Перспективы развития солнечной энергетики в россии реферат

Обновлено: 04.07.2024

В каждой стране баланс топливно-энергетического комплекса существенно влияет на экономику. Зависимость от углеводородного сырья в мире постепенно снижается благодаря возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). Развитие солнечной энергетики в России задерживается из-за достаточного объема горючих полезных ископаемых и урана.

В чем преимущества солнечной энергетики?

В государствах с малыми запасами нефти, газа, угля и урановой руды отмечается нехватка энергоносителей. Выходом для них считается использование нетрадиционных энергоисточников. В отличие от Европы и США масштабное внедрение технологий солнечной энергии в России только начинает развиваться. Этому способствуют следующие факторы:

Экологичность.
За нулевое воздействие на окружающую среду гелиоэнергетике отдается большее предпочтение. Независимо от способа генерации, процесс безопасен для экологии.
Доступность.
Солнечные электростанции (СЭС) работают в любой точке мира. Среднегодовые температуры не важны, учитывается только уровень инсоляции территории.
Неисчерпаемость.
Объем энергетического сырья земных недр стремительно сокращается, а энергии Солнца хватит на 6,5 млрд лет.
Экономичность.
Расходы на добычу, транспортировку энергоносителя отсутствуют, поэтому солнечные батареи выгодно устанавливать.
Инновации.
Технологии генерации постоянно усовершенствуются. Кроме стандартных фотоэлектрических установок, японская компания Sharp начала изготавливать накопительные элементы для оконного остекления.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на доступность света Солнца в любой точке мира, полностью перейти на использование возобновляемых источников энергии пока невозможно. Обеспечить бесперебойное энергопотребление нельзя, так как ночью, в пасмурные и дождливые дни уровень инсоляции критически низок или отсутствует.

Строительство солнечных электростанций обходится государствам в немалые суммы. Поэтому Министерства энергетики многих стран не хотят разрабатывать программы поощрения для развития ВИЭ. Рабочие ТЭС и АЭС, достаток углеводородов, урановой руды значительно задерживает переход от традиционного энергоснабжения.

Дополнительным препятствием для активного старта ВИЭ стал кремний для производства модулей. Его содержание в земле превышает количество урана в 100000 раз, но извлечение чистого элемента (99,99%) по старой хлорсилановой технологии стоит около 100$/кг и равняется цене производства гексафторида урана.

Разработаны новые и экономные восстановительные процессы для добычи кремния из природного кварцита (5—15$/кг). Пока производителей, работающих на электрофизических методах восстановления, слишком мало в мире. Из-за этого невозможно удовлетворить имеющийся спрос на недорогие фотоэлектрические панели.

Как развита солнечная энергетика в России?

По данным Института энергетической стратегии теоретический потенциал альтернативной энергетики в России составляет 2300 млрд тонн условного топлива. Но даже эта цифра не влияет на скорость перехода к использованию ВИЭ. Богатство недр российской земли углеводородным сырьем и ураном задерживает прогресс в этой сфере.

На 2017 год общий гелиоэнергетический баланс Германии колебался в пределах 20%, на тот момент в России показатель составлял 0,03%. Это доказывает, что гелиоэнергетика медленно развивается в России и в ближайшее время не может догнать другие страны.

По прогнозам International Energy Agency к 2050 г лидеры в области генерации энергии Солнца смогут производить до 25% общемировой электроэнергии.

Без господдержки предприниматели не стремятся инвестировать в развитие гелиоэнергетики. Причиной этого считается отсутствие желания ждать окупаемости проекта, так как традиционные способы получения электроэнергии дешевле.

Многое зависит от инициативы местных властей. Региональным органам управления доступно разработать собственные программы по развитию гелиоэнергетического электроснабжения. Такие проекты воплощены в жизнь в Бурятии, Краснодарском и Красноярском краях.

Уровень среднегодовой инсоляции в разных регионах РФ позволяет полноценно эксплуатировать СЭС. Даже в областях с низкой солнечной активностью возможно снизить энергопотребление до 50%. Наибольшие перспективы развития принадлежат Крыму, Кавказу, Ставрополью, Дальнему Востоку.

В каких регионах используется?

