Солнечная энергия что такое, как применяют и распространение в России

Солнечная энергетика в России перспективы развития и проблемы

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:

  1. Экологичность.
    За нулевое воздействие на окружающую среду гелиоэнергетике отдается большее предпочтение. Независимо от способа генерации, процесс безопасен для экологии.
  2. Доступность.
    Солнечные электростанции (СЭС) работают в любой точке мира. Среднегодовые температуры не важны, учитывается только уровень инсоляции территории.
  3. Неисчерпаемость.
    Объем энергетического сырья земных недр стремительно сокращается, а энергии Солнца хватит на 6,5 млрд лет.
  4. Экономичность.
    Расходы на добычу, транспортировку энергоносителя отсутствуют, поэтому солнечные батареи выгодно устанавливать.
  5. 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.

Отдельного внимания заслуживает Крым. Из-за непростой геополитической обстановки полуостров был отрезан от необходимого электроснабжения. К концу 2015 г в Республике запустили крупнейшую в России СЭС мощностью на 110 мегаватт «Владиславовку». Позже в дополнение открыли еще 2 гелиостанции:

  1. «Перово» , расположенную на 200 Га (площадь 259 футбольных полей). Здесь установлено 440 тыс. солнечных модулей, вырабатывающих 105 МВт.
  2. «Охотниково» на территории 160 Га, генерирующую 82 МВт.
Читайте также:  Ситроен ДС4 2020 цены новинки, комплектации модели, фото, видео тест-драйв

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%.

На примере немецкой программы «2000 солнечных крыш», в России в стадии разработки находится мегапроект «Миллион солнечных крыш».

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:

  • «Хевел»—Чувашия;
  • ЗАО «Телеком-СТВ»—Зеленоград;
  • Рязанский ЗМКП;
  • «Сатурн»—Краснодар.

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

Для подключения ВИЭ к общей энергосети страны, Правительство утвердило закон No47 от 23.01.2015 «О стимулировании использования ВИЭ на различных рынках электросети». Постановление призвано поддержать и максимально развить в ближайшем будущем нетрадиционные энергоисточники.

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.

В помощь Минэнергии 9 некоммерческих энергохолдингов объединились в «Ассоциацию солнечной энергетики России». В целях организации числится комплексное прогрессирование гелиоэнергетики по всей стране и международное сотрудничество с лидерами в этой сфере.

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.

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Использование энергии морских приливов и отливов

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Солнце является неиссякаемым источником света, ультрафиолетового и теплового излучения. Солнечная энергетика считается одной из самых перспективных. Экологичность – основная причина актуальности солнечной энергетики. Ученые постоянно совершенствуют используемое оборудование, создают новые виды генераторов.

Солнечная энергия является результатом преобразования лучевого потока, поступающего от светила, в электрическую или тепловую энергию. На современном этапе развития производства рано говорить о полноценном использовании природного ресурса солнце. Но многое уже сделано.Что такое солнечная энергетика?

Концентрированную солнечную энергию CSP (Concentrated Solar Power) улавливают и преобразуют по нескольким технологиям. СЭС бывают двух типов:

  1. Жидкостные, вода или другая жидкость разогреваясь от инфракрасных волн, вращает турбины электрогенераторов.
  2. С фотоэлементами, генерирующие электроны под действием света.
  3. Комбинированные СЭС сочетают сразу оба вида преобразователей.

История развития солнечной энергетики

«Приручить» солнце пытались еще во времена Архимеда. Дот наших дней дожила легенда о сжигании кораблей с помощью огромного зеркала – сфокусированный луч жители Сиракузы направили на флот противника.

В истории развития солнечной энергетики имеются факты об использовании энергии солнц:

  • для обогрева каменных дворцов;
  • выпаривания морской воды с целью получения соли.

Водонагреватели стали совершеннее, когда Лавуазье применил линзу для концентрации инфракрасных лучей. Так удавалось плавить чугун. Позже французы стали использовать нагретую до состояния пара воду для механического привода к печатному оборудованию. О перспективах солнечной энергетики ученые заговорили после создания полупроводников. На их базе были созданы первые фотоэлементы.

