Плюсы и минусы солнечной энергетики

Как снабжать человечество электроэнергией без вреда для окружающей среды –  главный вопрос, которым не так давно задавались современные исследователи. Мы уже научились добывать энергию с помощью сооружения волновых, приливных, геотермальных, ветряных и солнечных электростанций. Прогресс технологий подарил нам уникальную возможность использовать Солнце с помощью установленной системы либо же портативных батарей в индивидуальных целях. В этой статье мы рассмотрим плюсы и минусы солнечной энергии, а также коротко расскажем о том, что собой представляют гелиопанели и где их используют.

Устройство солнечных батарей

Возможность использования солнечной энергии подарила нам такая наука, как гелиоэнергетика. Именно она исследует и разрабатывает устройства, которые занимаются преобразованием излучения Солнца в электрическую и тепловую энергию.

К таким устройствам относится солнечная батарея. Это плоская, с защитным покрытием конструкция из фотоэлементов, являющихся полупроводниками. Они обеспечивают процесс преобразования солнечной энергии в электрическую. Благодаря разнообразию размеров, их применяют в различных сферах жизнедеятельности.

Например, для обеспечения электричеством частного дома потребуется установка, которая включает следующие составляющие:

• аккумуляторы;
• контроллер;
• инвертор.

С помощью инвертора постоянный ток, который создается в ясный день, проходит процесс преобразования в переменный, а далее распределяется на потребителей электричества. Нерасходуемое электричество накапливается в аккумуляторах и  используется ночью или в непогоду. Контроллер следит за зарядом аккумуляторов.

Рассмотрим подробно плюсы и минусы солнечных батарей.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

• доступность источника энергии;
• постоянное и независимое энергоснабжение;
• бесплатное потребление;
• экологичность;
• бесшумность;
• высокая износостойкость.

Каждое из этих достоинств мы опишем более подробно.

Это интересно:  Как разобрать аккумулятор ноутбука?

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть.

Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание.

Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Недостатки использования солнечных батарей

Солнечная энергия, а именно ее использование, предусматривает также и минусы, не смотря на вышеописанные плюсы.

Это интересно:  Лучшие смартфоны с хорошей камерой и ёмкой батареей

К недостаткам относят следующие факторы:

• высокая цена;
• низкий КПД;
• большая площадь, занимаемая системой;
• зависимость работы от погодных условий.

Стоимость монтажа системы, которая сможет удовлетворить индивидуальные потребности человека, непомерно высока. Не говоря уже о том, чтобы снабдить электроэнергией целый дом. Это объясняется следующим пунктом.

Низкий КПД

Продуктивность солнечных батарей намного ниже, по сравнению с традиционными источниками электроэнергии. Например, панель средней работоспособности, площадью в 1 м2 производит мощность около 120 Вт. Этого должно хватить только для зарядки планшета или телефона. Из этого вытекает следующий пункт.

Большая площадь, занимаемая системой

Чтобы обеспечить ваши минимальные потребности в электроэнергии, вам понадобится очень большая площадь. Если, конечно же, речь не идет о зарядке телефонов, планшетов или работы приборов с потреблением низкой мощности.

Зависимость работы от погодных условий

КПД солнечных батарей снижается в пасмурный, облачный день, зимой, при низких температурах и т.д. Ночью, в отсутствие Солнца, источника энергии, производство электричества прекращается. На работу панелей также влияет расположение вашего дома и окон.

Использование солнечной энергии

Помимо удовлетворения индивидуальных запросов потребителей электричества, солнечную энергию используют в различных сферах жизнедеятельности:

1. Авиация. Благодаря солнечной энергии, самолеты могут не расходовать топливо на протяжении некоторого времени.
2. Автомобилестроение. Панели могут использоваться для зарядки электромобилей.
3. Медицина. Благодаря разработкам южнокорейских ученых, мир увидел солнечную батарею, которую используют для приборов, поддерживающих функциональность организма человека, путем вживления под кожу.
4. Космонавтика. Гелиопанели устанавливаются, например, на спутниках и космических телескопах.

Это всего лишь несколько примеров. Кроме этого, солнечные панели широко используют для обеспечения электроэнергией зданий, а также целых населенных пунктов.

Надеемся, что вышеописанные преимущества и недостатки использования солнечных батарей помогут вам определиться с решением, стоит ли вам обратиться к альтернативным источникам энергии.

Источник: https://auto-gl.ru/plyusy-i-minusy-solnechnoy-energii/

Эксперты рассказали о плюсах и минусах солнечных батарей для дома

Экологичное энергоснабжение сегодня набирает обороты во всем мире. Его, например, применяют для бытовых нужд в домах, освещения улиц и даже обеспечения работы заводов.

