение (превращение соленой воды в пресную) упрощается с помощью солнечной дистилляции.

Этот процесс выполняется в системе, называемой гелиоустановка , которая может различаться по размерам, конструкции, материалам и размерам.

vii) Концентрирующая солнечная энергия (CSP)

Концентрирующая солнечная энергетическая система, как указано в названии, концентрирует солнечные лучи с помощью зеркал для преобразования света в тепло. Это будет впоследствии нагревать жидкость или газ, а затем генерировать электричество, вращая турбину.

Однако концентрирующие солнечные электростанции требуют больших акров земли, чтобы сосредоточить как можно больше тепла. Они фокусируют солнечный свет в высокотемпературное тепло, которое генерирует электроэнергию. В процессе можно использовать обычный генератор .

По сути, эта концентрирующая солнечная энергосистема состоит из двух частей: одна извлекает солнечную энергию и преобразует ее в тепло, а другая преобразует это тепло в электричество.

Концентрирующая солнечная энергия используется в самых разных областях.Безусловно, система может нагревать воду в жилых или коммерческих помещениях, чтобы исключить потребность в обычной энергии для нагрева воды для приготовления пищи, купания и уборки.

Домохозяйства значительно сэкономят с CSP при водяном отоплении.

Опять же, система может помочь в промышленных процессах, где большое количество воды используется для очистки оборудования или на производстве. Вода также может помочь в производстве пара с помощью теплообменника под давлением.

Сельскохозяйственные компании также могут получить выгоду от CSP.Эффективность концентрации солнечной энергии заключается в крупномасштабном производстве электроэнергии для повседневного потребления энергии в доме.

Огромные заводы необходимы для строительства таких заводов CSP для достижения такого крупномасштабного производства. Более того, больницы, школы и дома могут получить выгоду от охлаждения или обогрева помещений, которые стали возможны с помощью систем CSP.

Плюсы и минусы солнечной энергии

Хотя солнечная энергия может показаться рентабельной и эффективной неисчерпаемой альтернативой ископаемому топливу, она также связана с некоторыми недостатками и достоинствами.

Тем не менее, его плюсы перевешивают его минусы, отсюда и непрекращающееся мужество реализовать его по всему миру. В особенности развивающиеся страны, где большинство людей не имеют доступа к традиционной энергии или их экономика не могут позволить себе каждого гражданина.

Плюсы

• Устойчивое развитие . Солнце было здесь миллиарды лет и будет существовать еще долгие годы. С другой стороны, ископаемое топливо истощается. Таким образом, солнечная энергия является устойчивой.
• Сниженные выбросы — солнечная энергия экологична с меньшим воздействием на окружающую среду. Однако концентрация солнечной энергии может плохо сказаться на сбережении воды, но фотоэлектрическая система не истощает водные ресурсы.
• Хорошая безопасность — Каждая страна имеет доступ к солнцу. Таким образом, каждая страна может иметь доступ к солнечной энергии, даже если другие имеют больший доступ, чем другие.
• Отсутствие зависимости от ископаемого топлива . В частности, солнечная энергия устраняет необходимость использования угля для производства электроэнергии, что приведет к выбросам в атмосферу
• Возврат инвестиций .Хотя первоначальная стоимость может быть высокой, на самом деле солнечная энергия дает хороший возврат инвестиций. Это перевешивает ежемесячную оплату счетов за коммунальные услуги.
• Государственные стимулы для установок возобновляемой энергии
• Возможность продавать солнечной энергии. Фактически, если у вас есть мощные фотоэлектрические панели, которые могут вырабатывать избыточное электричество, вы можете отправить его в коммунальную сеть и получить за это деньги.
• Не требует обслуживания — солнечные энергетические системы служат много лет.Панели могут прослужить более 25 лет без обслуживания. Единственное минимальное техническое обслуживание, которое требуется, — это чистить панели и доливать электролит в аккумуляторные батареи.
• Гибкость — солнечная энергия может быть установлена ​​где угодно. Автономные системы хороши для любителей активного отдыха.
• Безопасность — солнечная энергия безопаснее, чем обычное электричество на ископаемом топливе, которое может быть опасным для жизни

