Польза и вред солнечной энергии
Солнечная энергетика – активно развивающееся направление в энергоснабжении частных и общественных зданий. Каковы плюсы и минусы такого природного источника энергии, как солнечное излучение?
Преимущества солнечной энергии
1. Возобновляемость
Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это – возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива – угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться – приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется.
2. Обильность
Потенциал солнечной энергии огромен – поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней.
3. Постоянство
Кроме того, солярная энергия неисчерпаема и постоянна – ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений.
4. Доступность
Помимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира – не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах. Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом.
5. Экологическая чистота
В свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика – это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от невозобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления. Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии – это почти что нулевое воздействие на окружающую среду.
6. Бесшумность
За счет того, что в системах на солнечном ресурсе нет никаких движущихся узлов, как, например, в генераторах, выработка электроэнергии происходит бесшумно.
7. Экономичность, низкие эксплуатационные расходы
Перейдя на солнечные батареи в качестве автономного источника энергии, собственники частых домов получают ощутимую экономию. Немаловажно и то, что обслуживание систем энергоснабжения на солнечных батареях характеризуется низкими затратами – необходимо лишь несколько раз в год подвергать чистке солнечные элементы, а гарантия производителя на них, как правило, составляет 20-25 лет.
8. Обширная область применения
Солнечная энергия обладает широким спектром приложений – это и выработка электроэнергии в регионах, где отсутствует подключение к централизованной системе электроснабжения, и опреснение воды в Африке, и даже снабжение энергией спутников на околоземной орбите. Не напрасно солярную энергию последнее время называют “народной” – это название отражает простоту ее интегрирования в систему электроснабжения дома, как в случае с фотоэлектрическими, так и с тепловыми элементами.
9. Инновационные технологии
С каждым годом технологии в сфере производства солнечных батарей становятся все более совершенными – тонкопленочные модули вводятся непосредственно в строительные материалы еще на этапе возведения сооружений. Японский концерн Sharp – лидер в производстве солнечных панелей, недавно внедрил инновационную систему прозрачных накопительных элементов для оконного остекления. Современные достижения в области нанотехнологий и квантовой физики позволяют говорить о возможном увеличении мощности солнечных панелей в 3 раза.
Недостатки солнечных источников энергии
1. Высокая стоимость
Бытует мнение, что солнечная энергия относится к разряду дорогостоящего ресурса – это, пожалуй, самый спорный вопрос из всех положительных и отрицательных аспектов ее использования. За счет того, что обустройство дома солнечными накопительными элементами обходится в немалую сумму на начальном этапе, многие государства (но пока не Россия) поощряют использование данного экологически чистого источника энергии путем выдачи кредитов и оформления договоров о лизинге.
2. Непостоянство
За счет того, что солнечный свет отсутствует в ночное время, а также в пасмурные и дождливые дни, солнечная энергия не может служить основным источником электроэнергии. Но, по сравнению с ветрогенераторами, это, все-таки, более стабильный вариант.
3. Высокая стоимость аккумулирования энергии
Аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию и сглаживать, в какой-то мере, нестабильность поступления солнечной энергии, отличает высокая цена, доступная не каждому домовладельцу. Упрощает ситуацию тот факт, что пик потребления электроэнергии приходится как раз на светлое время суток.
4. Незначительное загрязнение окружающей среды
Несмотря на то, что по сравнению с производством и переработкой других видов энергоресурсов солнечная энергия наиболее дружественна к природной среде, некоторые технологические процессы изготовления солнечных панелей сопровождаются выбросом парниковых газов, трифторида азота и гексафторида серы.
5. Применение дорогостоящих и редких компонентов
Выпуск тонкопленочных солнечных панелей требует введения теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди индия галлия (CIGS), которые являются редкими и дорогостоящими – это влечет за собой удорожание системы альтернативного энергоснабжения в целом.