Эксперты признают – подобные технологии имеют свои плюсы и минусы.

Наш корреспондент выяснил, как предприятия и жители Московской области приходят к альтернативной энергетике и почему использование солнечных батарей не является панацеей для природы.

Вопрос утилизации

‒ Солнечные батареи ‒ это хороший способ организовать работу уличных фонарей или подсветки, однако большой экономической выгоды от них ждать не стоит, ‒ считает технический директор электротехнической компании «Технокомплект» в ОЭЗ «Дубна» Константин Плотников. ‒ Количество вырабатываемой энергии нестабильно и сильно зависит от погоды.

Кстати! Альтернативная («зеленая») энергетика предполагает использование возобновляемых источников, например, ветра, солнечного излучения, приливов, тепла Земли.

В нашей полосе солнечная электростанция может успешно работать «на подхвате» у основной для того, чтобы вырабатывать больше электричества в дневные часы и помогать обеспечивать, например, нужды промышленных предприятий. Однако это должен быть достаточно масштабный объект, которому к тому же потребуется большая площадь для размещения.

Казалось бы, все эти проблемы можно преодолеть ради спасения окружающей среды. Но тут не все так однозначно.

‒ Использование солнечных батарей действительно позволяет сократить выбросы в окружающую среду, ‒ говорит Константин Плотников. ‒ Но в процессе производства панелей используются тяжелые металлы и различные химические соединения, которые не так просто потом утилизировать.

Алла Полякова, председатель Комитета Мособлдумы по экологии и природопользованию:

‒ Альтернативные способы получения энергии в Подмосковье пока не сильно развиты. Пасмурных дней в году у нас больше половины. Ветра для полноценной работы ветрогенераторов не всегда бывает достаточно. Однако это не должно стать препятствием на пути научных исследований в этой области. Не исключено, что в будущем технологии станут более дешевыми, и Россия займет достойное место на мировом рынке новой энергетики.

Телевизору хватит

‒ Среди наших клиентов много тех, чьи участки в СНТ оказались не подключены к сетям, ‒ рассказывает ведущий специалист компании «Свет ON» в Химках Илья Греков. ‒ Они приобретают у нас автономные солнечные электростанции. Такого оборудования вполне хватает, чтобы обеспечить бесперебойную работу телевизора, холодильника, насоса, бойлера в летнее время.

Специальный аккумулятор запасает энергию, которую солнечные панели собирают за день. Однако на отопление дома этого мало. Себестоимость электричества в итоге получается примерно в три раза выше. Но для тех, кто добровольно или вынужденно оказался отключен от сетей, ‒ это выход. Бензиновый генератор ‒ гораздо менее комфортное, выгодное и экологически чистое устройство.

В России пока нет закона, который бы позволял гражданам продавать излишки электричества. Но разговоры о нем регулярно ведутся.

‒ В ряде стран существует «зеленый тариф», по которому закупается электричество, произведенное с использованием альтернативных источников электроэнергии, ‒ отмечает председатель Комитета Мособлдумы по экологии и природопользованию Алла Полякова. ‒ На государственном уровне нужно поощрять людей, заинтересованных в использовании возобновляемых источников энергии.

ЦЕНА ВОПРОСА

От 150 тыс. руб. ‒ первоначальные вложения в автономную солнечную электростанцию.

15–30 тыс. руб. ‒ цена аккумулятора, который нужно менять раз в несколько лет.

Холод в помощь

Современный бизнес постепенно приходит к тому, чтобы за счет оптимизации рабочих процессов снижать энергопотребление, использовать меньше невозобновляемых ресурсов, сокращать выбросы углекислого газа в атмосферу.

‒ На нашем заводе в Истре мы уже третий год используем для подогрева технической воды биогаз, образующийся в процессе очистки сточных вод, ‒ рассказывает менеджер по экологии Coca-Cola HBC Россия Анна Лата. ‒ Благодаря этому удалось снизить потребление природного газа. Также используем естественный холод артезианской воды для охлаждающего оборудования.

Прежде чем попасть в производство напитков, вода из скважины проходит через холодильные установки, поясняет собеседница. Таким образом, удается экономить электричество, которое ранее использовалось для этих целей. За два года предприятие смогло снизить энергопотребление на 5,6%.

Вадим Хромов, заместитель председателя правительства Московской области:

‒ Сейчас мы готовим заявку от Московской области на создание и развитие научно-образовательного центра в Черноголовке, специализацией которого, как ожидается, станет альтернативная энергетика. Это направление откроет новые перспективы для развития возобновляемых источников питания и других производств.