Минусы

• Земля требует — для выработки большего количества энергии необходимо строительство больших электростанций.Таким образом, для возведения этих планов нужна большая территория. В некоторых случаях странам может потребоваться вырубка лесов.
• Прерывание — в плохом климате солнце неэффективно для выработки большего количества энергии. Однако домашним хозяйствам и предприятиям необходимо компенсировать это большими солнечными батареями.
• Дорогой — капитальные вложения в солнечные энергетические системы являются камнем преткновения для многих бедных семей. Однако система окупается через меньшее количество лет после установки.
• Он работает от постоянного тока , поэтому вам нужны инверторы для преобразования постоянного тока в переменный, потому что электроника, работающая на постоянном токе, стоит дорого
• Слабое производство энергии в пасмурные дни и в зимние месяцы
• Высокие затраты на производство солнечных панелей
• Автомобили на солнечных батареях не так агрессивны, как другие автомобили, работающие на обычных источниках энергии

Потенциал солнечной энергии

Годовое потребление солнечной энергии в США, Канаде, Австралии, Великобритании и остальном мире

Статистика показывают, что только в 2017 году в США было произведено около 53 миллиардов киловатт-часов фотоэлектрической и солнечной тепловой энергии.

В Канаде в стране установлено 2100 МВт солнечных систем для выработки 3 ТВтч в год в 2015 году. Онтарио в Канаде производит более 98% солнечной энергии, производимой в стране.

Между тем, солнечные панели в Великобритании уже выработали 10 025 ГВт-ч за первые три квартала 2017 года.

Согласно прогнозам, в Австралии солнечная энергия вырастет на 5,9% до 24 ПДж в 2029-2030 годах. Страна получает около 58 миллионов ПДж солнечной радиации в год.

Наконец, в мире вырабатывается около 5 единиц солнечной энергии.6 ГДж, что эквивалентно 1,6 МВтч на квадратный метр в год.

Какой объем производства солнечной энергии, по прогнозам экспертов, будет в будущем?

Эксперты прогнозируют, что производство солнечной энергии вырастет на 1,2% в 2030 году.

Страны ОЭСР увидят рост на 1,7%, тогда как страны, не входящие в ОЭСР, получат рост на 0,9%.

Заключение!

Солнечная энергия в основном вырабатывается с помощью солнечных тепловых технологий и фотоэлектрических систем.Эти системы имеют разные и общие цели. Для фотоэлектрических систем вода не требуется, в отличие от солнечных.

Тем не менее, все они превосходят по эффективности традиционные источники энергии.

солнечная энергия | Описание, использование и факты

Солнечная энергия , излучение Солнца, способное выделять тепло, вызывать химические реакции или генерировать электричество. Общее количество солнечной энергии, падающей на Землю, значительно превышает текущие и ожидаемые мировые потребности в энергии.При надлежащем использовании этот сильно рассеянный источник может удовлетворить все будущие потребности в энергии. Ожидается, что в 21 веке солнечная энергия станет все более привлекательной в качестве возобновляемого источника энергии из-за ее неисчерпаемых запасов и экологически чистого характера, в отличие от угля, нефти и природного газа с ограниченным количеством ископаемых видов топлива.

солнечные панели

Солнечные панели на крыше.

© flucas / Fotolia

Британника исследует

Список дел Земли

Действия человека вызвали обширный каскад экологических проблем, которые теперь угрожают сохранению способности как естественных, так и человеческих систем процветать.Решение критических экологических проблем глобального потепления, нехватки воды, загрязнения и утраты биоразнообразия, возможно, является величайшей задачей 21 века. Мы встанем им навстречу?

Солнце — чрезвычайно мощный источник энергии, и солнечный свет на сегодняшний день является самым большим источником энергии, получаемой Землей, но его интенсивность на поверхности Земли на самом деле довольно мала. Это в основном из-за огромного радиального распространения излучения далекого Солнца.Относительно небольшие дополнительные потери происходят из-за атмосферы и облаков Земли, которые поглощают или рассеивают до 54 процентов поступающего солнечного света. Солнечный свет, достигающий земли, состоит почти на 50 процентов из видимого света, на 45 процентов из инфракрасного излучения и меньшего количества ультрафиолетового и других форм электромагнитного излучения.

