Мощность солнечного излучения на квадратный метр

Как расчитать количество солнечной энергии в регионе

Солнечная инсоляция – это величина, определяющая количество облучения поверхности пучком солнечных лучей (даже отраженных или рассеянных облаками). Поверхностью может быть что угодно, в том числе и солнечная батарея, которая преобразует энергию солнца в электрическую энергию. И вот насколько эффективна будет ваша природная электростанция и определяет параметр солнечной инсоляции. Измеряется инсоляция в кВт*ч/м2, то есть количество энергии солнца, полученное одним квадратным метром поверхности в течении одного часа. Естественно полученные метрики рассчитаны для идеальных условий: полное отсутствие облачности и падение солнечных лучей на поверхность под прямым углом (перпендикулярно).

Простыми словами, солнечная инсоляция – это среднее количество часов в сутки, которое солнце в ясную погоду светит на расчетную поверхность под прямым углом.

Довольно часто люди полагают, что если солнце встает в 6 утра и садится в 7 вечера, то дневную выработку солнечной панели нужно считать как произведение ее мощности на 13 часов пока светило солнце. Это в корне неправильно, ведь существует облачность, но главное солнце двигается по небосклону отбрасывая лучи на поверхность земли под разными углами. Да, безусловно, вы можете использовать специальные трекеры, которые будут поворачивать вашу солнечную батарею в сторону солнца, но это дорого и редко экономически оправдано. Трекеры применяются, когда необходимо увеличить мощность на единицу площади.

Расчет выработки солнечной электростанции на основе значений инсоляции

Допустим имеем в Санкт-Петербурге сетевую солнечную электростанцию мощностью 5 кВт и хотим посчитать ее выработку в июне. Солнечные модули установлены на оптимальный угол.

5 кВт * 5,76 кВт*ч/м2 * 30 дней = 864 кВт*ч

*Формула упрощенная, поэтому расчетные единицы измерения в формуле не совпадут с ответом. Это исправляется введением в формулу параметров солнечной электростанции и перевода дней в часы.

Но в январе эта же электростанция сгенерирует всего 5*1,13*30=169,5 кВт*ч, поэтому Питере солнечные батареи активно используются только в летние периоды.

За год же, подобная солнечная электростанция сможет получить 5*3,4*365=6205 кВт или 6,2 МВт чистой электроэнергии. Выгодно? Решать вам, ведь срок жизни сетевой электростанции более 50 лет, а тарифы на промышленное электричество растут каждый год не менее чем на 10%.

Ще двісті років тому людство використовувало для своєї життєдіяльності енергію Сонця, вітру та води. На сьогоднішній день природні ресурси вуглеводнів стрімко вичерпуються, і перед людством стоїть гостро питання, де шукати нові джерела енергії.
Тому останні десятиліття розвиток використання сонячної енергії особливо актуальний. Потенціал сонячної енергетики світу надзвичайно високий.
Енергія Сонця – це самооновлювальне і невичерпне джерело для виробництва електроенергії і тепла. Кінетична енергія Сонця вловлюється і акумулюється у вигляді потенційної енергії.
Потрібно враховувати, що сонячна енергія надходить на поверхню планети, і ні в одній точці немає її максимальної інтенсивності. Тому, щоб використовувати сонячну енергію в промисловості і в побуті, її потрібно вловити і сконцентрувати. Також не менш важливе питання її акумуляції. Для цих цілей вчені розробили цілий арсенал різних технічних пристроїв.
Сонячна енергія може перетворюватися в електроенергію як безпосередньо, так і опосередковано. Існує кілька способів отримання тепла і електроенергії, використовуючи енергію Сонця:
· Фотовольтаїка – в основу цього методу покладено пряме отримання електроенергії шляхом перетворення фотонів за допомогою фотоелементів. Зараз фотовольтаїка стрімко розвивається, і з великою часткою ймовірності, в недалекому майбутньому займе лідируючі позиції в цій галузі. Для реалізації цього методу вчені активно розробляють тонкоплівкові технології. Для підвищення якості виробництва енергії, вдосконалюються сонячні елементи і напівпровідникові матеріали.
· Геліотермальная енергетика. Принципом роботи в цьому методі виступає нагрівання поверхні, шляхом поглинання тепла, з подальшим його перерозподілом. Це відмінне джерело тепла для опалення приміщень і гарячого водопостачання. Відбувається це так: промінь світла фокусується на ємності з водою, нагріваючи її, вода подається в опалювальну систему. У цьому виді енергетики є особливі станції концентруючого типу. Основним принципом роботи їх є концентрація сонячного світла, використовуючи систему дзеркал. Пучок світла тут виступає в ролі джерела теплової енергії, який нагріває робочу рідину, а електроенергія отримується за допомогою теплових машин.
· Термоповітряні електростанції виробляють електроенергію шляхом скерування потоку повітря в турбогенератор.
· Сонячні аеростатні електростанції генерують пар всередині аеростата при нагріванні його поверхні.