Источник: https://mosregtoday.ru/eco/eksperty-rasskazali-o-plyusah-i-minusah-solnechnyh-batarey-dlya-doma/

Плюсы и минусы солнечных электростанций

18 января 2019

Солнце — доступный и мощный источник альтернативной энергии. Технологии позволяют применять солнечную энергию как для электроснабжения удаленных населенных пунктов, так и для питания спутников на орбите Земли. Тем не менее, из-за некоторых особенностей солнечные электростанции (СЭС) пока поставляют лишь небольшую долю энергии.

Солнце как источник энергии

Солнце можно сравнить с термоядерным реактором, который прослужит еще 5 миллиардов лет. По мощности излучения 1 метр квадратный площади Солнца сравним с миллионом электроламп. Этой мощи с избытком хватит для обеспечения потребностей людей. Остается только собрать эту энергию и преобразовать ее в удобную для использования форму.

В ясный день на квадратный метр поверхности Земли приходится 1 кВт солнечной энергии. Современная солнечная панель такой же площади может собрать и преобразовать 170 Вт, то есть ее КПД равен 17%. Для того, чтобы заменить энергию всех электростанции Земли гелиоэнергией, нужно всего 66000 квадратных километров гелиопанелей. Такой гелиопарк занял бы всего 1% площади Сахары.

Способы получения тепла и электричества из Солнца:

• Пассивный способ использования гелиоэнергии очень прост: жидкость помещается в контейнер темного цвета, который нагревается под лучами солнца. Полученное тепло используется, к примеру, для обогрева помещений. В более прогрессивном виде этот способ используется в строительстве, когда сама конструкция здания служит аккумулятором тепла Солнца.
• Активный способ предполагает использование коллекторов (воздушные, плоские и вакуумные) или батарей. Первые преобразуют энергию Солнца в тепло, вторые — в электричество. Большинство гелиоэлектростанций включают в себя модули из коллекторов или батарей.

Солнечные электростанции: плюсы и минусы

Достоинства солнечных электростанций

• СЭС — это возобновляемый источник энергии. Еще более 5 млрд. лет жители Земли могут не беспокоиться об истощении солнечного ресурса. По человеческим меркам, это неисчерпаемый энергоресурс, и развитие гелиотехнологий — это существенный вклад в жизнь будущих поколений.
• Гелиосистемы могут работать в любой точке земли — как на экваторе, так и в Антарктиде. Температура воздуха роли не играет, необходим лишь доступ к солнечному свету.
• СЭС оказывают минимальное воздействие на окружающую среду. Конечно, и изготовление, и транспортировка , и установка гелиосистем сопровождаются выбросами в атмосферу, но по сравнению с традиционными энергосистемами, эти малозначимые эффекты.
• В гелиосистемах нет особых движущих узлов, кроме, например, сервопривода, который регулирует расположение панелей в пространстве. Поэтому гелиостанции работают бесшумно. Это позволяет устанавливать СЭС даже на крышах и стенах жилых домов.
• Солнечные электростанции сохраняют свою эффективность 25 лет. После этого срока некоторые показатели снижаются, но станция продолжает работать. Обновлять систему можно частями, заменяя отдельные модули на новые.
• Гелиосистемы применяются в разных сферах: они поставляют электричество в труднодоступные регионы, где нет централизованных электросетей; используются для опреснения воды; питают спутники на орбите и так далее.
• Потенциал СЭС растет с развитием науки. Открытия в квантовой физике и нанотехнологиях позволят увеличить мощность гелиостанций. А инженерный разработки смогут превратить жилое здание в маленькую СЭС.