солнечная энергия

Отражение и поглощение солнечной энергии. Хотя часть поступающего солнечного света отражается атмосферой и поверхностью Земли, большая часть поглощается поверхностью, которая нагревается.

© Merriam-Webster Inc.

Потенциал солнечной энергии огромен, поскольку Земля ежедневно получает в виде солнечной энергии примерно в 200 000 раз больше общей дневной производственной мощности мира. К сожалению, хотя сама солнечная энергия бесплатна, высокая стоимость ее сбора, преобразования и хранения по-прежнему ограничивает ее использование во многих местах. Солнечное излучение может быть преобразовано либо в тепловую энергию (тепло), либо в электрическую, хотя первое осуществить проще.

потенциал солнечной энергии

потенциал фотоэлектрической энергии Земли.

Encyclopædia Britannica, Inc./Kenny Chmielewski

Тепловая энергия

Среди наиболее распространенных устройств, используемых для улавливания солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию, являются плоские коллекторы, которые используются для солнечного отопления. Поскольку интенсивность солнечной радиации на поверхности Земли настолько мала, эти коллекторы должны быть большими по площади. Даже в солнечных частях мира с умеренным климатом, например, коллектор должен иметь площадь около 40 квадратных метров (430 квадратных футов), чтобы собрать достаточно энергии для удовлетворения энергетических потребностей одного человека.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Наиболее широко используемые плоские коллекторы состоят из почерневшей металлической пластины, покрытой одним или двумя листами стекла, которое нагревается падающим на нее солнечным светом. Затем это тепло передается воздуху или воде, называемым жидкостями-носителями, которые проходят через заднюю часть пластины. Тепло может использоваться напрямую или может передаваться на другой носитель для хранения. Плоские коллекторы обычно используются для солнечных водонагревателей и отопления дома.Хранение тепла для использования ночью или в пасмурные дни обычно достигается за счет использования изолированных резервуаров для хранения воды, нагретой в солнечные периоды. Такая система может снабжать дом горячей водой, забираемой из резервуара для хранения, или, когда теплая вода течет по трубам в полах и потолках, она может обеспечивать обогрев помещения. Плоские коллекторы обычно нагревают жидкости до температур от 66 до 93 ° C (от 150 до 200 ° F). КПД таких коллекторов (т.е. доля полученной энергии, которую они преобразуют в полезную энергию) составляет от 20 до 80 процентов, в зависимости от конструкции коллектора.

солнечное отопление

Крыша здания с плоскими коллекторами, улавливающими солнечную энергию для нагрева воздуха или воды.

Алан Мак

Другой метод преобразования тепловой энергии обнаружен в солнечных прудах, которые представляют собой водоемы с соленой водой, предназначенные для сбора и хранения солнечной энергии. Тепло, извлекаемое из таких прудов, позволяет производить химикаты, продукты питания, текстиль и другие промышленные товары, а также может использоваться для обогрева теплиц, бассейнов и животноводческих помещений.Солнечные пруды иногда используются для производства электроэнергии за счет использования двигателя с органическим циклом Ренкина, относительно эффективного и экономичного средства преобразования солнечной энергии, которое особенно полезно в удаленных местах. Солнечные пруды довольно дороги в установке и обслуживании и обычно используются только в теплых сельских районах.

В меньшем масштабе энергию Солнца можно также использовать для приготовления пищи в специально разработанных солнечных печах. Солнечные печи обычно концентрируют солнечный свет с большой площади в центральной точке, где сосуд с черной поверхностью преобразует солнечный свет в тепло.Печи, как правило, переносные и не требуют других топливных ресурсов.

Кухонная плита на солнечной энергии

Кухонная плита на солнечной энергии во дворце Потала, Лхаса, Тибет.