Переваги сонячної енергетики.
До переваг можна віднести повну самооновлявальність цього джерела і його невичерпність. Він абсолютно екологічний, так як не вимагає ніякої сировини і не має відходів виробництва. Абсолютно безпечний для навколишнього середовища, а цей аспект особливо гостро стоїть в сучасному світі.

Недоліки сонячної енергетики.
Основним з недоліків цього методу є його залежність від погоди і часу доби. Також не менш важлива сезонність, так як вироблене тепло і споживання його різні. Цей вид енергетики досить дорогий, а утилізація сонячних батарей ставить під сумнів екологічність. І гостро стоїть питання акумулювання енергії.

Однак, незважаючи на ряд недоліків, сонячна енергетика дуже активно розвивається. Вчені розробляють все нові технології і намагаються мінімізувати недоліки. А зростання з кожним роком частки сонячної енергетики в загальному балансі енергетики, зайвий раз доводить перспективність цього виду енергетики.

Способи отримання електрики і тепла з сонячного випромінювання

  • Отримання електроенергії за допомогою фотоелементів. Для цієї мети застосовують кремнієві сонячні батареї, ККД яких доходить до 20 %. Але вартість отримання чистого кремнію досить велика. Кремній, в якому на 10 кг продукту припадає не більше 1 грама домішок коштує стільки ж, скільки збагачений уран для електростанцій, хоча запаси останнього в 100 000 разів менше запасів кремнію. У той же час, «хорошого» кремнію у світі добувають в 6 разів менше, ніж такого ж урану.

З однієї тонни піску, в якому міститься 500 кг кремнію отримують 50-90 кг сонячного сіліціуму. При цьому на отримання 1 кг витрачається близько 250 кВт-годин електроенергії. За новою технологією, розробленою німецькою фірмою Siemens ще 1979 року, енерговитрати падають на порядок, і вихід продукту збільшується в 10-15 разів. Вартість отримання кремнію при цьому знижується до 10-15 $ за кілограм. Простий пісок для цієї технології не підходить. Тут потрібні «особливо чисті кварцити», поклади яких в значному обсязі, в основному, знаходяться в Росії.

Такі батареї можна встановлювати на супутниках, автомобілях, крилах літака, вмонтувати їх елементи в годинники, калькулятор, ноутбук. Термін їх служби становить 30 років. За цей час елемент, на виготовлення якого пішов 1 кг сонячного кремнію, може дати стільки ж електроенергії, скільки її може бути отримано при використанні 100 т нафти на ТЕС або 1 кг збагаченого урану на АЕС.

При другому методі, на території в кілька тисяч квадратних метрів, встановлюються дзеркала-геліостати, які повертаючись слідом за сонцем направляють промені сонячного світла на ємність з теплоприймачем (водою). Вода нагрівається, перетворюється на пару, яка крутить турбіну, а остання обертає генератор струму.

  • Геліотермальна енергетика — нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені і подальший розподіл і використання тепла (фокусування сонячного випромінювання на ємності з водою для подальшого використання нагрітої води в опалюванні або в парових електрогенераторах).

Сонячну енергію, можна використовувати для отримання тепла безпосередньо без перетворення на електричну. Установки, які збирають, зберігають і передають тепло, називаються сонячними колекторами. У цьому разі, на даху будинку, або з його південного боку, встановлюється панель, що складається з трубочок, по яких в спеціальний бак-акумулятор подається вода. Сонце нагріває воду в трубах до 60-70 С, яка накопичується в баку, а звідти надходить для обігріву або гарячого водопостачання.