Недостатки солнечных электростанций

• Эффективность СЭС зависит от времени суток и погодных условий. По ночам солнце не светит, а в условиях облачности свет слишком рассеянный. Хотя, например, вакуумные СЭС очень чувствительны к инфракрасному излучению, поэтому накапливают гелиоэнергию даже в пасмурную погоду (пусть и с более низкой эффективностью). В основном же, эта проблема солнечных электростанций решается за счет оборудования их аккумуляторами для запасания энергии и последующего ее использования в неблагоприятных для СЭС условиях.
• Техническое обслуживание гелиостанций. Вне зависимости от типа, гелиопанели регулярно нуждаются в очистке от пыли. Кроме того, некоторые типы панелей могут перегреваться, поэтому они нуждаются в системах охлаждения или вентиляции.
• Атмосфера над СЭС может нагреваться настолько, что пролетающие над ней птицы просто испаряются. По некоторым источником, над крупными гелиоустановками погибает одна птица каждые две минуты.
• Хотя гелиоэнергетика считается, в целом, «зеленой» отраслью, изготовление гелиоустановок происходит с выбросом парниковых газов.
• Современные гелиопанели обладают мощностью энергоносителя около 16-18 Ватт на квадратный метр. Этот показатель можно одновременно считать достоинством и недостатком солнечной электростанции. В этом солнечная энергетика превосходит другие альтернативные источники энергии, но уступает традиционным — углю, газу, нефти и атомной энергии.
• Гелиоустановки все еще отличаются высокой стоимостью, и это главный спорный момент в их использовании. Это вызвано, например, применением в них редких и дорогих элементов: теллура и индия. Да и аккумуляторные батареи, которые стабилизируют поступление энергии от гелиоустановок, обходятся в немалые суммы. Вопрос стоимости чаще всего решается на государственном уровне, когда власти предлагают субсидии предприятиям и частным лицам для перехода на солнечное электроснабжение.

Если бы не стоимость, СЭС быстро бы стали мировым лидером в альтернативной энергетике.

Источник: https://altenergiya.ru/sun/plyusy-i-minusy-solnechnyx-elektrostancij.html

Солнечная энергетика. Плюсы и минусы

19.08.2019 (1) комментарий

К преимуществам можно отнести:

1. Воссоздаваемость

Солнечная энергия является возобновляемым источником энергии, в отличии от таких ископаемых видов топлива (невозобновляемы источники энергии) как уголь, нефть, газ, которые по последним данным могут восстанавливаться, но с очень маленькой скоростью, что в будущем их уже не будет хватать для снабжения энергией всего населения планеты. 

Солнечная энергия неисчерпаема, ее нельзя выработать слишком много, и её всегда хватит на абсолютно все нужны человечества на протяжении еще многих поколений. 

Количество энергии от Солнца на Землю ежегодно поступает около 1 миллиарда тераватт-часов, в то время как человечество производит примерно 20 тысяч тераватт-час в год, то есть, 0,002% от солнечной энергии, что приходит на Землю.

4. Бесшумность

Бесшумность систем солнечной энергетики достигнута благодаря тому, что в ней нет движущихся частей, как например в ветровой установке большой мощности, где есть ротор. 

5. Большая область использования

Солнечная энергия – это то, что можно использовать для отдаленных регионов любой страны, где нет централизованного энергоснабжения.

Эту энергию можно использовать как нагревательный элемент, как вспомогательное оборудования для увеличения объема добычи пресной воды в дальних населенных пунктах Египта, и конечно это один из основных источником энергии для международной космической станции (МКС) и спутников, так как в космосе мощность солнечного излучения гораздовыше чем на поверхности Земли.

6. Экономия эксплуатации

Используя солнечные панели в качестве альтернативного источника энергии, владельцы зданий и частных домов получат большую экономию. Решающим фактором в области обслуживания является то, что затраты на обслуживание очень низкие. Для обслуживания солнечных панелей необходимо лишь несколько раз в год чистить их, в то время как гарантия производителя начинается от 10 лет.

7. Повсеместность 

Солнечная энергия поступает в те места, где светит солнце, то есть абсолютно во все части планеты, как на экватор так и в северные широты, что позволяет добывать солнечную энергию повсеместно. 

8. Экология 

Экология, одна из самых острых проблем в современном мире.

С экологической проблемой человечество борется всеми силами, но преимущественное использование невозобновляемого топлива приводит к обширному загрязнения окружающей среды, огромное количество отходов складируются на огромных территориях, что уже пагубно сказывается на природе и здоровье человека. В то время как солнечная энергетика является самой экологически безопасной энергией, так как при установке солнечных панелей и всего сопутствующего оборудования практически не выбросом вредных веществ в окружающую среду. 

9. Передовые технологии 

Солнечная энергетика не стоит на месте. Каждый год появляются все новые разработки из более лучших материалов, увеличивается КПД солнечной панели, что позволяет солнечным панелям занимать все меньше места и вырабатывать все больше энергии. Современные разработки в области технологии изготовления солнечных панелей позволят увеличить КПД в обозримом будущем до 50%.

В недостатках можно выделить следующее:

Это является частой причиной отказа приобретать солнечные панели, так как на начальном этапе они требуют больших вложений и люди не могу себе этого позволить.

Но во многих развивающихся странах правительство помогает своим гражданам приобрести и установить солнечные электростанции, выдавая им кредиты и помогая им оформить все нужные документы для этого.