© Елена Слепицкая / Dreamstime.com

Солнечная энергия как возобновляемые и альтернативные источники энергии, Солнечные технологии и информация об энергии

Земля получает невероятный запас солнечной энергии. Солнце, средняя звезда, представляет собой термоядерный реактор, который горит более 4 миллиардов лет.Он обеспечивает достаточно энергии за одну минуту, чтобы удовлетворить мировые потребности в энергии в течение одного года. За один день он дает больше энергии, чем наше нынешнее население потребило бы за 27 лет. Фактически, «количество солнечной радиации, падающей на Землю за трехдневный период, эквивалентно энергии, накопленной во всех ископаемых источниках энергии».

Солнечная энергия — бесплатный, неиссякаемый ресурс, но использование ее — относительно новая идея. Возможность использовать солнечную энергию для обогрева была первым открытием.Швейцарский ученый Гораций де Соссюр в 1767 году построил первый тепловой солнечный коллектор, который позже использовался для нагрева воды и приготовления пищи. Первый коммерческий патент на солнечный водонагреватель получил Кларенс Кемп в США в 1891 году. Эта система была куплена двумя руководителями Калифорнии и установлена ​​в одной трети домов в Пасадене к 1897 году.

Производство электричества из солнечной энергии было вторым открытием. В 1839 году французский физик Эдмунд Беккерель понял, что солнечная энергия может вызывать «фотоэлектрический эффект» (фото = свет, гальваника = электрический потенциал).В 1880-х годах были разработаны селеновые фотоэлектрические элементы, которые могли преобразовывать свет в электричество с эффективностью 1-2% («эффективность солнечного элемента — это процент доступного солнечного света, преобразованного фотоэлектрическим элементом в электричество»), но как произошедшее преобразование не было понято. Поэтому фотоэлектрическая энергия «оставалась диковинкой в ​​течение многих лет, поскольку была очень неэффективна при превращении солнечного света в электричество». Только когда Альберт Эйнштейн в начале 1900-х годов предложил объяснение «фотоэлектрического эффекта», за что он получил Нобелевскую премию, люди начали понимать связанный с ним фотоэлектрический эффект.

ПОСМОТРЕТЬ СОЛНЕЧНУЮ КАРТУ

«Солнечные технологии приблизили к его нынешнему дизайну в 1908 году, когда Уильям Дж. Бейли из Carnegie Steel Company изобрел коллектор с изолированной коробкой и медными змеевиками». К середине 1950-х годов Bell Telephone Labs достигла эффективности 4%, а позже 11% с помощью кремниевых фотоэлементов. С тех пор интерес к солнечной энергии усилился. В конце 1950-х и 1960-х годах космическая программа сыграла активную роль в развитии фотоэлектрической энергии.«Ячейки были идеальными источниками электроэнергии для спутников, потому что они были прочными, легкими и могли надежно удовлетворять требованиям низкой мощности». К сожалению, использование этих элементов на Земле было непрактичным из-за высокой стоимости их эффективного и легкого веса, поэтому потребовались дальнейшие исследования.

Солнечная энергия могла иметь большой потенциал , но его оставляли на второй план, когда ископаемое топливо было более доступным и доступным. «Только в последние несколько десятилетий, когда растущие потребности в энергии, обострение экологических проблем и сокращение ресурсов ископаемого топлива заставили нас обратиться к альтернативным источникам энергии, мы сосредоточили свое внимание на истинном использовании этого огромного ресурса.«Например, министерство энергетики США профинансировало установку и тестирование более 3000 фотоэлектрических систем во время нефтяного эмбарго 1973-1974 годов. К концу 1970-х годов энергетические компании и правительственные учреждения вложили средства в фотоэлектрическую промышленность, и» огромное ускорение темпов роста в разработка модуля ». Усовершенствования солнечной энергии снова стали искать во время войны в Персидском заливе в 1990-х годах.

Учитывая, что «первые практические солнечные элементы были сделаны менее 30 лет назад», мы прошли долгий путь.Расточительство профессиональных компаний в области солнечной энергетики, разрабатывающих уникальные и специфические системы солнечной энергии для индивидуальных домов, означает, что больше нет оправдания, чтобы не рассматривать солнечную энергию для вашего дома. Наибольший скачок эффективности произошел «с появлением транзисторов и сопутствующих полупроводниковых технологий». Себестоимость продукции упала почти до 1/300 от той, которая была во время космической программы середины века, а стоимость покупки выросла с 200 долларов за ватт в 1950-х годах до возможного всего 1 доллара за ватт сегодня.Эффективность резко возросла до 40,8%, что стало новым мировым рекордом Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США по состоянию на август 2008 года.