Достоинства солнечной энергетики

Солнечно-ветровая энергетика работает на возобновляемых ресурсах. Их не нужно добывать, они готовы к использованию без вмешательства человека. Стоит подробно рассмотреть преимущества солнечной энергетики.

Доступность источника энергии

О перспективе развития солнечной энергетики задумываются многие страны. Разрабатываются проекты по использованию фотоэлементов и теплосистем на энергии солнца владельцами частных домов. Общедоступность источников энергии заставляет находить новые возможности ее использования. Фотоэлементы встраивают в одежду, сумки, выпускают мини-панели для туристов.

Читайте также:  Что делать, если сигнализация машины не выключается

Постоянное и независимое энергоснабжение

В жарких климатических зонах, горных районах поток света практически постоянный. Не случайно крупные станции располагают именно там. Как вспомогательные источники энергии применяют в отдаленных от цивилизации уголках, где нет линий электропередач.

Бесплатное потребление

Электричество, получаемое от домашних генераторов, работающих от солнца, никем не учитывается. Ежемесячно платить за электроэнергию не придется. Ощутимые первоначальные затраты в дальнейшем приводят к экономии по оплате коммунальных услуг. Современные фотопанели хорошо адаптированы для применения в частных домах.

Экологичность

Электростанции работают без вреда для окружающей среды. Утилизируют их методом рециркуляции – отдают на переработку как вторсырье.

Бесшумность

В отличие от бензиновых или дизельных генераторов домашние энергосистемы, преобразующие энергию солнца, работают бесшумно. Турбины гелиостанций расположены так, что не наносят вреда окружающему растительному и животному миру децибелами, вибрацией.

Высокая износостойкость

Оборудование просто эксплуатировать, ему не требуются постоянные профилактические ремонты. Ресурса полупроводников хватает на много лет, после 30-летней эксплуатации генерация электронов уменьшается всего на 20%.

Недостатки солнечной энергетики

На сегодняшнем уровне у существующих технологий аккумулирования и преобразования световой, инфракрасной, ультрафиолетовой энергии солнца длительный срок окупаемости. Это не единственный недостаток. Основной проблемой солнечной энергетики остается недостаточное развитие технологии. Утешает то, что отрасль развивается.

Низкий КПД

Максимальный коэффициент полезного действия световых станций любого типа не превышает 30%. При сжигании топлива отдача выше. Поток лучей непостоянен, он прекращается, когда часть планеты входит в теневую область. Потребление энергии в темную часть суток возрастает. Приходится решать проблемы аккумулирования энергии. Со временем КПД фотоэлементов снижается, проводимость полупроводников уменьшается, панели приходится менять.

Большая площадь, занимаемая системой

Для размещения зеркал на гелиостанциях, монтажа батарей требуется пространство, исчисляемое тысячами гектаров. Люди находят выход из положения: размещают панели на вертикальных щитах, крышах строений. В промышленных масштабах такое невозможно, территория станция занимает несколько десятков футбольных полей.

Зависимость работы от погодных условий

На процесс генерации влияет погода. При сильной облачности большая часть лучей рассеивается, не достигая пространства. Жесткие панели страдают от снеговой нагрузки, града. Эффективность снижается, когда на батареях скапливается грязь. Крепежные элементы испытывают воздействие погодных факторов.

Экологические последствия развития солнечной энергетики

Инновационный подход к развитию энергетики приводит к снижению вредных выбросов в атмосферу от сжигания топлива. За счет применения технологий по преобразованию энергии светила в электрическую снижается энергопотребление коммунальных хозяйств.

Хотя преимущество газообразного, жидкого, твердого топлива неоспоримо, пора задуматься об экологических последствиях. При переходе на энергию СЭС:

  • снижается риск техногенных аварий;
  • возобновление ресурса происходит без участия человека;
  • минимизированы вредные воздействия на экосистему;
  • не выделяются парниковые газы, разрушающие озоновый слой;
  • для строительства СЭС не требуется менять ландшафт, нет объемных земляных работ по выемке грунта;
  • в сравнении со строительством ГРЭС не нарушаются русла рек, территории не подлежат затоплению, не наносится ущерб флоре и фауне.

По затратам разработка новых шельфовых месторождений нефти и газа сопоставима со строительством СЭС.