В этой области Россия очень сильно отстает, и поэтому это является проблемой для большого процента населения. 

2. Загрязнение окружающей среды 

Как упоминалось ранее, солнечная энергия является самым экологически чистим видим энергии. Но для ее добычи необходимо производить солнечные панели, при производстве которых в атмосферу выбрасываются парниковые газы, и химические соединения, опасные для окружающей среды и человека. 

3. Низкая мощность на квадратный метр 

Один из самых важных параметров электроэнергии является средняя плотность мощности на квадратный метр (м2), который измеряется в Вт/м2 и количество энергии, которые можно получить с единицы площади.

Для солнечной энергетики этот показатель в среднем равен 170 Вт/м2, данное значение больше чем у всех используемых возобновляемых источников энергии, но в сравнении с традиционными источниками энергии (нефть, уголь, газ, атомная энергия) этот показатель гораздо ниже.

Что приводит к увеличению площади солнечный панелей для добычи 1 кВт энергии. 

4. Прерывающийся цикл

Солнце не светит ночью, и в пасмурные дни количество вырабатываемой энергии ощутимо снижается, что во многих случаях делает солнечную энергию не основным источником электроэнергии. Но даже учитывая эти факторы, солнечная энергия остается гораздо стабильнее, чем, например, также распространённая ветроэнергетика. 

5. Проблемы аккумулирования энергии

Аккумуляторные батареи нужны в данной отрасли для аккумулирования энергии и периодического сглаживания неравномерного поступления энергии от солнечных панелей.

Их главный минус – цена, так как АКБ больших мощностей стоят довольного дорого, и не каждому человеку доступна такая цена.

Частичное решение этой проблемы состоит в том, что пиковая нагрузка приходится на светлое время суток, где практически всю нужную энергию вырабатывают солнечные панели.

6. Используемые элементы 

Для изготовления солнечной панели требуются материалы, которые являются редкоземельными, что увеличивает их стоимость и делает их очень трудными в изготовлении и утилизации. В итоге это приводит к существенному увеличению цен на солнечные панели.

Энергоэффективный дом 

Концепция энергоэффективного дома уже много лет пользуется популярность в странах Европы, таких как Германия, Италия, Япония, США, Испания, Китай, Франция, Чехия, Бельгия и Австралия. Хоть эти страны и получают гораздо больше солнца чем большая часть России, но это можно компенсировать за счет увеличения количества солнечных панелей и аккумуляторных батарей.

Пример энергоэффективного дома или дома с нулевым потреблением можно увидеть на рисунке ниже, где все приборы на переменном и постоянном токе будет снабжаться энергией от солнечных панелей.

Схема частного дома с энергоснабжением от солнечных панелей

Источник: https://test.ibp-ural.ru/solnechnaya-energetika-plyusy-i-minusy

Солнечная энергия — плюсы и минусы | Энергетика | Багира

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).

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.

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.

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
• Николай Белозёров
• Tags Тайны 20 века энергия Солнце электричество альтернатива электростанция тепло

Источник: https://www.bagira.guru/energy-development/solnechnaya-energiya-plyusy-i-minusy.html

Преимущества и недостатки солнечной энергетики

Солнечная энергетика — отрасль хозяйства, связанная с использованием солнечного излучения для получения энергии. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии, не вызывает вредных отходов и является экологически чистой.

Солнечная энергетика основывается на том, что поток солнечного излучения, проходящего через участок площадью 1 м.кв., расположенный перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м.кв. (cолнечная постоянная).

Через поглощение, при прохождении атмосферы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м.кв. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичный горизонтальный участок как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом).

Зимой в умеренных широтах это значение еще в два раза меньше.

Известны следующие способы получения энергии за счет солнечного излучения: 1. Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. 2.

Гелиотермальная энергетика — преобразование солнечной энергии в тепловую за счет нагрева поверхности, поглощающей солнечные лучи. 4. Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием).

• Недостатки солнечной энергетики

Для строительства солнечных электростанций требуются большие площади земли через теоретические ограничения для фотоэлементов первого и второго поколения. К примеру, для электростанции мощностью 1 ГВт может понадобиться участок площадью несколько десятков квадратных километров. Строительство солнечных электростанций такой мощности может привести к изменению микроклимата в прилегающей местности, поэтому устанавливают в основном фотоэлектрические станции мощностью 1-2 МВт недалеко от потребителя или даже индивидуальные и мобильные установки.

Фотоэлектрические преобразователи работают днем, а также в утренних и вечерних сумерках (с меньшей эффективностью). При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме этого, произведенная ими электроэнергия может резко и неожиданно колебаться из-за изменений погоды.