  • «Сонячне вітрило» в безповітряному просторі, може перетворювати сонячні промені на кінетичну енергію.
  • Термоповітряні електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, що направляється на турбогенератор).
  • Сонячні аеростатні електростанції (вироблення водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагрівання сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої вибірково-поглинаючим покриттям). Перевага — запасу пари в балоні достатньо для роботи електростанції в темний час доби і хмарну погоду.

Недоліки сонячної енергетики

Фундаментальні проблеми

  • Через відносно замалу величину сонячної постійної, для сонячної енергетики потрібне використання великих площ землі під електростанції (наприклад, для електростанції потужністю 1 Гвт, це може бути декілька десятків квадратних кілометрів). Проте, цей недолік не такий великий, наприклад, гідроенергетика виводить з користування значно більші ділянки землі. До того ж фотоелектричні елементи на великих сонячних електростанціях встановлюються на висоті 1,8—2,5 метра, що дозволяє використовувати землі під електростанцією для сільськогосподарських потреб, наприклад, для випасу худоби.

Проблема знаходження великих площ землі під сонячні електростанції, вирішується у разі застосування сонячних аеростатних електростанцій, придатних як для наземного, так і для морського і для висотного розташування.

  • Потік сонячної енергії на поверхні Землі дуже залежить від широти і клімату. У різних місцевостях, середня кількість сонячних днів в році, може дуже сильно відрізнятися.

Технічні проблеми

  • Сонячна електростанція не працює вночі і недостатньо ефективно працює у ранкових і вечірніх сутінках. При цьому пік електроспоживання припадає саме на вечірні години. Крім того, потужність електростанції може стрімко і несподівано коливатися через зміни погоди. Для подолання цих недоліків потрібно або використовувати ефективні електричні акумулятори (дотепер це невирішена проблема), або будувати гідроакумулюючі станції, які теж займають велику територію, або використовувати концепцію водневої енергетики, яка також поки далека від економічної ефективності.

Проблема залежності потужності сонячної електростанції від часу доби і погодних умов вирішується у разі сонячних аеростатних електростанцій.

  • Висока ціна сонячних фотоелементів. Ймовірно, з розвитком технології цей недолік подолають. В 1990–2005 рр. ціни на фотоелементи знижувалися в середньому на 4 % на рік.
  • Недостатній ККД сонячних елементів (ймовірно, буде незабаром збільшений).
  • Поверхню фотопанелей потрібно очищати від пилу і інших забруднень. За їх площі в декілька квадратних кілометрів, це може викликати утруднення.
  • Ефективність фотоелектричних елементів помітно зменшується при їх нагріванні, тому виникає потреба в установці систем охолоджування, зазвичай водяних.
  • З кожним роком експлуатації ефективність фотоелектричних елементів знижується.

Екологічні проблеми

  • Незважаючи на екологічну чистоту отримуваної енергії, самі фотоелементи містять отруйні речовини, наприклад, свинець, кадмій, галій, миш’як тощо, а їх виробництво споживає велику кількість інших небезпечних речовин. Сучасні фотоелементи мають обмежений термін служби (30—50 років), і масове їх застосування поставить найближчим часом складне питання їх переробки.

Останнім часом починає активно розвиватися виробництво тонкоплівкових фотоелементів, у складі яких міститься всього близько 1 % кремнію. Завдяки низькому вмісту кремнію тонкоплівкові фотоелементи дешевші у виробництві, але поки мають меншу ефективність. Так, наприклад, в 2005 р. компанія «Shell» ухвалила рішення зосередитися на виробництві тонкоплівкових елементів, і продала свій бізнес з виробництва кремнієвих фотоелектричних елементів.

Сонячна теплова енергетика

Сонячна енергія широко використовується як для нагрівання води, так і для виробництва електроенергії. Сонячні колектори виготовляються з доступних матеріалів: сталь, мідь, алюміній тощо, тобто без застосування рідкісного і дорогого кремнію. Це дозволяє значно скоротити вартість устаткування, і отриманої на ньому енергії.

Сонячні теплові колектори, Інформаційним управлінням з енергетики США, поділяються на низько-, середньо-, і високотемпературні колектори. Низькотемпературні колектори є плоскими плитами і звичайно використовується для підігріву плавальних басейнів. Середньотемпературні колектори також, як правило, пласкі плити, але використовуються для підігріву води для житлового та комерційного використання. Високотемпературні колектори зосереджують сонячні промені за допомогою дзеркал і лінз і, як правило, використовуються для виробництва електроенергії.