Новые российские гелиоэнергетические станции функционируют более чем в 25 регионах. По вырабатываемой мощности первыми лидерами стали:

Орская 40 МВт и Соль-Илецкая 25 МВт (Оренбургская область);
Самарская 50 МВт;
Бурибаевская 20 МВт и Бугульчанская 15 МВт (Башкортостан);
Кош-Агачская (Алтай) 10 МВт.

Крымские станции работают независимо от Единой энергетической системы страны. На 2019 год открыто 13 СЭС с мощностью 289,5 мегаватт.

Солнечная энергетика: аналитика

Исследования ученых утверждают, что всего 0,0125% генерируемого излучения Солнца обеспечит современные запросы мировой энергетики. По оценкам специалистов (German Advisory Council on Global change) к 2100 году гелиоэнергетика станет доминирующим звеном среди существующих источников энергии.

В Германии, США, Китае поощряются автономные дома, обустроенные солнечными накопительными элементами. Модули, расположенные на крышах, обеспечивают жильцов электричеством, что снижает энергопотребление на 60%.

Анализ рынка солнечной энергетики в России показывает, что страна не готова к быстрому переходу на ВИЭ. Из-за отсутствия государственной поддержки и низкого спроса производство фотоэлектрических модулей ограничено. В этом сегменте представлены только несколько компаний:

Осведомленность о потенциале гелиоэнергетики в РФ крайне мала, поэтому даже сочетание экономических и климатических факторов пока не делает ее конкурентоспособной.

Перспектива развития на территории России

С 2016 года в мире отмечается скачок в использовании альтернативных источников энергии. При такой тенденции РФ не может оставаться в стороне. К концу 2019 года мощность солнечной энергосистемы страны составляет 0,04% (более 320 МВт), но для такой территории этого слишком мало.

В связи с этим Министерство энергетики выбрало 3 направления по увеличению масштабов гелиоэнергетического электроснабжения:

Привлечение инвестиционных вложений. При государственной поддержке инвесторам разрешено подключаться к монополистам энергосетей и зарабатывать на генерации солнечной энергии. Заключенный договор о поставке мощностей гарантирует возврат вложенных денег в течение 15 лет.

Развитие отдаленных регионов. На 75% территории страны нет центрального электроснабжения, что объясняет дороговизну топлива. По этим причинам был одобрен национальный проект по созданию большого количества автономных солнечно-дизельных установок мощностью 100 кВт. В будущем небольшие станции на 10—15 МВт будут работать по всей Сибири и Дальнему Востоку.

Поддержка частных собственников. Разрабатывается разрешение на установку домашних панелей мощностью до 15 кВт и продажу излишек энергии в электросети.

В планах на 2024 год в России планируется строительство станций общей мощностью 1,4 ГВт.

Благодаря научно-техническому прогрессу гелиоэнергетика активно внедряется в экономику многих государств. По статистике цена сгенерированного от Солнца электричества падает каждый год на 4%. При таких тенденциях ожидается смещение мирового энергетического баланса в сторону ВИЭ, что не может не сказаться на развитии солнечной энергетики в России.

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

Использование энергии морских приливов и отливов

Принцип работы волновых электростанций

Геотермальные электростанции: плюсы и минусы выработки электроэнергии ГеоТЭС

Солнечная энергетика, реальность и перспективы.

Здравствуйте коллеги, друзья и просто не равнодушные к данной теме люди. Мы долго искали информацию в различных источниках по данной тематики и хотели бы представить Вашему вниманию интересную работу ученика 8 класса села Агинское, Красноярского края , Перлова Сергея, а так же его руководителя Салий Елены Витальевны, которая в полной мере отображает ход мыслей современного человека в его желании знать основы, историю а также современные возможности в освоении альтернативных видов энергии. Ведь это даёт нам прежде всего свободу и независимость от ресурсоснабжающих организаций, и постоянно растущих тарафов на энергоресурсы.

Исследовательский реферат

Выполнил: Перлов Сергей Александрович, учащийся 8 А класса АСОШ №2

Адрес школы: Красноярский край, Саянский район, село Агинское, улица Строительная 21-а. Индекс 663580.

Руководитель: Салий Елена Витальевна, учитель географии АСОШ №2, с. Агинское.