Для преодоления этих недостатков на солнечных электростанциях используются эффективные электрические аккумуляторы.

На сегодняшний день эта проблема решается созданием единых энергетических систем, объединяющих различные источники энергии, которые перераспределяют производимую и потребляемую мощность.

Сегодня цена солнечных фотоэлементов сравнительно высокая, но с развитием технологии и ростом цен на ископаемые энергоносители этот недостаток постепенно преодолевается.

Поверхность фотопанелей и зеркал (для тепломашинных ЭС) очищают от пыли и других загрязнений.

Эффективность фотоэлектрических элементов падает при их нагреве (в основном это касается систем с концентраторами), поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.

В фотоэлектрических преобразователях третьего и четвертого поколений для охлаждения используют преобразования теплового излучения в излучение наиболее согласовано с поглощающим материалом фотоэлектрического элемента (т.н.

up-conversion), что одновременно повышает КПД.

Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться. Отработав свое, фотоэлементы, хотя и незначительная их часть, содержат кадмий, который нельзя выбрасывать на свалку. Нужно дополнительно расширять индустрию по их утилизации.

1. Экологические проблемы
2. Новые виды фотоэлементов

При производстве фотоэлементов уровень загрязнения не превышает допустимого уровня для предприятий микроэлектронной промышленности. Применение кадмия при производстве некоторых типов фотоэлементов ставит сложный вопрос их утилизации. Этот вопрос не имеет пока с экологической точки зрения приемлемого решения, но такие элементы имеют незначительное распространение и соединениям кадмия в современном производстве уже найдена замена. В последнее время активно развивается производство тонкопленочных фотоэлементов, которые содержат лишь около 1% кремния в отношении массы подложки, на которую наносятся тонкие пленки. Из-за незначительного расхода материалов на поглощающий слой тонкопленочные кремниевые фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность и неустранимую деградацию характеристик во времени. Кроме того, развивается производство тонкопленочных фотоэлементов на других полупроводниковых материалах, в частности CIS и CIGS.

Солнечная энергия широко используется как для производства электроэнергии, так и для нагрева воды. Солнечные коллекторы изготавливаются из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т.д.

, без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость оборудования и произведенной на нем энергии.

В настоящее время нагревание воды с помощью солнца является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии.

Источник: https://alternativenergy.ru/solnechnaya-energetika/85-preimuschestva-solnechnoy-energetiki.html

5 мифов о солнечной энергетике — Технологии на TJ

На заре развития солнечной энергетики появились утверждения, часть из которых уже навсегда осталась в прошлом, а часть изначально не имела практического подтверждения.

Зато сейчас в мире построено 500 ГВт солнечных мощностей, а Bloomberg Energy Finance прогнозирует, что уже к 2040 году солнце станет основным источником выработки электроэнергии во всём мире.

Ниже собраны 5 популярных стереотипов о солнечной энергетике, которые родились в XX веке, но опровергаются в XXI.

1. Солнечная энергетика — это безумно дорого, она развивается только благодаря субсидиям

Такую фразу было уместно сказать ещё лет 20-30 назад, когда страны-первопроходцы только начинали внедрять солнечную энергетику, и её действительно отличали высокие капитальные затраты и стоимость киловатт-часа.

А вот сегодня дело обстоит ровно наоборот — генерация, работающая от солнца за счёт развития технологий и масштабирования стала самым дешевым источником энергии в мире.

По данным доклада IRENA «Renewable Power Generation Costs in 2018», по итогам 2018 года солнце и ветер стали самыми дешёвыми источниками энергии в большинстве регионов мира. У 80% всех новых солнечных парков, которые будут построены в 2020 году, электроэнергия будет дешевле, чем у новой угольной, газовой и дизельной генерации.

А в России? Несмотря на широко распространённое мнение, что в России солнца нет, инсоляция на ⅔ территории России отлично подходит для развития солнечной энергетики — это не только южные регионы, но и большая часть центральной России, Урала, Сибири и Дальнего Востока. Так, например, в Москве с 1 кв. м в год можно получить в среднем 1120 кВт*ч, что перспективнее Берлина, у которого этот показатель 1004 кВт*ч, а наша Бурятия по количеству солнца (1613 кВт*ч/кв. м) обгоняет Рим (1549 кВт*ч/кв.м).

При этом текущая доля “солнца” в российском энергобалансе не превышает 0,5%, хотя стоимость киловатт-часа новой солнечной генерации в течение всего срока эксплуатации — примерно 6 рублей, что уже дешевле новой газовой или угольной генерации. Да и просто ниже тарифов в некоторых регионах.