Сонячна енергія для обігріву, охолодження, вентиляції та технологічних потреб, може бути використана для покриття частини витрат на енергію. Теплова маса матеріалів зберігає сонячну енергію протягом дня, і звільняє цю енергію коли стає холодніше. Загалом до теплової маси, відносяться кам’яні матеріали, бетон і вода. За розміщення теплових мас слід розглянути низку чинників, таких як клімат, рівень денного світла, тіней та інших умов. За умов правильно підключення теплові маси можуть пасивно підтримувати затишну температуру при скороченні споживання. Теплова енергія маси ґрунту, також може бути використана для зберігання тепла між сезонами і дозволяє використати сонячну теплову енергію для опалення приміщень у зимовий час.

Сонячна теплова енергія як активне сонячне опалення. Типова конструкція побутової сонячної системи опалення складається з сонячної панелі (або сонячного колектору) з теплообмінною рідиною, що проходить через нього, транспортуючи зібрану теплову енергію для корисного застосування, як правило, до гарячої води цистерни або домашніх радіаторів. Сонячні панелі розташовані в місці з гарним рівнем освітлення протягом дня, найчастіше на даху будівлі. Насос штовхає теплообмінну рідину (часто щойно очищену воду) за допомогою панелі управління. Тепло таким чином збирається та передається на ощадний контейнер.

Також можливе використання пасивного сонячного опалення, яке не потребує електричного або механічного обладнання, і може розраховувати на дизайн і структуру будинку для збирання, зберігання і розподілення тепла будівлею. Деякі пасивні системи, використовують незначну кількість звичайної енергії для керування заслінками, віконницями, нічними ізоляційними та іншими пристроями, що підвищують рівень збору, зберігання, використання та зниження небажаного теплообміну сонячної енергії.

2001 року, вартість електроенергії, отриманої в сонячних колекторах, становила $0,09-$0,12 за кВт·год. Департамент Енергетики США передбачає, що вартість електроенергії, вироблюваної сонячними концентраторами, знизиться до $0,04-$0,05 в 2015—2020 рр.

У 2007 році в Алжирі почалося будівництво змішаних електростанцій. У денний час доби, електроенергія виробляється параболічними концентраторами, а вночі з природного газу.

Сонячна кухня

Сонячна жаровня

Сонячні колектори можуть застосовуватися для приготування їжі. Температура в фокусі колектора досягає 150 °С. Такі кухонні прилади можуть широко застосовуватися в країнах, що розвиваються. Вартість матеріалів необхідних для виробництва «сонячної кухні», становить $3 — $7. У країнах, що розвиваються, для приготування їжі активно використовуються дрова.

Традиційні вогнища для приготування їжі мають термічну ефективність близько 10 %. Використання дров для приготування їжі призводить до суцільної вирубки лісів.

Існують різні міжнародні програми розповсюдження сонячних кухонь. Наприклад, у 2008 р. Фінляндія і Китай уклали угоду про постачання 19 000 сонячних кухонь до 31 села Китаю. Це дозволить скоротити викиди СО2 на 1,7 млн тон у 2008—2012 рр. В майбутньому Фінляндія зможе купувати квоти на ці викиди.

Використання сонячної енергії в хімічному виробництві

Сонячна енергія може застосовуватися в різних хімічних процесах. Наприклад:

  • Ізраїльський Weizmann Institute of Science у 2005 році випробував технологію отримання неокисленого цинку у сонячній башті. Оксид цинку у присутності деревного вугілля нагрівався дзеркалами до температури 1200 °С на вершині сонячної башти. У підсумку процесу, отримувався чистий цинк. Далі цинк можна герметично упакувати і транспортувати до місць виробництва електроенергії. На місці цинк поміщається у воду, в результаті хімічної реакції виходить водень і оксид цинку. Оксид цинку можна ще раз помістити до сонячної башти і отримати чистий цинк. Технологія пройшла випробування в сонячній башті канадського Institute for the Energies and Applied Research.
  • Швейцарська компанія Clean Hydrogen Producers (CHP) розробила технологію виробництва водню з води за допомогою параболічних сонячних концентраторів. Площа дзеркал установки становить 93 м². У фокусі концентратора, температура досягає 2200°C. Вода починає розділятися на водень і кисень за температури більш 1700 °С. За світловий день 6,5 годин (6,5 кВт·год/кв.м.) установка CHP, може розділяти на водень і кисень 94,9 літрів води. Виробництво водню складе 3800 кг на рік (близько 10,4 кг за день).