6. Малая плотность мощности
Одним из важных параметров источника электроэнергии выступает средняя плотность мощности, измеряемая в Вт/м2 и характеризующая количество энергии, которое можно получить с единицы площади энергоносителя. Данный показатель для солнечного излучения составляет 170 Вт/м2 – это больше, чем у прочих возобновляемых природных ресурсов, но ниже, чем у нефти, газа, угля и в атомной энергетике. По этой причине, для выработки 1 кВт электроэнергии из солнечного тепла требуется значительная площадь солнечных панелей.
Источник
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.
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.
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:
- Авиация. Благодаря солнечной энергии, самолеты могут не расходовать топливо на протяжении некоторого времени.
- Автомобилестроение. Панели могут использоваться для зарядки электромобилей.
- Медицина. Благодаря разработкам южнокорейских ученых, мир увидел солнечную батарею, которую используют для приборов, поддерживающих функциональность организма человека, путем вживления под кожу.
- 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
Солнечные электростанции – это альтернативный источник электроэнергии, которым активно пользуются как в жарких странах, так и в государствах с умеренным климатом. Ученые не пришли к единому мнению насчет эффективности и целесообразности использования панелей в некоторых регионах планеты. Но в том, что за ними будущее, не сомневается уже никто. Чтобы сделать объективные выводы, попробуем детальней разобраться чем полезны (и не очень) современные солнечные электростанции.
Чем полезны солнечные электростанции?
Солнечная энергия доступная всем жителям Земли, а абсолютно любой ее точке. Энергия эта неисчерпаема, поскольку термоядерный синтез в недрах нашего Солнца будет продолжаться еще, по меньшей мере, 5 миллиардов лет. Солнечные станции имеют длинный ряд неоспоримых преимуществ и активно используются во всем мире.
Положительные стороны и польза солнечных электростанций:
- возможность обеспечения полностью автономного энергоснабжения;
- бесплатный и неистощимый источник энергии;
- отсутствие экологического вреда для окружающей среды на протяжении всего срока эксплуатации;
- полная бесшумность работы;
- длительный срок службы с возможностью замены в будущем не всей станции, а только отдельных ее элементов;
- устойчивость к механическим повреждениям (более высокая, чем у всех видов кровельных покрытий).
За солнечную энергию не нужно платить. Оплачивается только оборудование и его установка. Но и эта инвестиция быстро окупается, если установить сетевой или гибридный тип солнечной электростанции. С помощью батарей удается получить альтернативное энергоснабжение, безопасное для экологии, в любом месте земного шара (а также в космосе и, в самом ближайшем будущем, на Луне и Марсе).
СЭС работают бесшумно, так как в конструкции отсутствуют движущие детали. Никакого постоянного гула, который часто возникает от обычных столбов ЛЭП.
Срок службы станции составляет приблизительно 25 лет. Такой период оправдывает высокую цену панелей и дает возможность в будущем получать от них прибыль. Со временем КПД батарей снижается, но деградирующие фотоэлементы легко и не дорого заменить.
Вред солнечных электростанций
Несмотря на экологически чистую генерацию электроэнергии, циклы производства и утилизации солнечных панелей могут вредить окружающей среде и здоровью людей. Грамотная утилизация решает вопрос переработки металлов, которые содержатся в самых панелях (свинец, медь, галлий и кадмий, синтетические материалы), а также основе (чаще всего из алюминия).
Солнечные электростанции, которые занимают большие площади, могут нарушать температурные режимы на данной территории и, таким образом, локально или глобально влиять на климат. Правда такие утверждения по нанесении вреда солнечными электростанциями пока существуют на уровне теорий и никак не подтверждены исследованиями и фактами.
Затененность и пасмурная погода также не критично влияет на эффективность работы модулей данного типа. Такие батареи предлагает, в частности, компания First Solar – мировой лидер в солнечной энергетике.
Еще одним минусом (особенно для бытовых потребителей) солнечных электростанций – высокая цена. Качественные панели действительно недешевые, но их преимущества нивелируют этот недостаток.
Итак, отрицательные стороны солнечных электростанций:
- дороговизна;
- относительно низкая производительность (от 5 до 25%);
- необходимость больших площадей под размещение;
- сложность монтажа целостной системы – включая ряд требований по азимуту, переменным углам наклона и т.д.;
- резкое снижение выработки в пасмурную погоду и падение ее до нуля в темное время суток.