Почему я выбрал эту тему

Рефлексия

В ходе моей работы я работал с разными источниками информации, в основном из Интернетом. Путём изучения, анализа, дополнения информации при изучении разных источников, я выполнил реферат. Я узнал- сколько может стоить обеспечение солнечной энергией потребностей моего дома.

Самооценка: Моей целью было выявить современный уровень развития солнечной энергетики и перспективы её развития. Выполняя работу, узнал что для изготовления солнечных батарей используют кремний, узнал о перспективах солнечной энергии и о её истории. Я научился находить информацию, работать с ней. Так как, я работаю в рамках НОУ первый раз, то я доволен тем, что смог выполнить реферат по интересующей меня теме. . Я буду продолжать работу и в следующий раз постараюсь добиться лучших результатов.

Цель: выявить современный уровень развития солнечной энергетики и перспективы её развития.

§ найти и проанализировать источники информации

§ определить основные направления развития солнечной энергетики

§ выявить основные направления развития солнечной энергетики в России и крае

§ выявить перспективы развития

План работы:

1.Солнце – источник энергии

2.История развития солнечной энергетики

3.Развитие солнечной энергетики в мире

4. Развитие солнечной энергетики в России

5. Развитие солнечной энергетики в Красноярском крае

6. Перспективы развития солнечной энергетики

7. Экономическая эффективность использования солнечной энергии для индивидуального частного дома.

1.Солнце – источник энергии

Солнце, как известно, является первичным и основным источником энергии для нашей планеты. Оно греет всю Землю, приводит в движение реки и сообщает силу ветру. Под его лучами вырастает 1 квадриллион тонн растений, питающих, в свою очередь, 10 триллионов тонн животных и бактерий. Благодаря тому же Солнцу на 3емле накоплены запасы углеводородов, то есть нефти, угля, торфа и пр., которые мы сейчас активно сжигаем. Для того чтобы сегодня человечество смогло удовлетворить свои потребности в энергоресурсах, требуется в год около 10 миллиардов тонн условного топлива (теплота сгорания условного топлива — 7 000 ккал).

Если энергию, поставляемую на нашу планету Солнцем за год, перевести в то же условное топливо, то эта цифра составит около 100 триллионов тонн. Это в десять тысяч раз больше, чем нам нужно. Считается, что на 3емле запасено 6 триллионов тонн различных углеводородов. Если это так, то содержащуюся в них энергию Солнце отдает планете всего за три недели. И резервы его настолько велики, что светиться так же ярко оно сможет еще около 5 миллиардов лет. 3емные зеленые растения и морские водоросли утилизируют примерно 34% поступающей от Солнца энергии. Остальное теряется почти впустую, расходуясь на поддержание комфортного для жизни микроклимата в глубинах океана и на поверхности Земли. И если бы человек смог взять для своего внутреннего потребления хотя бы один процент (то есть 1 триллион тонн того самого условного топлива в год), то это бы решило многие проблемы на века вперед. И теоретически вполне понятно, как именно взять этот процент.

Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 10 13 ) кВт·ч энергии в год. Общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот, же период.

2.История развития солнечной энергетики

Многие из нас не подозревают, что способ получения электроэнергии из солнечного света известен около 130 лет. Явление фотоэффекта впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Это случайное открытие оставалось незамеченным вплоть до 1873г., когда Уиллоуби Смит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И хотя его первые опыты были далеко несовершенны, они знаменовали собой начало истории полупроводниковых солнечных элементов. В поисках новых источников энергии в лаборатории Белла был изобретен кремниевый солнечный элемент, который стал предшественником современных солнечных фотопреобразователей. Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии, который ученые называют наиболее перспективным в долговременном развитии мировой энергетики, на самом деле — довольно стар, просто сегодня он получил новый импульс. Первая научная работа по селеновому фотоэлементу была опубликована в 1876 году, в Британии. Лишь в начале 50-х годов 20-го века солнечный элемент достиг относительно высокой степени совершенства.

В 1954 году американцы Пирсон, Фуллер и Чапин запатентовали первый элемент с приемлемым (порядка 6%) КПД.