Развитие солнечной энергетики в разных странах

По оценкам экспертов, в будущем солнечная энергетика полностью вытеснит бензиновые генераторы, значительно увеличится объем генерируемой тепловой и электрической энергии в мировом масштабе.

Оценка эффективности станций высокая. Совершенствуются фотоэлементы, увеличивается аккумулирующая способность гелиосистем. По официальным данным, 1% потребляемого электричества генерируется фотоэлементами. Технологии постоянно совершенствуются, повышается КПД батарей.

Доля солнечной энергетики в Германии превысила 20% общей выработки электричества, страна входит в список пяти держав с развитой структурой СЭС. Применение батарей-генераторов становится нормой. За счет энергии солнца удается покрывать 50% ежедневных потребностей на ЖКХ.

Преимущества двойной батареи фотоэлементов не так давно оценили в Европе, она улавливает прямое и отраженное излучение. Такое конструкционное решение увеличивает производительность фотоэлементов на 30%. Кстати, солнечной энергетике в странах Европы уделяется должное внимание. Страны, не имеющие запасов природных углеводородов, отказались от развития ядерной энергетики в пользу альтернативного использования возобновляемых природных источников. В Бельгии годовая выработка СЭС превышает 3 тысяч мегаватт, Испании – 5,3 тысяч, Франции – 5700 МВТ, Италии – 18 тысяч мегаватт.

Станции строят в Японии, Австралии, других странах мира. Даже в Канаде, северной стране, разработаны программы по внедрению батарей с фотэлементами. Они занимают огромные площади на заснеженных просторах страны. Китай с 2015 года – лидер по производству и установке гибких и жестких панелей с фотоэлементами.

Самой разносторонней считают солнечную энергетику в США. Американцы строят гелиотермальные станции, преобразующие тепло солнца в пар, который вращает турбины. В год в энергосистему Америки ежегодно поступает 18317 МВт электричества, получаемого от солнца. На территории США в пустыне Мохаве расположена самая крупная СЭС в мире.

Читайте также:  Ремонт подвески Geely MK – цены на ремонт ходовой Джили МК

Как развита солнечная энергетика в России?

В энергобалансе страны доля солнечной энергии ничтожно мала – 0, 03%. Из-за большого срока окупаемости частные инвесторы не торопятся вкладывать деньги в эту отрасль, получать электроэнергию из газа гораздо выгоднее.

Остается надеяться на государственные инвестиции в солнечную энергетику. В планах строительство четырех крупных станций, увеличение объема получаемого от солнца электричества до 1%. Развитие солнечной энергетики ограничено территориально, в самых индустриально развитых регионах низкая инсоляция, строительство СЭС нецелесообразно.

Инвестиционные программы разрабатываются с учетом ландшафта при поддержке властей. В этом году закончено строительство станции «Енотаевка» мощностью 15 МВт в Астраханской области. В этом регионе планируются еще две: «Михайловская», «Элиста Северная».

Оценка инсоляции делается на основании многолетних наблюдений за погодой. Рынок солнечной энергетики РФ постепенно расширяется.

Строить электростанции, преобразующие энергию солнца, рентабельно вдоль южных границ:

  • в Сибири;
  • Крыму;
  • на Дальнем Востоке;
  • в горах Алтая, Кавказа.

В этих районах ожидаемая эффективность подтверждена.

Уже работают крупные СЭС:

  • Фунтовская, Ахтубинская в Астраханской области генерируют по 60 МВт;
  • Орская, первоначальная годовая мощность 25 мегаватт в 2017-м году увеличена до 40 МВт;
  • Самарская, это еще 75 мегаватт.

Крым – регион, где 250 ясных дней в году. Там построена самая большая СЭС России «Воалистаовока», она ежегодно выдает 1100 МВт. Чуть меньше «Перово» (105 МВт), на третьем место по производительности и занимаемой площади «Охотниково» (85 МВт). В Крыму расположено два десятка станций.

В России проектируется и строится 30 новых станций. Фотопанели используют владельцы частного сектора для собственных нужд, особенно в удалении от сетей единой энергосистемы. Развитие альтернативной энергетики поддерживается на государственном уровне, создана Ассоциация предприятий солнечной энергетики. Для строительства СЭС привлекаются иностранные инвесторы.

