Перспективы использования солнечной энергии

Лучистая энергия Солнца используется биосферои? со времен появления жизни на планете.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечнои? энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основаннои? на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычаи? но велики.

Заметим, что использование всего лишь 0,0125% этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировои? энергетики, а использование 0,5% - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, имеется и ряд преград, возникающих на пути к реализизации.

Одним из наиболее серьезных препятствии? является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 1250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения собирали за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностеи? человечества, нужно разместить их на территории 130 000 км2!

Необходимость использования коллекторов огромных размеров влечет за собои? значительные материальные затраты [30, с. 56].

Простеи?шии? коллектор солнечного излучения представляет собои? зачерненныи? металлическии? (как правило, алюминиевыи?) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующеи? в неи? жидкостью. Нагретая за счет солнечнои? энергии, поглощеннои? коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам, изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км2требует примерно 10 000 т алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1,17· 109 т.

Исходя из выше представленного факта, солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечнои? энергии влечет за собои? гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллек-торов, другой? аппаратуры, их перевозки.

Однако по прогнозам ведущего энергетического агентства Германии «GermanyAdvisoryCouncil», динамика выработки энергии в мире до 2100 году будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 5 Прогноз до 2100 года агентства «GermanyAdvisoryCouncil» [30].

Отсюда несложно сделать вывод, что доминирующим ресурсом для получения энергии в будущем будет являться солнечная энергетика, которая будет покрывать более 50% от общего потребления. И, в частности, PV панели займут главенствующую роль, так как потенциал развития данного вида солнечной энергетики наиболее привлекателен нежели схемы с нагреванием рабочего тела солнечным теплом, в силу того, что энергия электромагнитного излучения непосредственно преобразуется в электрическую энергию.

В таблице 3 указаны значения производства энергии в млн.т.у.т. с использованием ВИЭ. Как следует из анализа, фотогальванические установки, обладая самой большой долей годового прироста — более чем в 30%, в последующем, будут являться трендом развития альтернативной, безопасной и инновационной энергетики без вредных выбросов и экологического урона окружающей среде. Поскольку данное направление потребует значительных инвестиций в развитие данной отрасли, это повлечет создание дополнительных производственных мощностей, создание научной базы, проведения научных исследований и создания новых рабочих мест, а также новых стандартов подготовки высококвалифицированных специалистов в области ВИЭ.

Таблица 3 Производство энергии в млн.т.у.т. [30].

В настоящее время, как это видно из таблицы 4, стоимость выработки 1 МВ т. ч энергии на фотоэлектрических элементах значительно выше чем у других источников ВИЭ.

Таблица 4 Стоимость производства электроэнергии с использованием ВИЭ [30].

Однако согласно прогнозам IEA и WWF (см. таблицу 5), к 2050 г. цены как на обслуживание, так и на капитальные затраты упадут на несколько порядков, что позволит использованию солнечной энергии выйти вперед как по эффективности, так и по окупаемости.

Таблица 5 — Прогноз ключевых технико-экономических показателей установок солнечной энергии [30].

Кроме того, имеется и ряд положительных примеров на практике по применению солнечной энергии.

Первые попытки использования солнечнои? энергии на коммерческои? основе относятся к 80-м годам прошлого столетия. Крупнеи? ших успехов в этои? области добилась фирма «Loose Industries» (США). Ею в декабре 1989 г. введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт. Здесь же, в Калифорнии, в 1994 г. введено еще 480 МВт электрическои? мощности, причем стоимость 1 кВт· ч энергии 7−8 центов. Это ниже, чем на традиционных станциях [29, с. 106].

В ночные часы и зимои? энергию дает в основном газ, а летом и в дневные часы — солнце. Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближаи? шего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечнои? энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива.

Наиболее вероятнои? «кандидатурои?» является водород. Его получение с использованием солнечнои? энергии, например, путем электролиза воды может быть достаточно дешевым, а сам газ, обладающии? высокои? теплотворнои? способностью, легко транспортировать и длительно хранить. Отсюда вывод: наиболее экономичная возможность использования солнечнои? энергии, которая просматривается сегодня, — направлять ее для получения вторичных видов энергии в солнечных раи? онах земного шара. А полученное жидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие раи? оны.

Кроме того, быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователеи? в расчете на 1 Вт установленнои? мощности с 1000 долл. в 1970 г. до 3−5 долл. в 1997 г. и повышению их КПД с 5 до 18%. Уменьшение стоимости солнечного Ватта до 50 центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизельными электростанциями.

Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швеи? цария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устрои? ств для получения тепловои? энергии. Программа, получившая наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезависимую Швеи? царию!», вносит заметныи? вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны, импортирующеи? сегодня более 70% энергии [30, с. 56].

Программа «Солар-91» осуществляется практически без поддержки государственного бюджета, в основном за счет добровольных усилии? и средств отдельных граждан, предпринимателеи? и муниципалитетов. Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2−3 кВт, монтируют на крышах и фасадах здании?. Она занимает примерно 20…30 м2. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВт· ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего швеи? царского дома и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля. Дневнои? избыток энергии в летнюю пору направляют в электрическую сеть общего пользования. Зимои? же, особенно в ночные часы, энергия может быть бесплатно возвращена владельцу гелиоустановки.

Таким образом, в мире уже сегодня солнечная энергетика весьма интенсивно развивается и занимает заметное место в топливноэнергетическом комплексе ряда стран. Принимаются на государственном уровне законы, которые дают существенную поддержку развитию солнечнои? энергетики. Без принятия указанных законодательных актов использование энергии Солнца было бы практически невозможно, особенно на начальных этапах становления.

Из приведенных фактов развития мировой энергетики следует, что выработка электроэнергии с использованием фотоэлектрических преобразователей является наиболее перспективным по двум причинам:

практически ничем не ограниченный потенциал ежегодно поступающей на землю энергии солнечных лучей;

быстрый рост эффективности преобразования электромагнитной энергии солнечных лучей в электрическую энергию, что обусловлено широким внедрением наукоемких инновационных технологий в развитие PV преобразователей.

Эти выводы позволяют нам остановиться подробнее на солнечной энергии, как наиболее перспективном источнике возобновляемой энергии.