Низкие цены на нефть после второй мировой войны отвлекли внимание населения от солнечных зданий и вопросов энергоэффективности. Начиная с середины 1990-х, рынок меняет свое отношение к экологии и использованию возобновляемой энергии, и в строительстве появляются тенденции, для которых характерно сочетание проекта будущего здания с окружающей природой.

3. Развитие солнечной энергетики в мире

В большинстве стран мира количество солнечной энергии, попадающей на крыши и стены зданий, намного превышает годовое потребление энергии жителями этих домов. Использование солнечного света и тепла — чистый, простой, и естественный способ получения всех форм необходимой нам энергии. При помощи солнечных коллекторов можно обогреть жилые дома и коммерческие здания или обеспечить их горячей водой. Солнечный свет, сконцентрированный параболическими зеркалами (рефлекторами), применяют для получения тепла (с температурой до нескольких тысяч градусов Цельсия). Его можно использовать для обогрева или для производства электроэнергии. Другой способ производства энергии с помощью Солнца — фотоэлектрические технологии. Фотоэлектрические элементы — это устройства, которые преобразовывают солнечную радиацию непосредственно в электричество.

Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы. К активным солнечным системам относятся солнечные коллекторы и фотоэлектрические элементы. Пассивные системы получаются с помощью проектирования зданий и подбора строительных материалов таким образом, чтобы максимально использовать энергию Солнца.

В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов. В Германии разработана новая технология прозрачной теплоизоляции зданий и солнечных коллекторов с температурой 90-50 гр.С. При наличии такой технологии зеркал в России целесообразно массовое производство СЭС в южных районах, где имеются газопроводы или небольшие месторождения газа и прямая солнечная радиация превышает 50% от суммарной. В США существует несколько экспериментальных фотоэлектрических станций мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт, работающих на энергосистему. Вторая фаза массового производства и использования СЭС в энергосистеме связана с созданием технологий и материалов, позволяющих снизить стоимость установленной мощности примерно в 5 раз, до 1-2 долл/Вт, а стоимость электроэнергии до 0,10-0,12 долл./кВт. ч. Принципиальным ограничением для такого снижения стоимости является высокая стоимость кремния солнечного качества — 40-100 долл/кг. Поэтому создание новых технологий получения кремния, обеспечивающих радикальное — на порядок — снижение его стоимости, является задачей номер один в перечне альтернативных технологий в энергетике.

Однако встречаются и более серьезные системы. Одна из таких была сооружена в США в штате Нью-Мексико еще в 1978 году и работает до сих пор. Это Национальная солнечная установка для тепловых испытаний. Принадлежит она Пентагону и применяется для проверки жаропрочности корпусов военных и гражданских ракет. Состоит NSTTF из 60-метровой башни-мишени и 220 гелиостатов, размером 6х6 метров каждый. Зеркала, подобно архимедовой установке, направляют свои солнечные зайчики в одно полутораметровое пятнышко на верхушке установки, где температура в солнечные дни поднимается до 2 000°С. Всего в 2,5 раза меньше, чем на поверхности Солнца, и в 2 раза выше температуры горения напалма. Установка имеет площадь зеркал 8 500 м 2 и тепловую мощность 5 МВт.

Существуют два основных способа преобразования солнечной энергии: фототермический и фотоэлектрический. В первом, простейшем, теплоноситель (чаще всего вода) нагревается в коллекторе (системе светопоглощающих труб) до высокой температуры и используется для отопления помещений. Коллектор устанавливают на крыше здания так, чтобы его освещенность в течение дня была наибольшей. Часть тепловой энергии аккумулируется: краткосрочно (на несколько дней) — тепловыми аккумуляторами, долгосрочно (на зимний период) — химическими. Солнечный коллектор простой конструкции площадью 1 м2 за день может нагреть 50-70 л воды до температуры 80-90°С. Использование солнечных коллекторов позволяет снабжать горячей водой многие дома в южных районах.

И все же будущее солнечной энергетики — за прямым преобразованием солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов -солнечных батарей. Еще в 30-х годах прошлого века, когда кпд первых фотоэлементов едва доходил до 1%, об этом говорил основатель Физико-технического института (ФТИ) академик А. Ф. Иоффе. Предвидение ученого воплотилось в жизнь в конце 1950-х годов с запуском искусственных спутников Земли, главным энергетическим источником которых стали панели солнечных батарей. Сейчас во всех странах мира идет активная продажа солнечных батарей.