Например, в Калмыкии с августа успешно работает сетевая солнечная станция, построенная «Хевел», которая обеспечивает электроэнергией насосные станции по стоимости электроэнергии на 1,3 рубля дешевле сетевого тарифа.

Учитывая темпы развития технологий и рост цен на электроэнергию, в России солнечная энергетика станет дешевле топливной уже к 2030 году.

2. Для размещения солнечных электростанций нужно слишком много места

В научной работе, описывающей модель мировой энергосистемы, обеспечивающей всё энергопотребление человечества за счёт исключительно ветра, воды и солнца, подсчитано, что энергетические установки в такой системе займут порядка 1% площади суши, при этом большая часть придётся на пространства между ветряными турбинами, которые можно использовать для сельского хозяйства или других целей. Плюс солнечные модули зачастую ставят на крыши или другие неиспользуемые пространства.

Хотя для солнечной электростанции площади нужно действительно больше, чем для ТЭЦ или ГРЭС, с ростом эффективности технологий размеры солнечных электростанций уже уменьшились минимум в 2 раза.

В июне этого года китайские учёные изучили потенциал солнечной энергетики в 66 странах и пришли к выводу: чтобы полностью обеспечить потребление этих стран (включая Россию, Индию, Китай, Саудовскую Аравию и т.д.) за счёт солнечной энергии будет достаточно площади сравнимой с 0,9% территории Китая.

3. Солнечные модули токсичны, а их переработка — сложный химический процесс

Миф, который уходит корнями в самые ранние технологии производства.

При этом в различных технологических процессах (например, для напыления слоёв кремния) используются сложные газы, которые не токсичны и не остаются в составе модулей.

Сама утилизация солнечных модулей не вызывает проблем — там нет химических процессов, есть только физические — отделение различных элементов друг от друга и измельчение стекла и кремниевых пластин.

Например, российские модули «Хевел» по результатам тестов отнесены к отходам 5 класса опасности — то есть самые безопасные для флоры и фауны отходы, с которыми мы ежедневно встречаемся в жизни (к ним также относятся осколки керамики, яичная скорлупа и т.п.).

В рамках тестов осколки модулей помещали к наиболее чувствительным водорослям, чтобы определить степень возможного воздействия (спойлер, жизнь водорослей не изменилась) .

Ну а Европе утилизация и переработка солнечных модулей уже давно централизована, более того, недавно европейцы начали перерабатывать у себя старые солнечные панели с других континентов, потому что собственных объёмов уже не хватает.

4. Солнечные модули быстро деградируют и их сложно обслуживать

Ещё один миф, который можно отнести к разряду исторических.

Стандартная гарантия, которую предоставляет большинство производителей солнечных батарей: 25 лет при сохранении на 25-й год 80% линейной мощности. Это означает, что стандартный («гарантийный») коэффициент деградации составляет 0,9% в год.

На практике он может быть ещё ниже. Например, по исследованиям немецких учёных, проведённых ещё в 2013 году, деградация составила всего 0,2% в год.

Что касается эксплуатации солнечных модулей и солнечных электростанций, что в примере с частными домохозяйствами, что по опыту эксплуатации масштабной сетевой генерации — эксплуатационные расходы стремятся к нулю. Нет топливных затрат (а это 80% в расходах на эксплуатацию любой топливной генерации), нет подвижных частей, которые могут стереться или сломаться.

5. Солнечная генерация нестабильна, поэтому её нужно резервировать на 100%.

Солнечная станция без аккумулятора не будет выдавать электроэнергию ночью, а в пасмурную погоду выработка может снизиться — это факт. Но в единой энергосистеме отдельные типы станций не резервируются — баланс спроса и предложения регулируется за счёт перетоков по сетям.

Более того, опыт стран, давно развивающих солнечную энергетику, показывает, что пока доля «солнечных» киловатт-часов в общем энергобалансе ниже 20%, энергосистема не теряет своей устойчивости.

В России сетевые солнечные станции работают по такому же принципу — на них не выделяется дополнительный резерв в энергосистеме. Кроме того в России уже как минимум две солнечные электростанции: Бурибаевская и Майминская СЭС переведены на дистанционное управление, то есть позволяют управлять мощностью в режиме онлайн.

А развитие систем накопления энергии, которые широко используются в частном сегменте полностью решило вопрос «нестабильности» солнечной энергетики.

Материал опубликован пользователем. Нажмите кнопку «Написать», чтобы рассказать свою историю.