Водень може бути збережений на значний час, та використовуватися за потребою, для виробництва електроенергії за допомогою паливних елементів, або як паливо для автотранспорту.

Цікаві факти

  • В Данії за рахунок сонячної енергії, яка, в основному, використовується для вироблення тепла в приватному секторі, покривається від 1/3 до 3/4 потреби в кожному житловому будинку, а ціна на електроенергію регулюється Міністерством енергетики, і, станом на 2005 рік, становила за курсом до російського рубля 11руб./кВт-г.
  • У Німеччині до 70 % витрат на «соляризацію» будинків, відшкодовує держава. Крім того, вона купує у власників «сонячних дахів» електрику за цінами, що значно перевищують ринкові. Тобто, коли вдень будинок виробляє енергії багато, а споживає мало, її надлишки йдуть в міську мережу і господар отримує 80 центів за кожну здану кіловат-годину. Вночі ж він сам купує електрику в тій же самій мережі, але вже по 20 центів за кВт год. У країні обладнають сонячними елементами по 0,5 млн квадратних метрів дахів на рік.
  • В Австралії вже понад 19 років проводяться щорічні перегони на сонячних електромобілях на трасі між містами Дарвін і Аделаїда (3000 км). У 1990 році компанія «Sanio» побудувала літак на сонячних батареях, який перетнув всю Америку.
  • У США діє кілька гібридних сонячно-теплових електростанцій загальною потужністю понад 600 МВт. Вдень вони працюють від сонця, а вночі від газу. Температура пари до 370 С, а тиск — 100 атмосфер.
  • У СРСР перша промислова сонячна електростанція СЕС-5 була побудована в Криму 1985 року, близько міста Щолкіне. Вона мала потужність 5 МВт, тобто таку ж, як і перший ядерний реактор. За 10 років роботи вона дала 2000000 кВт год. електроенергії. В середині 90-х років її закрили.
  • В Сахарі створюється найбільша в світі сонячна станція. Тут встановлюють 500 тисяч 12-метрових параболічних дзеркал, розташованих в 800 рядів.
  • 2016 року в українській Антонівці на Херсонщині в одній зі шкіл, встановлено першу систему електричних сонячних батарей, які за наявності сонця, повністю покривають потреби в електроенергії та опалюванні навчального закладу. Надлишки енергії передаються до централізованої системи і викуповуються державою.

Посилання

  • (англ.) MySolar.com — інформація для тих, хто цікавиться сонячною енергетикою.
  • (англ.) PVPower, Inc — сайт координує та поширює інформацію про фотоелектричні технології, успішні приклади їх використання.
  • (англ.) National Center for Photovoltaics — американський Національний центр фотоелектрики (NCPV).
  • (англ.) Solar City — міжнародна програма «Сонячне місто» заохочує розвиток енергоефективності та енергозбереження з метою зменшення викидів парникових газів і споживання викопного палива.
  • (англ.) SolarAccess Sustainable Energy B.V. — комерційний проект в області розвитку використання енергії сонця, вітру та інших відновлюваних джерел енергії.
  • (англ.) Solar cooking around the world — все про сонячні печі, особливості їх конструкції і де вони сьогодні використовуються.

Організації

  • (англ.) American Solar Energy Society (ASES) — Американське товариство з використання сонячної енергії.
  • (нім.) (англ.) EUROSOLAR Europäische Vereinigung für Erneuerbare Energien e.V. — Європейська асоціація з відновлюваної енергії Eurosolar.
  • (англ.) Smart Electric Power Alliance (SEPA) — Асоціація розумної сонячної електроенергетики.
  • (англ.) SolarPACES — сайт міжнародної організації, створеної під егідою Міжнародного енергетичного агентства (IEA).
  • (англ.) International Solar Energy Society e. V. (ISES) — сайт Міжнародного товариства сонячної енергетики (ISES). Працює розгалужена інформаційна мережа, публікується інформація про проекти та конференції.
  • (англ.) Australia & New Zealand Solar Energy Society (ANZSES) — Австралійсько-Новозеландське товариство з використання сонячної енергії.
  • (англ.) SolarPower Europe — Європейська асоціація з розвитку фотоелектричної промисловості.
  • (англ.) (нім.) DGS Solar — Німецьке товариство сонячної енергетики.
  • (англ.) Solar Energy Industries Association — Промислова асоціація сонячної енергетики США.