4. Развитие солнечной энергетики в России.

В России в настоящее время имеется восемь предприятий, имеющих технологии и производственные мощности для изготовления 2 МВт солнечных элементов и модулей в год. В качестве примера можно привести проект солнечной электростанции в Кисловодске мощностью 1 МВт. Ее стоимость в ценах 1992 года составляет 1 млрд.руб. По оценкам экспертов , этих средств достаточно для создания в течение 3-4 лет производства солнечных элементов по новой технологии с объемом 10 МВт в год, включая производство солнечного кремния.

5. Развитие солнечной энергетики в Красноярском крае

21 октября 2008 года премьер-министр РФ Владимир Путин поручил инициаторам проекта прояснить финансовую сторону проекта. По его словам, необходимо разработать предложения по реализации проекта в целом, а также по поискам источников финансирования. Кластер будет включать в себя цепочки инновационных наукоемких производств, конечным продуктом которой является создание солнечных батарей.

Следующим звеном кластера станет Красноярский завод цветных металлов и золота, находящийся в собственности региона. Здесь уже освоено производство следующего этапа — монокристаллического кремния.

Для завершения цепочки потребуется строительство совершенно нового высокотехнологичного предприятия, которое будет производить фотоэлементы из монокристаллического кремния и собирать конечный продукт — солнечные батареи. Это производство губернатор края предлагает разместить в портовой особой экономической зоне (ПОЭЗ), создающейся в ареоле красноярского аэропорта. Такое решение позволит более эффективно инвестировать в высокотехнологичное оборудование, которое потребуется доставить в край для создания производства, а также облегчит экспорт готовой продукции иностранным потребителям.

6. Перспективы развития солнечной энергетики

Сегодня уже никто не оспаривает выдвинутый наукой тезис: углеродные ресурсы истощаются, и если поиск альтернативных источников энергии не увенчается успехом, то перспективы нашей цивилизации, мягко говоря, невелики. Солнце может взять на себя роль бесконечного источника энергии. Если будет найден оптимальный способ ее преобразования.

Эффективность современных кремниевых фотоэлементов достаточно высока (их кпд достигает 10-20%), а чем выше кпд, тем меньше требуемая площадь солнечных батарей, которая даже в малой энергетике составляет десятки квадратных метров. Большим достижением полупроводниковой промышленности стала разработка кремниевых фотоэлементов, обладающих кпд до 40%. Последнее важное направление в развитии солнечной энергетики — создание более дешевых и удобных фотопреобразователей: ленточных поликристаллических кремниевых панелей, тонких пленок аморфного кремния, а также других полупроводниковых материалов. Самым высокоэффективным из них оказался алюминий-галлий -мышьяк, его промышленная разработка только начинается. Большую перспективу открывают гетероструктурные полупроводники, эффективность которых в два раза выше, чем простых кремниевых образцов. За открытие гетероструктур и их внедрение продолжатель работ А. Ф. Иоффе директор ФТИ академик Ж. И. Алферов получил в 2000 году Нобелевскую премию Таким образом, признанные во всем мире отечественные полупроводники — это та база, на основе которой можно успешно развивать солнечную энергетику.

Наша страна не богата теплом. Ее не защищают от холодных арктических ветров высокие горы, не обогревают теплые океанские течения. Но у России огромная и богатая природными ресурсами территория. Солнце, хотя и не так щедро, как другим странам, дарит ей свет и тепло. Надо только научиться по-хозяйски использовать этот экологически чистый и неиссякаемый источник энергии.

Солнечная энергетика еще в самом начале пути. Ее вклад в общее мировое энергопотребление не превышает 0,1%, а среди возобновляемых источников ей принадлежит около 1%. Но технический прогресс, достигнутый в этой области за последнее десятилетие, так велик, что специалисты дают весьма оптимистические прогнозы: уже к середине XXI века солнечная энергетика наряду с другими возобновляемыми источниками (геотермальные и приливные станции, ветровые турбины и др.) может занять ведущее положение в мире.

Во многих странах энергосбережение превратилось в предмет государственной технической политики. Появились солидно финансируемые государственные программы в данной области. Ежегодные расходы на НИОКР в сфере нетрадиционной энергетики составляют в мире не менее 1 млрд долларов.