Написать

Источник: https://tjournal.ru/tech/115170-5-mifov-o-solnechnoy-energetike

Плюсы и минусы солнечной энергии — 2019

С растущей угрозой изменения климата из-за чрезмерного выброса углекислого газа многие страны стремятся к использованию экологически чистых альтернатив для замены традиционных ископаемых видов топлива.

Из всех альтернатив чистой энергии солнечная энергия, возможно, была самой дорогой.

Однако, рассмотрев плюсы и минусы наряду с падением цен на солнечные панели на 80% за последние пять лет, будущее солнечной энергии выглядит довольно ярким.

Плюсы

Устойчивое

Преимущество солнечной энергии заключается в том, что она является устойчивой альтернативой ископаемым видам топлива.

Хотя ископаемое топливо имеет срок годности, который может быстро приближаться, солнце, вероятно, будет находиться в течение по крайней мере нескольких миллиардов лет.

Кроме того, 73 000 тераватт солнечной энергии каждый день светят на поверхности Земли, что в 10 000 раз больше, чем ежедневное глобальное использование энергии. Это огромный запас, ожидающий технологий, которые могут его использовать.

Низкое воздействие на окружающую среду

Кроме того, хотя концентрация солнечных тепловых электростанций (CSP) сравнительно неэффективна при использовании воды в зависимости от типа используемой технологии, правильная технология значительно повышает эффективность, в то время как фотоэлектрические (PV) солнечные элементы не требуют никакой воды при производстве электроэнергии.

Единственным экологическим недостатком солнечной технологии является то, что она содержит многие из тех же опасных материалов, что и электроника.

Поскольку солнечная энергия становится более популярной, проблема утилизации опасных отходов становится дополнительной проблемой.

Однако, если предположить, что проблема надлежащего захоронения соблюдается, сокращение выбросов парниковых газов, которые предлагает солнечная энергия, делает его привлекательной альтернативой ископаемым видам топлива.

Энергетическая независимость

Поскольку солнце светит по всему миру, оно делает каждую страну потенциальным производителем энергии, что позволяет обеспечить большую энергетическую независимость и безопасность.

Солнечная энергия не только обещает обеспечить безопасность и независимость на национальном уровне; солнечные панели могут быть установлены на отдельных домах, обеспечивая мощность, которая не зависит от подключения к более крупной электрической сети.

The Cons

Intermittency

Одна из самых больших проблем, которые ставит солнечная энергетическая технология, заключается в том, что энергия генерируется только тогда, когда светит солнце. Это означает, что ночные и пасмурные дни могут прервать поставку.

Недостаток, созданный этим прерыванием, не будет проблемой, если бы были недорогие способы хранения энергии, поскольку чрезвычайно солнечные периоды могут фактически генерировать избыточные мощности.

Фактически, Германия — лидер в области технологий солнечной энергетики — теперь сосредоточена на разработке адекватного хранилища энергии для решения этой проблемы.

Землепользование

В то время как солнечные фотоэлектрические системы могут быть привязаны к уже существующим структурам, более крупные системы фотоэлектрической системы могут потребовать до 3,5-10 акров на мегаватт, а средства CSP требуют от 4 до 16. 5 акров на мегаватт.

Тем не менее, воздействие может быть уменьшено путем помещения объектов в некачественные районы или вдоль существующих транспортных коридоров и коридоров.

Недостаток материалов

Некоторые солнечные технологии требуют редких материалов в их производстве. Это, однако, в первую очередь является проблемой для технологии PV, а не для технологии CSP.

Кроме того, это не столько недостаток известных запасов, сколько неспособность текущего производства удовлетворить будущему спросу: многие из редких материалов являются побочными продуктами других процессов, а не целенаправленными целенаправленными усилиями по добыче.

Переработка PV-материала и достижения в области нанотехнологий, которые повышают эффективность солнечных элементов, могут способствовать увеличению предложения, но, возможно, найти существенные заменители, которые существуют в большом изобилии, могут сыграть свою роль.

Итог

Хотя технология солнечной энергии имеет некоторые недостатки, которые делают ее несколько дорогой на некоторых рынках, она становится все более дешевой альтернативой ископаемым видам топлива.

Недостатки, которые добавляют к стоимости солнечной энергии, могут быть незначительными благодаря дальнейшим технологическим достижениям, которые повышают эффективность и емкость хранилища.

Учитывая огромные потенциальные выгоды от использования солнечного света и тепла, возможно, стоит увеличить стимулы для развития солнечной энергии.

Источник: https://ru.talkingofmoney.com/pros-and-cons-of-solar-energy