Сонячна енергетика технології, переваги та недоліки

Ми живемо у світі майбутнього, хоч не у всіх регіонах це помітно. У будь-якому разі можливість розвитку нових джерел енергії сьогодні всерйоз обговорюється у прогресивних колах. Одним із найперспективніших напрямків виступає сонячна енергетика.

На даний момент близько 1% електроенергії на Землі утворюється внаслідок переробки сонячного випромінювання. То чому ми досі не відмовилися від інших «шкідливих» способів і чи відмовимося взагалі? Пропонуємо ознайомитися з нашою статтею та спробувати самостійно відповісти на це запитання.

Як сонячна енергія перетворюється на електрику

Почнемо з найважливішого – яким чином сонячні промені переробляються на електроенергію.

Сам процес має назву«Сонячна генерація». Найбільш ефективні шляхи його забезпечення такі:

фотовольтарика;
геліотермальна енергетика;
сонячні аеростатні електростанції.

Розглянемо кожен із них.

Фотовольтарика

У цьому випадку електричний струм з'являється внаслідокфотовольтаричного ефекту. Принцип такий: сонячне світло потрапляє на фотоелемент, електрони поглинають енергію фотонів (часток світла) і починають рухатися. У результаті ми отримуємо електричну напругу.

Детальніше можете почитати на Вікіпедії: Фотовольтаричний ефект

Саме такий процес відбувається у сонячних панелях, основу яких складають елементи, що перетворюють сонячне випромінювання на електрику.

Сама конструкція фотовольтаричних панелей досить гнучка і може мати різні розміри. Тому у використанні вони дуже практичні. До того ж панелі мають високі.експлуатаційні властивості: стійкі до впливу опадів та перепадів температур.

А ось як влаштованийокремий модуль сонячної панелі :

Про застосування сонячних батарей як зарядних пристроїв, джерел живлення приватних будинках, для облагороджування міст та з медичною метою можна почитати в окремій статті.

Сучасні сонячні панелі та електростанції

З недавніх прикладів можна відзначити сонячні панелі компаніїSistineSolar. Вони можуть мати будь-який відтінок та текстуру на відміну від традиційних темно-синіх панелей. А це означає, що ними можна «оформити» дах будинку так, як Вам заманеться.

Інше рішення запропонували розробники Tesla. Вони випустили у продаж не просто панелі, а повноцінний покрівельний матеріал, що переробляє сонячну енергію.Черепиця Solar Roof містить вбудовані сонячні модулі і також може мати найрізноманітніше виконання. При цьому сам матеріал набагато міцніший за звичайну покрівельну черепицю, у Solar Roof навіть гарантія нескінченна.

Як приклад повноцінної СЕС можна навести нещодавно збудовану в Європі станцію з двосторонніми панелями. Останні збирають як пряме сонячне випромінювання, і відбиває. Це дозволяє підвищити ефективність сонячної генерації на 30%. Ця станція має виробляти на рік близько 400 МВт*год.

Інтерес викликає інайбільша плавуча СЕС у Китаї. Її потужність складає 40 МВт. Подібні рішення мають 3 важливі переваги:

немає потреби займати великі наземні території, що є актуальним для Китаю;
у водоймах зменшується випаровування води;
самі фотоелементи менше нагріваються та працюють ефективніше.

До речі, ця плавуча СЕС була побудована на місці покинутого вугледобувного підприємства.

Технологія, заснована на фотовольтаричному ефекті, є найперспективнішою на сьогодні, і, за оцінками експертів, сонячні панелі вже в найближчі 30-40 років зможуть виробляти близько 20% світової потреби електроенергії.

Геліотермальна енергетика

Тут підхід трохи інший, т.к. Сонячне випромінювання використовується для нагрівання посудини з рідиною. Завдяки цьому вона перетворюється на пару, яка обертає турбіну, що призводить до вироблення електрики.

За таким же принципом працюють теплові електростанції, тільки рідина нагрівається у вигляді спалювання вугілля.

Найбільш наочний приклад використання цієї технології - це станція Іванпа Солар у пустелі Мохаві. Вона є найбільшою у світі сонячною геліотермальною електростанцією.

Працює вона з 2014 року та не використовує жодного палива для виробництва електрики – лише екологічно чиста сонячна енергія.