Фотоэлектрические станции (ФЭС) идеальны для путешествий, в вариантах мобильного использования, имея ФЭС, вы можете стать энергетически независимым и наслаждаться комфортом всюду, где есть солнечный свет. При этом абсолютно бесшумно и безвредно для окружающей среды, без вредных отходов или выбросов. Места отдыха оборудованные солнечными элементами свободны от шума и запаха дизелей. Фотоэлектрические станции могут быть применены для питания релейных радиокоммуникаций. Фотоэлектрические модули могут обеспечить катодную защиту металлоконструкций, обеспечить работу знаков водной навигации, водоподъемных установок, бытовой радиоаппаратуры, а также осуществить заряд аккумуляторных батарей для каких бы то ни было других целей. Солнечные электростанции могут быть использованы не только для решения локальных задач, но также и глобальных проблем энергетики.

В США, например, существует несколько экспериментальных ФЭС мощностью от 0,3 Мвт до 6,5 Мвт, работающих на энергосистему. Центром развития солнечной энергетики в США можно считать Сакраменто. Там фотоэлектрические панели установлены на крышах домов, зоопарка, стоянок автомобилей и даже церквей. В Европе, в частности, в Германии действует правительственная программа, предоставляющая налоговые льготы производителям солнечных батарей, монтируемых на крышах домов. Так что все человечество, а не только дачники и владельцы карманных калькуляторов, стоят на пороге важного события, смены энергетической базы. НАСТУПАЕТ ЭРА ЭНЕРГИИ СОЛНЦА.

7. Экономическая эффективность использования солнечной энергии для индивидуального частного дома.

Проведем примерный расчет потребления электроэнергии в индивидуальном доме, где имеются 2 телевизора, компьютер, видеомагнитофон, компьютер, 2 холодильника, 10 шт. осветительных ламп, насос системы водоснабжения, стиральная машина, кратковременно используются мощные приборы типа утюга, чайника, электроинструмента. Энергопотребление такого дома составит около 400 кВт*ч в месяц. При расчете предполагается, что в доме используется автономные системы газового отопления и горячей воды. Это довольно роскошный дом по набору электроприборов. Для типичного среднего потребителя реальны цифры в 200-300 кВт*час и ниже. Кстати, среднестатистические данные по России указывают цифру суточного потребления электроэнергии в 3 кВт*ч, т.е. примерно 100 кВт*ч в месяц. Для энергопотребления дома в выше приведенном примере индивидуального дома, если потребление составляет 400кВт*ч в месяц, то источник должен быть 400000/(31*24) = 533Вт.

Мир не стоит на месте: постоянно разрабатываются и внедряются новые технологии, хотя отдельные страны и регионы значительно отстают. Одно из актуальных направлений развития — переход на альтернативные источники энергии. К таким относится солнечная энергия. Возможность её широкого внедрения обсуждается уже давно. Сейчас солнечная энергетика обеспечивает около 1% от всей потребности в энергоресурсах.

Даже скептики убедились в том, что солнечное излучение может быть преобразовано в электричество. Но человечество не спешит полностью переходить на этот источник, хотя он доступен во всех уголках планеты. Стоит разобраться в том, почему так происходит.

Как из солнечного излучения получается электричество?

Процесс преобразования излучения, вырабатываемого Солнцем, в электрический ток, называется солнечной генерацией. Он включает в себя несколько этапов. Есть несколько технологий, и самыми эффективными признаны следующие:

Аэростатные солнечные станции (СЭС), которые бывают мобильными, тарельчатыми, башенными, на фотобатареях и комбинированными;
Гелиотермальная энергетика;
Фотовольтарика.

Как из солнечного излучения получается электричество

Методы вырабатывания электричества их солнца

Фотовольтарика

Фотовольтарический эффект обеспечивает преобразование солнечной энергии в электроток. В процессе участвует фотоэлемент. Когда на него попадают лучи солнца, энергия частиц света поглощается электронами. Они приходят в движение, и создаётся напряжение. По такому принципу действуют солнечные панели. Они устроены таким образом, что фотоэлементы повёрнуты в сторону солнца и в дневное время поглощают его свет.