Періодика

  • (англ.) Solar Energy — офіційний журнал Міжнародного товариства сонячної енергетики (ISES).
  • (англ.) Solar Today — журнал Американського товариства з використання сонячної енергії.

Освітні ресурси

  • (англ.) (ісп.) Censolar Europa — USA — Latinoamérica — система дистанційного навчання в області сонячної енергетики.
  • (англ.) Solar Energy International (SEI) — неприбуткова організація навчає і надає технічну допомогу у використанні поновлюваних джерел енергії.

  • Новини фотоелектричної промисловості 2006 р
  • International Energy Agency.
  • Environmental Aspects of PV Power Systems.
  • International Conference on Renewable Energy and Power Quality (ICREPQ´04).
  • Департамент енергетики США.

Біомаса • Біоетанол • E85 • Біогаз • Біодизель • Біопаливо • Олія як паливо

Потужність: кВт = 1000 Вт, МВт = 1000 кВт, ГВт = 1000 МВт, ТВт = 1000 ГВт

Перетворення енергії Перетворення енергії Сонячна енергетика Геотермальна енергетика Вітроенергетика Гідроенергетика Біоенергетика Хімічна енергія Паливо Різне

Солнечная энергетика

Эту страницу предлагается объединить со страницей Солнечная генерация. Пояснение причин и обсуждение — на странице Википедия:К объединению/2 января 2017.
Обсуждение длится не менее недели (). Не удаляйте шаблон до подведения итога обсуждения.

Карта солнечного излученияПрачечная самообслуживания, использующая для работы солнечную энергию

Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии. Гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой или солью для последующего использования нагретой воды для отопления, горячего водоснабжения или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP — Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч света. Этот луч используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости..

Достоинства и недостатки

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 25 сентября 2015 года.

Достоинства

  • Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.
  • Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки

  • Зависимость от погоды и времени суток.
  • Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах, необходимость аккумуляции энергии.
  • При промышленном производстве — необходимость дублирования солнечных энергетических установок традиционными сопоставимой мощности.
  • Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).
  • Необходимость периодической очистки отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения.
  • Нагрев атмосферы над электростанцией.
  • Необходимость использования больших площадей.
  • Сложность производства и утилизации самих фотоэлементов в связи с содержанием в них ядовитых веществ, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д..

Солнечная электроэнергетика

Основная статья: Солнечная генерация

Годовая выработка электроэнергии в мире на СЭС
Год Энергия ГВт·ч Годовой прирост Доля от всей
2004 2,6 0,01 %
2005 3,7 42 % 0,02 %
2006 5,0 35 % 0,03 %
2007 6,8 36 % 0,03 %
2008 11,4 68 % 0,06 %
2009 19,3 69 % 0,10 %
2010 31,4 63 % 0,15 %
2011 60,6 93 % 0,27 %
2012 96,7 60 % 0,43 %
2013 134,5 39 % 0,58 %
2014 185,9 38 % 0,79 %
2015 253,0 36 % 1,05 %
2016 301,0 33 % 1,3 %
Источник — BP Statistical Review of World Energy, 2015, 2017

В 1985 году все установленные мощности мира составляли 0,021 ГВт.

В 2005 году производство фотоэлементов в мире составляло 1,656 ГВт.

На начало 2010 года общая мировая мощность фотоэлементной солнечной энергетики составляла лишь около 0,1 % общемировой генерации электроэнергии.

В 2012 году общая мощность мировых гелиоэнергетических установок выросла на 31 ГВт, превысив 100 ГВт.

Крупнейшие производители фотоэлементов в 2012 году:

В 2013 году глобально было установлено 39 ГВт фотоэлектрических мощностей. В результате общая мощность фотоэлектрических установок на начало 2014 года оценивалась в 139 ГВт.

Лидером по установленной мощности является Евросоюз, среди отдельных стран — Китай. По совокупной мощности на душу населения лидер — Германия.

В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии.

В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических установок.