За использованием энергии солнца будущее. Разрабатываются модели фотобатарей на крышах машин, есть дорожные магистрали с полотно из фотоэлементов. КПД таких систем около 10%. Доля альтернативной энергетики в мире постоянно растет.

Солнечная энергия в России: проблемы и перспективы развития солнечной энергетики

Использование энергии морских приливов и отливов

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Альтернативная энергетика своими руками для дома

Геотермальные электростанции: плюсы и минусы выработки электроэнергии ГеоТЭС

Новое гибридное устройство способно не только улавливать, но и хранить солнечную энергию

Ученые смогли создать конструкцию, объединяющую функции солнечной батареи и аккумулятора.

Вопреки своему названию, солнечные батареи не запасают энергию, полученную от солнца. С помощью фотоэлектрической технологии они напрямую производят электричество. Новая технология, предложенная исследователями из Университета Хьюстона, улавливает тепло от солнца и сохраняет его в виде тепловой энергии. Это позволит решить такие проблемы солнечной энергетики, как невозможность круглосуточного использования прямой солнечной энергии, ограниченные часы солнечного света, пасмурные дни. Статья о технологии опубликована в издании Joule.

Новый «гибрид» состоит из «молекулярного хранилища» и локализованного материала с фазовым переходом. Они разделены аэрогелем на основе диоксида кремния для поддержания необходимой разницы температур. Прибор позволяет накапливать как энергию в молекулярной форме, так и скрытую теплоту (тепло, выделяемое или поглощаемое в процессе фазового перехода при постоянной температуре). Такое устройство сбора и хранения в перспективе позволит получить источник бесперебойной энергии для работы в режиме 24/7.

Ученые добились эффективности поглощения в пределах 73-90%, в зависимости от масштабов установки. До 80% энергии, которая хранилась в устройстве в темное время суток, удалось выделить обратно; для светлого времени этот процент был еще выше. По словам ученых, такая эффективность связана со способностью прибора поглощать весь спектр солнечного света.

В качестве «молекулярного хранилища» использован норборнадиен-квадрициклан — комбинация двух изомеров полициклических углеводов, которые переходят из одной формы во вторую при поглощении солнечного света. Это вещество, по словам ученых, обладает высокой удельной энергией и хорошо выделяет тепло, к тому же способно оставаться стабильным в течение длительного периода хранения энергии.

Реакция превращения норборнадиена (слева) в квадрициклан. Прямая реакция идет при поглощении солнечного света, обратная — с выделением теплоты / © Researchgate

Устройство обеспечивает повышенную эффективность несколькими способами: солнечная энергия сохраняется в молекулярной форме, а не в виде тепла, поэтому со временем не рассеивается. А поскольку накопленная энергия хранится там же, где собирается, это избавляет от потерь, связанных с транспортировкой.

Особенно полезным кажется свойство нового устройства, которое позволяет работать с энергией в темное время суток, при слабом или вовсе отсутствующем солнечном излучении. Полученная ранее энергия собирается норборнадиен-квадрицикланом, который переходит в форму с более высокой энергией. Это дает устройству возможность производить тепловую энергию ночью даже эффективнее, чем днем, отмечает автор статьи доктор Т. Рэндалл Ли.

Ранее ученые из США создали «наноподсолнухи» для лучшего поглощения солнечного света, а их коллеги из Сколково разработали высокоэффективный прозрачный гибкий проводник.

Ссылка на основную публикацию
Создаем устройство для соединения JTAG-интерфейса спутникового ресивера
Страничка эмбеддера; Самодельный отладчик для ARM (j-link v5) Для многих любителей, самое болючее в переходе на новую процессорную архитектуру –необходимость...
Снегоходы «Русской механики»
Тайга Варяг 500 - ТЕСТ 2015 г. в., 497 см3, 43 л. с., 265 кг, 232 000 руб. «Тайга Варяг...
Снимаем и разбираем руль ВАЗ 2107
Снять руль ВАЗ 2107 Если, Вы, пока еще, не очень опытный автолюбитель, и перед Вами, как раз сейчас, стала задача;...
Создание детали в КОМПАС-3D — пошаговая инструкция
Создание детали в КОМПАС-3D - пошаговая инструкция Создание деталей в КОМПАС не составит для Вас труда, если Вы хорошо ориентируетесь...
Adblock detector