Фотоэлектрический эффект.

Панели удобны в использовании, они изготавливаются разных размеров. Их не нужно защищать от перепадов температур и атмосферного воздействия. Устройства для преобразования солнечной энергии в электрический ток выпускают несколько компаний, одна из них — SistineSolar. Её продукция отличается тем, что имеет разные расцветки и текстуру. В этом панели превосходят традиционные, окрашенные в синий цвет. Они не только выполняют основную функцию, но и служат элементом оформления кровли.

Плавающая солнечная электростанция.

Фотовольтарика — перспективная технология, и эксперты считают. что через несколько десятков лет она будет обеспечивать около 20% от общемировой потребности в электричестве.

Гелиотермальная энергетика

Эффективность этой технологии немного ниже по сравнению с фотовольтарикой. Выработка энергии происходит так:

сосуд с водой нагревается пол солнцем;
жидкость превращается в пар;
пар под высоким давлением подаётся на турбину;
в процессе вращения вырабатывается электричество.

Гелиотермальная энергетика.

Таким образом, технология включает в себя несколько этапов. Тепловые электростанции действуют по подобному принципу: жидкость нагревается и превращается в пар, который приводит в действие турбину. Разница в том, что в тепловых электростанциях для нагрева жидкости сжигается уголь.
Крупнейшая в мире гелиотермальная станция, вырабатывающая электрический ток из солнечных лучей, находится в пустыне Мохаве и называется Иванпа Солар. Это показательный пример эффективного применения технологии. Станция была запущена в 2014 году, и все эти годы работает только на солнечной энергии, исправно производя электричество. В конструкцию входят несколько башен. В них помещён большой котёл, наполненный водой. По окружности установлены зеркала. Солнечные лучи попадают на них, затем отражаются и поглощаются поверхностью котла. Вода внутри нагревается и превращается в пар. Зеркала установлены так, что они подвижны. Вращением управляет компьютер, поэтому поверхность всегда повёрнута в ту сторону, где находится солнце.

Мощность солнечной электростанции Иванпа Солар составляет 392 МВт. Примерно столько же электроэнергии вырабатывает средняя московская ТЭЦ.

Электростанция Ivanpah Solar Electric Generating System которая отныне будет носить статус крупнейшей в мире. Ее общая номинальная мощность составляет 392 МВт.

Ночью солнце не светит, однако работа гелиотермальной станции не прекращается, потому что днём используется не весь пар. Часть его отводится в специальные резервуары, а ночью расходуется. Таким образом, электрический ток вырабатывается равномерно.

Аэростатные электростанции

Станции этого типа нельзя назвать распространёнными, но кое-где они применяются. Конструктивно в аэростатную установку входят 4 элемента:

Аэростатные электростанции

Специальный шар — аэростат. Он висит в небе и поглощает лучи солнца. Внутри находится вода.
Паропровод. Нагреваясь, вода превращается в пар, который по паропроводу поступает в турбину, приводя её в движение.

Турбина — основной элемент, вырабатывающий электроэнергию. Насос и конденсатор — когда пар выполняет свою задачу, он остывает и конденсируется. Насос поднимает воду обратно в аэростат. Так цикл повторяется бесконечно.

Аэростатные электростанции.

Солнечная энергетика: положительные аспекты

Солнце — неиссякаемый источник энергии, который будет в распоряжении людей ещё очень долго — пока существует планета Земля. Солнечную энергиэю не надо добывать, как уголь. Процесс переработки тепла в электрический ток не наносит ущерба окружающей среде. Участие человека в процессе не требуется: достаточно оснастить станцию всем необходимым и запустить. Установка работает в автономном режиме.

Обслуживать станцию всё-таки нужно, потому что зеркала и другие поверхности, находящиеся на открытом воздухе, время от времени нужно мыть. Ресурс солнечных батарей при их интенсивном использовании не бесконечен, однако после их переработки получается сырьё, которое можно использовать повторно.

Препятствия к развитию солнечной энергетики

Солнечная энергетика имеет свою специфику. Основная сложность заключается в том, что в отдельные периоды эффективность работы станции сильно снижается. Есть способы, обеспечивающие работу станций ночью, но они бессильны, когда солнца нет в течение нескольких дней. Если долго стоит пасмурная погода, выработка электричества прекращается. В условиях, когда от солнечной электростанции зависит целый город, это привело бы к катастрофе. Но эту проблему можно обойти, применяя основной и резервный источники энергии.