В декабре 2011 года на Украине завершено строительство последней, пятой, 20-мегаваттной очереди солнечного парка в Перово, в результате чего его суммарная установленная мощность возросла до 100 МВт. Солнечный парк Перово в составе пяти очередей стал крупнейшим парком в мире по показателям установленной мощности. За ним следуют канадская электростанция Sarnia (97 МВт), итальянская Montalto di Castro (84,2 МВт) и немецкая Finsterwalde (80,7 МВт). Замыкает мировую пятерку крупнейших фотоэлектрических парков — 80-мегаваттная электростанция Охотниково в Сакском районе Крыма.

В 2018 г. Саудовская Аравия заявила о намерении построить крупнейшую в мире солнечную электростанцию мощностью 200 ГВт.

Рабочие места

В середине 2011 года в фотоэлектрической промышленности Германии было занято более 100 тысяч человек. В солнечной энергетике США работали 93,5 тысяч человек.

Перспективы солнечной электроэнергетики

В мире ежегодный прирост энергетики за последние пять лет составлял в среднем около 50 %. Полученная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20—25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20—25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно.

Перспективы использования солнца для получения электричества ухудшаются из-за высоких издержек. Так, СТЭС Айвонпа обходится вчетверо дороже, а генерирует гораздо меньше электроэнергии, по сравнению с газовыми электростанциями. По подсчётам экспертов, в будущем электроэнергия, вырабатываемая этой станцией, будет стоить вдвое дороже, чем получаемая от обычных источников энергии, а расходы, очевидно, будут переложены на потребителей.

Тем не менее, по прогнозам, себестоимость генерации электроэнергии солнечными электростанциями к 2020 году снизится до себестоимости генерации с использованием ископаемого топлива и переход к использованию солнечных электростанций станет экономически выгодным.

Из-за своей низкой эффективности, которая в лучшем случае достигает 20 процентов, солнечные батареи сильно нагреваются. Остальные 80 процентов энергии солнечного света нагревают солнечные батареи до средней температуры порядка 55 °C. С увеличением температуры фотогальванического элемента на 1°, его эффективность падает на 0,5 %. Эта зависимость не линейна и повышение температуры элемента на 10° приводит к снижению эффективности почти в два раза. Активные элементы систем охлаждения (вентиляторы или насосы) перекачивающие хладагент, потребляют значительное количество энергии, требуют периодического обслуживания и снижают надёжность всей системы. Пассивные системы охлаждения обладают очень низкой производительностью и не могут справиться с задачей охлаждения солнечных батарей.

Солнечная термальная энергетика

Основные статьи: Гелиотермальная энергетика, Солнечный водонагреватель, Солнечный коллектор

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

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

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

На начало 2010 года общая мировая мощность солнечной термальной энергетики (концентраторных солнечных станций) достигла одного гигаватта. К 2020 году страны Евросоюза планируют построить 26,3 ГВт солнечных термальных мощностей.

Солнечная кухня

Солнечная жаровня Основная статья: Солнечная печь

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

Традиционные очаги для приготовления пищи имеют термическую эффективность около 10 %. В развивающихся странах для приготовления пищи активно используются дрова. Использование дров для приготовления пищи приводит к массированной вырубке лесов и вреду для здоровья. Например, в Индии от сжигания биомассы ежегодно поступает в атмосферу более 68 млн тонн СО2. В Уганде среднее домохозяйство ежемесячно потребляет 440 кг дров. Домохозяйки при приготовлении пищи вдыхают большое количество дыма, что приводит к увеличению заболеваемости дыхательных путей. По данным Всемирной организации здравоохранения в 2006 году в 19 странах южнее Сахары, Пакистане и Афганистане от заболеваний дыхательных путей умерло 800 тысяч детей и 500 тысяч женщин.

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

Использование солнечной энергии в химическом производстве

Солнечная энергия может применяться в различных химических процессах. Например:

  • Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 году испытал технологию получения неокисленного цинка в солнечной башне. Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревался зеркалами до температуры 1200 °С на вершине солнечной башни. В результате процесса получался чистый цинк. Далее цинк можно герметично упаковать и транспортировать к местам производства электроэнергии. На месте цинк помещается в воду, в результате химической реакции получается водород и оксид цинка. Оксид цинка можно ещё раз поместить в солнечную башню и получить чистый цинк. Технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.
  • Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (CHP) разработала технологию производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Площадь зеркал установки составляет 93 м². В фокусе концентратора температура достигает 2200°С. Вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °С. За световой день 6,5 часов (6,5 кВт·ч/кв.м.) установка CHP может разделять на водород и кислород 94,9 литров воды. Производство водорода составит 3800 кг в год (около 10,4 кг в день).