Сегодня мы все еще используем солнечную энергию в тех же двух формах: тепловая и фотоэлектрическая. Первый концентрирует солнечный свет, преобразует его в тепло и направляет его в парогенератор или двигатель, чтобы преобразовать его в электричество, чтобы «согреть здания, нагреть воду, вырабатывать электричество, сушить посевы или уничтожать опасные отходы». Электричество генерируется, когда нагретая жидкость приводит в действие турбины или другое оборудование.Вторая форма солнечной энергии производит электричество напрямую, без движущихся частей. Сегодняшняя фотоэлектрическая система состоит из элементов из кремния, второго по распространенности элемента в земной коре. «Энергия вырабатывается, когда солнечный свет попадает на полупроводниковый материал и создает электрический ток». Самая маленькая единица системы — ячейка. Ячейки, соединенные вместе, образуют модуль, а модули, соединенные вместе, образуют панель. Группа панелей называется массивом, а несколько массивов образуют поле массива.

У фотоэлектрической солнечной энергии есть несколько преимуществ, которые делают ее «одним из самых многообещающих возобновляемых источников энергии в мире». Он не загрязняет окружающую среду, у него нет движущихся частей, которые могут сломаться, он требует небольшого обслуживания и без присмотра, а также имеет срок службы 20-30 лет при низких эксплуатационных расходах. Он особенно уникален тем, что не требует масштабного монтажа. Удаленные районы могут легко производить собственное электроснабжение, строя по мере необходимости небольшие или большие системы.Генераторы солнечной энергии просто распределяют по домам, школам или предприятиям, где для их сборки не требуется дополнительных застройок или участка земли, а их работа безопасна и бесшумна. По мере роста сообществ может быть добавлена ​​дополнительная мощность солнечной энергии, «тем самым позволяя выработке электроэнергии идти в ногу с растущими потребностями без необходимости чрезмерного наращивания генерирующих мощностей, как это часто бывает с обычными крупномасштабными энергосистемами». Сравните эти характеристики с характеристиками угля, нефти, газа или ядерной энергетики, и выбор будет прост.Солнечные энергетические технологии предлагают чистый, возобновляемый и домашний источник энергии.

Фотоэлектрическая энергия даже имеет преимущества перед ветровой, гидроэнергетикой и солнечной тепловой энергией. Для последних трех требуются турбины с шумными движущимися частями, которые требуют технического обслуживания.

Солнечная энергия сегодня наиболее востребована в развивающихся странах, наиболее быстрорастущем сегменте рынка фотоэлектрической энергии. Люди остаются без электричества, когда солнце освещает землю, что делает солнечную энергию очевидным выбором.«Правительства находят его модульный, децентрализованный характер идеальным для удовлетворения потребностей в электроэнергии тысяч удаленных деревень в своих странах». Это гораздо практичнее, чем продление дорогих линий электропередач в отдаленные районы, где у людей нет денег, чтобы платить за обычную электроэнергию.

Индия становится одним из основных производителей фотоэлектрических модулей в мире, планируя обеспечить электричеством 100 000 деревень и установить телефоны на солнечных батареях в 500 000 деревень.К 2000 году Мексика планирует электрифицировать 60 000 деревень с помощью солнечной энергии. Больница Булапе в Заире обслуживает 50 000 амбулаторных пациентов в год и полностью работает на солнечной энергии, от кондиционирования воздуха до рентгеновского оборудования. А на марокканских базарах ковры, оловянные изделия и солнечные батареи выставлены на продажу бок о бок. Вероятно, самый яркий пример приверженности страны использованию солнечной энергии — это Израиль. В 1992 году более половины всех домашних хозяйств (700 000) нагревали воду с помощью систем солнечной энергии. И каждый год появляется 50 000 новых установок.