В сравнении с традиционными источниками энергии, солнечные батареи обладают небольшим КПД при сравнимой себестоимости возведения даже крупных промышленных солнечных электростанций. Чтобы обеспечить электричеством весь дом, требуется большое количество фотоэлементов, под которые не всегда можно найти необходимую площадь. Правда, панели постоянно совершенствуются и эффективность их работы повышается.
Батареи хуже функционируют в пасмурную погоду и зимнее время. К тому же важно правильно установить панели, соблюдая определенный угол, и не допуская затенения. В противном случае, даже при значительной инсоляции в регионе, КПД модулей может снижаться в 5-20 раз.
Но благодаря открытию полупроводников нового типа из семейства редкоземельных элементов часть недостатков получилось нивелировать. Батареи такого вида уже не так прихотливы к углам наклона, азимуту, прямому направлению падения лучей, загрязнению поверхности и прочим, важным для кремниевых моделей, факторов. К тому же, он способны генерировать энергию не только из ультрафиолетового и видимого света, но и из части инфракрасного спектра (прежде всего – панели с использованием теллурида кадмия).
Тонкопленочные монокристаллические солнечные батареи с использованием теллурида кадмия от компании GreenTechTrade (представитель американской фирмы First Solar) обладают всеми заявленными преимуществами батарей. А главный недостаток, незначительная токсичность некоторых составляющих панели, полностью нивелируется производителем, поскольку компания обязывается утилизировать панель или отправить модуль на вторичную переработку по истечению гарантийного срока эксплуатации. Тонкопленочные панели First Solar работают при любой погоде и не нуждаются в установке под определенным углом строго на юг.
Источник
В мире сокращается запас природных ископаемых для производства электричества. В поисках
альтернативных источников энергии человечество давно обратило свой интерес к Солнцу. Ежедневно Земля получает огромное количество солнечной энергии – 173000 Тераватта. Это в 10000 раз больше всей электроэнергии, потребляемой населением планеты. Но для ее преобразования нужно специальное оборудование.
Существующие способы использования солнечной энергии для получения электричества и тепла.
- Применение систем солнечных батарей и электростанций;
- Использование коллекторов, нагреваемых солнечными лучами, для использования разогретой воды в отоплении и электрогенераторах;
- Термовоздушные электростанции, преобразующие солнечную энергию для раскручивания турбогенераторов;
- Аэростатные солнечные электростанции.
Солнечная энергия доступна и бесплатна, ее не нужно добывать, она неисчерпаема. Но есть у гелиоэнергетики и недостатки.
Недостатки использования солнечной энергии
- Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие;
- В пасмурные дни и ночью солнечная энергия недоступна;
- Необходимость использования больших площадей под солнечные источники энергии;
- Содержание токсичных веществ в фотоэлементах;
- Низкий КПД солнечных батарей, среднее значение эффективности не превышает 20%;
- Высокая стоимость солнечных фотоэлементов;
- Поверхность солнечных панелей и зеркал (для термовоздушных ЭС) нужно очищать от попадающих загрязнений;
- При нагреве солнечных элементов, значительно падает эффективность их работы;
- Сложная утилизация солнечных панелей.
Несмотря на имеющиеся недостатки, солнечная энергетика является самой быстрорастущей альтернативной энергетической отраслью, она составляет лишь 1% энергии, используемой сегодня. Но, по оценкам Международного энергетического агентства, солнечная энергия может обеспечить 20-25% глобальной энергии к 2050 году.
Создание солнечных батарей
Солнечные батареи – относительно новая технология получения электрической и тепловой энергии, берущая свое начало с 70-х годов прошлого столетия. Но человечество научилось пользоваться силой Солнца уже очень давно. Еще древние греки и римляне использовали энергию Солнца для получения огня с помощью увеличительного стекла и специально изогнутых зеркал. Так они могли зажигать факелы для религиозных ритуалов, и даже топить корабли врагов. Направляя зеркала под определенным углом, подогревали воду в термах и освещали темные помещения.