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

Солнечный транспорт

Беспилотный самолёт NASA Pathfinder Helios с фотоэлементами на крыльях Основная статья: Электромобили на солнечных батареях

Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т. д.

Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства или для электродвигателя электрического транспорта.

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

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

В 1981 году летчик Paul Beattie MacCready совершил полет на самолёте Solar Challenger, питающемся только солнечной энергией, преодолев расстояние в 258 километров со скоростью 48 км/час. В 2010 году солнечный пилотируемый самолет Solar Impulse продержался в воздухе 24 часа. Военные испытывают большой интерес к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) на солнечной энергии, способным держаться в воздухе чрезвычайно долго — месяцы и годы. Такие системы могли бы заменить или дополнить спутники.

См. также

Солнечная энергетика на Викискладе

Солнечная энергетика в Викиновостях

  1. Калифорнийская электростанция «Million Solar Roofs» суммарной мощностью 3 ГВт 15.12.2005
  2. Геополитика солнца. Частный Корреспондент. chaskor.ru (22 ноября 2008). Архивировано 22 августа 2011 года.
  3. 1 2 3 Лапаева Ольга Федоровна. Трансформация энергетического сектора экономики при переходе к энергосберегающим технологиям и возобновляемым источникам энергии (рус.) // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2010. — Вып. 13 (119).
  4. BP Statistical Review of World Energy June 2015, Renewables section, BP (June 2015).
  5. BP Statistical Review of World Energy June 2015, Electricity section, BP (June 2015).
  6. Статистическое обозрение Всемирной энергетической организации 2017 года, BP (June 2017).
  7. 1 2 3 BFM.RU Солнечные технологии обеспечат четверть электричества.
  8. Graph of the Day: World’s top ten solar PV suppliers. 15 April 2013// RE neweconomy
  9. http://www.ren21.net/Portals/0/documents/Resources/GSR/2014/GSR2014_full%20report_low%20res.pdf
  10. Геро Рютер, Андрей Гурков. Мировая солнечная энергетика: переломный год. Deutsche Welle (29 мая 2013). Дата обращения 15 июня 2013. Архивировано 19 июня 2013 года.
  11. Paul Gipe Spain Generated 3 % of its Electricity from Solar in 2010 28 Январь 2011 г
  12. Paul Gipe Italy Passes 7,000 MW of Total Installed Solar PV 22 Июль 2011 г.
  13. Activ Solar построила в Крыму крупнейшую солнечную электростанцию в мире
  14. Deutsche Welle 30.03.2018 Саудовская Аравия заменит нефть солнечными батареями
  15. Stephen Lacey Green Jobs Are Real: German and American Solar Industry Both Employ More People Than U.S. Steel Production 17 Июнь 2011 г.
  16. Дмитрий Никитин. Трудный путь к солнцу: согреет ли Россию солнечная энергетика. РБК (17 июня 2013). Дата обращения 15 июня 2013. Архивировано 19 июня 2013 года.
  17. Кассандра Суит (перевёл Алексей Невельский). Гигантская солнечная электростанция в Калифорнии убивает птиц.. Гелиотермальная станция стоимостью $2,2 млрд может стать последним таким проектом: она нагревает воздух до 540 градусов по Цельсию, регуляторы и биологи считают это причиной смерти десятков птиц. Ведомости, перевод из The Wall Street Journal (13 февраля 2014). Дата обращения 6 июня 2016.
  18. Органическое топливо — на свалку истории? // Наука и жизнь. — 2018. — № 3. — С. 65.
  19. David Szondy. Stanford researchers develop self-cooling solar cells. (англ.). gizmag.com (25 July 2014). Дата обращения 6 июня 2016.
  20. BBC News — Alfredo Moser: Bottle light inventor proud to be poor
  21. Tildy Bayar Solar Thermal Holds Steady in Europe 15 Октябрь 2012 г.
  22. Britannica Book of the Year 2008: «MacCready, Paul Beattie», page 140