Солнечная энергия так же практична как в населенных пунктах, подключенных к местной электросети, так и в отдаленных районах. «У среднего дома более чем достаточно площади на крыше, чтобы производить достаточно солнечного электричества для удовлетворения всех его потребностей в электроэнергии. С инвертором, который преобразует постоянный ток (DC) от солнечных элементов в переменный ток (AC), который бытовая техника работает, дом на солнечных батареях может выглядеть и работать так же, как дом, подключенный к линии электропередачи.«

Энергоснабжение домашних хозяйств — это всего лишь одно применение солнечной энергии. Фактически, есть четыре широкие категории, которые можно выделить для использования солнечной энергии: промышленное, сельское жилье, подключенное к сети и потребительское / внутреннее. Промышленное использование представляет собой наибольшее применение солнечной энергии за последние 30 лет. «Телекоммуникации, нефтяные компании и оборудование для обеспечения безопасности на дорогах — все полагаются на солнечную энергию для надежного и постоянного питания вдали от любых линий электропередач». Придорожные телефонные будки и светящиеся дорожные знаки полагаются на энергию солнца, чтобы предоставлять надежные услуги без подземных кабельных соединений или дизельных генераторов.Навигационные системы, такие как морские буи и другие беспилотные установки в суровых удаленных районах, также являются идеальными приложениями для солнечной энергии, потому что «требования к нагрузке хорошо известны, а требования к надежной электроснабжению являются самыми высокими». Сельское жилье включает в себя «хижины, дома, деревни, поликлиники, школы, фермы, а также светильники с индивидуальным питанием и мелкую бытовую технику». Системы, подключенные к сети, объединяют солнечную энергию с существующей сетью, чтобы обеспечить коммерческий объект энергией, достаточной для удовлетворения высокого спроса, или для дополнения предложения семьи.Использование фотоэлементов в быту и внутри помещений включает часы и калькуляторы; Фотоэлектрические модули питают компьютеры и радиоприемники.

Практичность и экологичность солнечной энергии влияет на людей во всем мире, что проявляется в продажах оборудования. По данным Seimens Solar, производство фотоэлементов и модулей увеличилось втрое с 40 МВт в 1990 году до примерно 120 МВт в 1998 году. «Мировые продажи росли в среднем примерно на 15% ежегодно в течение последнего десятилетия.Мы полагаем, что существует реальная вероятность того, что рынок продолжит рост примерно на 15% в следующем десятилетии. При таких темпах мировая производственная мощность к 2010 году составит 1000 МВт, а производство фотоэлектрических систем может составить 5 миллиардов долларов ».

Есть только два основных недостатка использования солнечной энергии: количество солнечного света и стоимость оборудования. Количество солнечного света, которое получает место, «сильно зависит от географического положения, времени суток, сезона и облачности.Юго-запад США — одно из лучших мест в мире для солнечного света. В глобальном масштабе другие регионы с очень высокой интенсивностью солнечного излучения включают развивающиеся страны Азии, Африки и Латинской Америки ». См. Также« Экологичный дизайн дома

».

Но человек, живущий в Сибири, мало выиграет от этого возобновляемого ресурса. И хотя «технологии солнечной энергии привели к огромным технологическим и экономическим улучшениям, [они] по-прежнему дороже традиционных источников энергии». Однако солнечное оборудование в конечном итоге окупится за 2–5 лет в зависимости от того, сколько солнца получает конкретное место.Тогда пользователь будет иметь практически бесплатный источник энергии до конца срока службы оборудования, согласно докладу «Время окупаемости энергии кристаллических кремниевых солнечных модулей». Предполагается, что дальнейшие улучшения сократят срок окупаемости до 1–3 лет.

По словам Ларри Казмерски, директора Национального центра фотовольтаики Министерства энергетики США, лучший способ снизить стоимость солнечной энергии — это повысить эффективность элемента. «По мере того, как ученые и исследователи из NCPV расширяют границы эффективности солнечных батарей, мы можем начать визуализировать день, когда энергия солнца будет генерировать значительную часть потребности страны в электроэнергии.«Любые улучшения и последующее сокращение затрат также будут иметь жизненно важное значение для космических приложений. Также попробуйте найти правильную электрическую компанию, чтобы сэкономить деньги. Энергетические компании могут помочь вам получить выгоду с такими решениями.