Создатель солнечных панелей Беккерель
В 1839 году французский ученый Беккерель обнаружил фотогальванический эффект. Экспериментируя с электролитами он заметил, что больше электричества было произведено, если гальванические элементы были подвержены солнечному свету.
Процесс создания и первые прототипы солнечных панелей
Первая солнечная батарея, похожая на современную, была выпущена в 1908 году, через 3 года после публикации статьи о фотоэлектрическом эффекте, за которую Эйнштейн получил Нобелевскую премию. В 1954 году был создан первый кремниевый фотогальванический элемент. В 1970 году была введена менее дорогая версия кремниевого солнечного элемента, что ознаменовало начало коммерциализации солнечных батарей. С начала 2000 годов, ученые сосредоточили внимание на способах сделать солнечные панели более эффективными и удобными. В результате технология стала более доступной для всех. Конечная цель – сделать солнечную энергию столь недоргой, как традиционные источники энергии, поскольку она по-прежнему недостаточно конкурентоспособна.
Производство и утилизация солнечных панелей
Производство солнечных панелей является энергоемким процессом. В настоящее время большая часть энергии, используемой для создания солнечных панелей, связана с переработкой ископаемого сырья, поэтому даже производство этих экологически полезных продуктов может способствовать загрязнению и глобальному потеплению.
Приблизительно 600 кВтч энергии используется для производства каждого квадратного метра солнечных батарей, чего достаточно для освещения 1000 лампочек мощностью 60 Вт в течение десяти часов. Средняя энергосистема использует около двух или трех панелей, каждая из которых имеет площадь около 2 м2. При установке в выгодном месте солнечная панель может производить до 200 кВтч на квадратный метр электроэнергии в год. Поэтому энергия, используемая в процессе производства панели, компенсируется только через несколько лет эксплуатации.
Исходным материалом для изготовления солнечных батарей служит трихлорсилан, ядовитый и взрывоопасный продукт. При его перегонке и восстановлении при помощи водорода, получают чистый кремний. Побочным продуктом, на этом этапе производства, является соляная кислота. Далее, кремний плавят и получают слитки, из которых делают элементы солнечных батарей.
Для производства солнечных панелей требуется использование многих опасных химических веществ. Яды, такие как мышьяк, хром и ртуть, также являются побочными продуктами производственного процесса. Эти химические вещества могут нанести серьезный ущерб окружающей среде, если их правильно не утилизировать.
Утилизация вредных элементов солнечных панелей должна сопровождаться специалистами по переработке
При соблюдении технологий улавливания и очистки токсичных газов и жидкостей, производство не будет вредным, но часто, особенно в развивающихся странах, такое оборудование не устанавливается на предприятиях, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Энергия, используемая в производстве солнечных панелей, не является единственной энергетической затратой. Необходимо также учитывать энергию, используемую для их транспортировки, особенно если панели импортируются из другой части мира. Утилизация солнечных батарей – большая проблема. Многие из материалов, используемых для их изготовления, трудно перерабатывать, а сам процесс рециркуляции требует большого количества энергии.
Вред экологии
Несмотря на экологическую безвредность применения солнечных батарей, их производство и утилизация может навредить окружающей среде и здоровью людей. Солнечные панели содержат металлы, такие как свинец, медь, галлий и кадмий, синтетические материалы. Их основа изготавливается из алюминия. Все это требует грамотной утилизации. Также, размещенные на больших площадях, они могут влиять на климат, нарушая естественный температурный режим.
Само производство фотоэлементов и панелей является химически грязным. Стоки и отработанные газы пагубно влияют на экологию. Земля, вода и воздух могут содержать вредные вещества, что является угрозой для всего живого вокруг этих предприятий.
Так стоит ли причислять солнечные панели к предметам причиняющим вред экологии?
Количество солнечных электростанций растет. Если технологии не будут развиваться в сторону наименьшего причинения вреда планете и людям, человечество ждет еще одна рукотворная экологическая проблема.
Источник