Котел з водою розташований у вежах, які Ви можете бачити в центрі конструкції. Навколо розташоване поле із дзеркал, що спрямовують сонячні промені на вершину вежі. У цьому комп'ютер постійно повертає ці дзеркала залежно від розташування сонця.

Сонячне світло концентрується на вежі

Під впливом концентрованої сонячної енергії вода у вежі нагрівається і стає парою. Так виникає тиск, і пара починає обертати турбіну, внаслідок чого виділяється електрика. Потужність цієї станції – 392 мегават, що цілком можна порівняти із середньою ТЕЦ у Москві.

Цікаво, що такі станції можуть працювати і вночі. Це можливо завдяки приміщенню частини розігрітої пари у сховищі тапоступове його використання для обертання турбіни.

Сонячні аеростатні електростанції

Це оригінальне рішення хоч і не набуло широкого застосування, але все ж таки має місце бути.

Сама установка складається з 4 основних частин:

Аеростат – розташовується у небі, збираючи сонячне випромінювання. Всередину кулі надходить вода, яка швидко нагрівається, стаючи парою.
Паропровод – по ньому пара під тиском спускається до турбіни, змушуючи її обертатися.
Турбіна - під впливом потоку пари вона обертається, виробляючи електричну енергію.
Конденсатор і насос - пара, що пройшла через турбіну, конденсується у воду і піднімається в аеростат за допомогою насоса, де знову розігрівається до пароподібного стану.

У чому переваги сонячної енергетики

Сонце даватиме нам свою енергію ще кілька мільярдів років. При цьому людям не потрібно витрачати кошти та ресурси для її видобутку.
Генерація сонячної енергії – повністю екологічний процес, який не має ризиків для природи.
Автономність процесу. Збір сонячного світла та вироблення електроенергії відбувається з мінімальною участю людини. Єдине, що потрібно робити, це стежити за чистотою робочих поверхонь чи дзеркал.
Сонячні панелі, що виробили свій ресурс, можуть бути перероблені і знову використані у виробництві.

Проблеми розвитку сонячної енергетики

Незважаючи на реалізацію ідей щодо підтримки роботи сонячних електростанцій у нічний час, ніхто не застрахований від капризів природи. Затягнуте хмарами небо протягом кількох днів значно знижує вироблення електрики, адже населенню та підприємствам необхідна його безперебійна подача.

Будівництво сонячної електростанції – задоволення не з дешевих. Це зумовлено необхідністю застосовувати рідкісні елементи у їх конструкції. Не всі країни готові витрачати бюджети на менш потужні електростанції, коли є робітники ТЕС та АЕС.

Для розміщення таких установок потрібні великі площі, причому в місцях, де сонячне випромінювання має достатній рівень.

Як розвинена сонячна енергетика в Україні

На жаль, у нашій країні поки що на всю палю вугілля, газ і нафту, і напевно Україна буде серед останніх, хто повністю перейде на альтернативну енергетику.

На сьогоднішній деньсонячна генерація складає всього 0,03% енергобалансу РФ. Для порівняння у тій же Німеччині цей показник становить понад 20%. Приватні підприємці не зацікавлені у вкладенні коштів у сонячну енергетику через довгу окупність і не таку високу рентабельність, адже газ у нас обходиться набагато дешевше.

У економічно розвинених Московській та Ленінградській областях сонячна активність на низькому рівні. Там будівництво сонячних електростанцій просто недоцільне. А ось південні регіони досить перспективні.

Так однією з найбільших у нашій країні єОрська СЕС. Вона складається із 100 тис. модулів, що видають сумарну потужність 25 МВт. Вироблена електрика подається до Єдиної енергетичної системи України (ЄЕС).

Найпотужнішою сьогодні єСЕС Перово, розташована в Республіці Крим. Вона видає понад 105 МВт, що на час відкриття станції було світовим рекордом. СЕС Перово складається з 440 000 фотоелектричних модулів та займає площу 259 футбольних полів.

Загалом у Криму сонячна енергетика непогано розвинена – там понад десяток сонячних електростанційпотужністю від 20 МВт. Щоправда, вся отримана електроенергія йде суто потреби півострова.

До 2020 року в Україні планується побудувати 4 великі СЕС, потужність яких дозволить збільшити частку сонячної енергії до 1% від усього енергобалансу країни.