Вторая сложность — высокие расходы на строительство станций. В их конструкцию входят редкие и дорогие элементы. Не каждая страна может позволить себе потратить средства на строительство СЭС, когда есть более мощные АЭС и ТЭС. Кроме ТОО, чтобы разместить станцию, нужно много свободного пространства, причём в таком регионе, где уровень солнечного излучения достаточно высок.

Солнечная энергетика: развитие за рубежом

Компания Tesla предлагает ещё более прогрессивное решение. Её продукция представляет собой материал для покрытия кровли, способный преобразовывать лучи солнца в электроток. Продукт представляет собой черепицу с функционалом солнечных панелей. В каждое изделие встроены специальные модули. По внешнему виду и цвету черепица разная, так что можно выбрать ту, что будет сочетаться с другими элементами дома. Кровельный материал выпускается под названием Solar Roof, и производитель даёт на него бесконечную гарантию.

Солнечная энергетика повышает эффективность. Теперь для солнечной генерации применяют и двусторонние панели. Они поглощают прямые и отражённые лучи солнца, за счёт чего КПД повышается на 30%. На таких панелях работает станция, недавно построенная в Европе. Предполагается, что она будет производить 400 МВт*ч в год.

Ещё одна необычная установка построена в Китае. При мощности 40 МВт она не занимает места на суше, а для Китая это весомое преимущество. Плавучая станция располагается в водоёме. Она закрывает собой некоторую площадь воды, в результате снижается испаряемость. Высокая эффективность работы фотоэлементов достигается за счёт того, что они меньше нагреваются.

Развитие отрасли в России

Пока другие страны переходят на альтернативную энергетику, в России продолжают использовать старинные методы. Электричество вырабатывают, сжигая нефть, уголь и газ. Чтобы понять масштаб отставания, достаточно сравнить 2 страны — Германию и Россию. В первой на солнечную генерацию приходится 20% всего энергобаланса, во второй — менее 0,03%. Отчасти это обусловлено тем, что Российские предприниматели вынуждены думать в первую очередь о рентабельности, а только потом — о пользе для населения. Ведь использование газа в краткосрочной перспективе обходится дешевле. Долгосрочные инвестиции в современные технологии представляются рискованными, поэтому не находится желающих вкладывать средства в строительство солнечных электростанций.

В Крыму находится СЭС Перово — самая мощная станция. Она состоит из 440 тыс. фотоэлектрических модулей, суммарно выдающих 105 МВт. На площади, которую занимает станция, могли бы разместиться 259 футбольных полей. В Крыму работают ещё около 10 станций различной мощности. Вся энергия, вырабатываемая ими, уходит на собственные нужды республики.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

СЭС Перово

В России планируется построить несколько СЭС, за счёт которых доля солнечной энергии должна увеличиться до 1%. Предполагается, что строительство 4 крупных станций завершится в 2020 году. Следовательно, развитие солнечной энергетики в стране всё же началось, хотя идёт оно пока медленными темпами. Есть основания полагать, что в будущем этот способ выработки электричества займёт достойное место наряду с остальными.

Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.

Как солнечная энергия преобразуется в электричество

Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.

фотовольтарика;
гелиотермальная энергетика;
солнечные аэростатные электростанции.

Рассмотрим каждый из них.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Подробнее можете почитать на Википедии: Фотовольтарический эффект

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в отдельной статье.

Современные солнечные панели и электростанции

Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. Черепица Solar Roof содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.

В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.

Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае. Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:

нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.

Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.

Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

В чём преимущества солнечной энергетики

Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

Как развита солнечная энергетика в России

К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.

На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ. Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.

В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.

Так одной из крупнейших в нашей стране является Орская СЭС. Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).

Самой мощной сегодня является СЭС Перово, расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.

Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.

К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.

Таким образом, уже сегодня можно с уверенностью сказать, что солнечная энергетика способна в недалёкой перспективе выступить полноценной альтернативой традиционным способам получения электроэнергии. И даже в России эта отрасль хоть и медленно, но развивается.

Читайте также: