Солнечная энергия — плюсы и минусы

Энергия Солнца, как полагают эксперты, — квинтэссенция энергетики, поскольку фотоэлектрические установки не оказывают воздействия на природную среду, бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде. Их можно монтировать в отдалённых или засушливых районах, мощность таких установок составляет от нескольких ватт (портативные модули для средств связи и измерительных приборов) до многих мегаватт (площадь солнечных батарей должна составлять при этом несколько миллионов кв. м).

Фото: солнечная энергия — интересные факты

Мир тянется к Солнцу

22 дня солнечного сияния по суммарной мощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органического топлива планеты. Проблема в том, как использовать солнечную энергию в производственных и бытовых целях.
«Мы изобрели технологию получения солнечной энергии, однако отстали в её производстве от таких стран, как Германия и Япония, — сказал недавно президент США Барак Обама, — Новые автомобили с гибридными двигателями сходят с наших конвейеров, однако они работают на аккумуляторах, произведённых в Корее».
Помимо Америки на солнечную энергию делают ставки и другие страны.
К примеру, на юге Португалии начались работы по возведению самой большой в мире электростанции, работающей на солнечной энергии. Стоимость проекта оценивается примерно в 58 миллионов евро. Электростанци? будет построена рядом с городом Серпа в 200 километрах к югу от Лиссабона, в самой солнечной провинции Португалии. Специалисты планируют, что электростанция позволит обеспечить электроэнергией до 8000 домов.
Израиль и компания MST также готовятся построить в пустыне Негев электростанцию, работающую на солнечной энергии. Глава компании. Дов Равив, верит в то, что через 30 лет солнечная электростанция будет обеспечивать уже 80% потребности Израиля в электричестве и станет решением энергетической проблемы.
В скором будущем на севере Китая, в Ордосской степи, будет выстроена солнечная электростанция. А в Испании принят закон, запрещающий строить новые дома, если в них не запланирована установка солнечных батарей.
Однако одним из лидеров использования энергии Солнца стала маленькая Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезависимую Швейцарию!», вносит заметный вклад в решение экологических проблем и обеспочивает энергетическую независимость страны, импортирующей более 70% энергии.
Из чего же складывается солнечная энергетика, на которую возлагаются столь большие надежды?

Просто нагреть воды

Прежде всего человечество начало использовать солнечную энергию для теплоснабжения (горячего водоснабжения, отопления), сушки различных продуктов и материалов в сельском хозяйстве и промышленности.
Самым простым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах. Принцип действия такого устройства состоит в том, что видимые лучи Солнца, проникая сквозь стекло, встречаются с чёрным дном коллектора и в значительной степени поглощаются им. Дно начинает испускать тепловые (инфракрасные) лучи, которые не могут проникнуть обратно сквозь стекло; в нижнем направлении путь теплу преграждает слой теплоизоляции. Задержанное таким образом тепло передаётся теплоносителю, протекающему, как правило, по уложенному на дне коллектора змеевику из металлических или полимерных трубок.
Эффективный солнечный водонагреватель был изобретён в 1909 году, однако большого распространения не получил. Со временем ситуация начала меняться, новые солнечные коллекторы, например, на основе вакуумных трубок, обладают большим КПД и позволяют преобразовывать в тепло солнечную радиацию максимально широкого диапазона.
Солнечное теплоснабжение получило развитие во многих зарубежных странах. Только в США эксплуатируются солнечные коллекторы площадью 10 млн. кв. м. что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. т. В нашей стране аналогичная площадь не превышает 100 тыс. кв. м.

Цены падают, продажи растут

Следующим шагом в использовании солнечной энергии была попытка преобразования её в электрическую. Этого удалось добиться с помощью коллекторов, созданных на основе фотоэлектрических преобразователей, подразделяющихся на два основных вида: электровакуумные и, более эффективные, полупроводниковые. Преобразование энергии в них основано на эффекте, возникающем в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Стоимость солнечных батарей быстро уменьшается, благодаря чему спрос на них растёт. КПД солнечных батарей, достигавший в середине 1970-х годов 18%, к началу XXI века вырос в полтора раза. Разработаны многообещающие элементы из тонкоплёночных (толщиной 1-2 мкм) полупроводниковых материалов: хотя их КПД не выше 16 %, они имеют одно неоспоримое преимущество — эти элементы в десять раз дешевле классических солнечных батарей.

Зеркальные концентраторы

Кроме низкотемпературных систем, использующих солнечную радиацию естественной плотности, в конце прошлого века были созданы установки, где для достижения высоких температур. В них плотность излучения повышается в сотни и тысячи раз. Происходит это за счёт гелиоконцентраторов, состоящих из зеркал и линз, фокусирующих солнечные лучи. Несложные концентраторы используют для нагрева воды, а самые мощные применяются в солнечных печах для плавки и термической обработки некоторых материалов, например оксидов кремния и циркония. Одна из наиболее крупных печей, мощностью свыше 1 МВт, была построена в начале 1970-х годов в Фон-Роме-Одейо (Франция). Концентрация солнечных лучей осуществляется и для получения высоких температур в термодинамических солнечных электростанциях.

Япония подаёт пример

С 2000 года Япония является мировым лидером по использованию энергии Солнца. По всей стране от солнечных батарей пользователи получают около 640 тысяч киловатт электроэнергии — более половины мирового объёма. А к 2010 году японское правительство намерено увеличить эту цифру в семь раз.
В Стране восходящего солнца слова с делом не расходятся. Недавно в японском научном центре Цукуба создана крупнейшая на сегодняшний день солнечная электростанция, способная бесперебойно обеспечивать электричеством 300 семей в год.
В генерирующей системе научного центра используются пять с половиной тысяч солнечных батарей, размещённых на крышах зданий и гаражей, а также на склонах близлежащих холмов, Мощность генератора составляет более тысячи киловатт. Общая площадь батарей составляет шесть с половиной тысяч квадратных метров — примерно половина футбольного поля. Все они объединены сетью из двух сотен трансформаторов.
К сожалению, отечественная солнечная энергетика особыми успехами похвастаться не может. В феврале этого года в СМИ, правда, появилась информация о том, что на Рязанском заводе металлокерамических приборов открыта линия по производству модулей для солнечных батарей и электростанций. «Это достаточно отлаженная технология, где мы ничего не изобретали, — сообщил Андрей Зверев, генеральный директор ОАО «Российская электроника», — на сегодняшний день мы просто купили западную линию по производству этих панелей. С Востока получаем комплектующие, здесь собираем и продаём в Германии».
Жаль. Солнечных дней в России хватает, а запасы нефти и газа хоть и велики, но не бесконечны.

Журнал: Тайны 20-го века №34, август 2009 года
Рубрика: Глобальные проекты
Автор: Николай Белозёров

Метки: Тайны 20 века, энергия, Солнце, электричество, альтернатива, электростанция, тепло, Дмитрий Соколов



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру; 2010 —