Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

17.08.2015

Історія розвитку сонячної енергетики

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

З усіх галузей народного господарства енергетика робить самий великий вплив на наше життя. Енергозабезпечення — це основа нормального функціонування будь-якого виробництва, а, отже, і всієї людської цивілізації. Тепло і світло в будинках, робота верстатів і агрегатів на виробництві, транспортні потоки і сільська страда – все це численні лики енергетики. Різні технічні досягнення давно вже стали для нас частиною життя, однак всі вони можливі лише за умови достатнього і доступного енергозабезпечення, за рахунок освоєння альтернативних видів енергії, нових технологій видобутку і переробки первинних енергоносіїв.

Виробництво енергії з традиційних джерел, враховуючи зростаючу потребу в ній, згубно позначається на екологічному стані планети. Теплові електростанції, що виділяють у процесі роботи величезні кількості вуглекислого газу, що викликають парниковий ефект, який є причиною глобального потепління клімату. Викиди оксидів сірки і азоту досить великі навіть при наявності дорогих очисних споруд. У з’єднанні з атмосферною вологою, ці оксиди викликають кислотні дощі, що призводять до загибелі лісів, зменшенню рибних запасів, зниження родючості грунту. В кислій воді підвищується розчинність важких металів та їх сполук, які можуть потрапляти в питну воду. Ще більш небезпечні і непередбачувані атомні електростанції викидають в атмосферу близько 26 тонн радіоактивних відходів у день. Крім цього великий ризик аварій на АЕС, можуть стати катастрофою для всього людства. Все це викликає справедливе занепокоєння екологів.

Інший проблемою традиційної енергетики, що використовує головним чином викопні види палива — нафта, газ, вугілля, є виснаження їх запасів, які далеко не нескінченні. Тому їх називають непоновлюваними джерелами енергії. Споживання нафти в світі протягом одного року еквівалентно її кількістю, що утворюється за 2 млн. років. Виснаження ресурсів підвищує собівартість і трудомісткість видобутку, а також скорочення обсягів видобутого палива. Запасів ж урану, за підрахунками фахівців, вистачить не більш, ніж на 50 років.

Скорочення запасів природних енергоресурсів, неминуче забруднення навколишнього середовища поставили людство перед необхідністю пошуку і використання нових відновлюваних джерел енергії. Джерел енергії на Землі багато, але їх вже зараз катастрофічно не вистачає. За прогнозами експертів до 2020 року енергії потрібно майже в три рази більше, ніж в даний час. Криза 70-х років двадцятого століття став першим вісником енергетичної кризи, що викликав підвищений інтерес до альтернативних поновлюваних джерел енергії. Такими джерелами є:

-сонячна енергія;

-енергія вітру;

-гідроенергія;

-енергія біомаси.

Сонячна енергетика має на сьогоднішній день найбільш широкі перспективи. Сонце – це практично невичерпне джерело відновлюваної екологічно чистої енергії, що живить все живе на Землі. Кількість сонячної енергії, падаючої на поверхню Землі за тиждень перевищує енергію світових запасів нафти, газу, вугілля та урану разом узятих.

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

«Сонячна електрика» може стати альтернативою органічних видів палива, запаси яких стрімко зменшуються. Існуючих запасів вугілля вистачить на найближчі 50-100 років, а сонячної енергії ще на 2-3 мільярди років. Сонце – це основне джерело енергії на Землі. Завдяки Сонцю течуть ріки, вітер дме, під життєдайними променями виростає 1 квадрильйон тонн рослин, є їжею для трильйонів тонн живих організмів. Запаси торфу, вугілля, нафти, газу, активно використовуються людством в якості джерела енергії – це теж робота Сонця. Рослини та морські водорості споживають лише 3-4 відсотки поступаючої від Сонця енергії. Інша частина сонячної енергії просто розсіюється, витрачаючись лише на підтримку комфортної для життєдіяльності організмів температури в глибинах океану і на земній поверхні. В даний час людство споживає лише одну десятитисячну частину тієї енергії, яку Сонце надсилає до Землі. І, якщо б людина змогла взяти у Сонця хоча б один відсоток надходить від нього енергії енергетична проблема не поставала перед людством ще багато століть. Вже понад півстоліття Сонце забезпечує енергією космічні апарати на орбіті. Екологічно чиста і невичерпна енергія Сонця – це майбутнє і земної енергетики.

Головний олімпійський стадіон в Пекіні «Гніздо птаха» увійшов в десятку найкращих архітектурних споруд 21 століття. Його спортивні арени вражають не тільки своєю оригінальною формою, але і самими сучасними технічними рішеннями. Освітлення стадіону забезпечується енергією від сонячних батарей, розміщених на даху та стінах споруд.

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

Будівництво енергозберігаючих будинків із сонячними батареями стає все більш популярним у країнах Європи. Поки ця енергія досить дорога. Але пройде 5-10 років і вироблення електроенергії сонячними батареями стане рентабельною не тільки в Космосі, але і на Землі.

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

Явище фотоефекта, що представляє собою випромінювання електронів під впливом сонячного світла, було вперше помічено ще в 1839 році А. Беккерелем, однак повністю розроблена ця теорія виявилася лише в 1905 році Альбертом Энштейном, за що він і отримав Нобелівську премію. Через сорок чотири роки після відкриття Беккереля Чарльз Фріттс в 1883 році створив перший сонячний модуль. Основою винаходу був покритий тонким шаром золота селен. ККД цієї батареї був не більше 1 відсотка до створення сучасних сонячних батарей було ще далеко. Лише в 30-х роках 20 століття радянським фізикам вдалося вперше отримати електричний струм, використовуючи явище фотоефекту. У физикотехническом інституті, яким керував видатний вчений академік Іоффе були створені перші сонячні сірчисто-таллиевые елементи. ККД цих перших сонячних елементів становило всього 1 відсоток, тобто електричний струм перетворювався всього лише 1 відсоток падає на елемент сонячної енергії. Але початок розвитку сонячної енергетики було вже покладено. Наступним кроком на шляху створення сонячних перетворювачів енергії стало винахід на початку 50-х років 20 –го століття кремнієвого сонячного елемента американцями. Американські вчені Пірсон, Фуллер і Чапін відкрили і запатентували кремнієвий сонячний елемент з ККД близько 6 відсотків. Щодо високого ступеня розвитку, достатньої для широкого практичного застосування, сонячні елементи досягли лише на початку 50-х років 20-го століття. У 1957 році в СРСР був запущений перший штучний супутник із застосуванням фотогальванічних елементів, а в 1958 р. США провели запуск штучного супутника Explorer 1 з сонячними панелями. З 1958 року кремнієві сонячні батареї стали основним джерелом енергії для космічних кораблів і орбітальних станцій.

У 1970 році в СРСР Жоресом Алферовим і його соратниками була створена перша високоефективна гетероструктурная (із застосуванням галію і миш’яку) солнечнаWww.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики
я батарея. До середини 70 років минулого століття вдалося підняти ККД сонячних елементів до 10 відсотків. Після цього настала смуга застою майже на два десятиліття. Для використання в космічних апаратах 10-ти відсоткового ККД цілком вистачало, але для застосування на Землі виробництво сонячних батарей у той час було недоцільним, так як необхідний для цього кремній коштував дуже дорого (до 100 доларів за 1 кг), спалювання тоді ще значних запасів органічного палива було набагато рентабельно. Це призвело до сильного скорочення фінансування досліджень в області сонячної енергетики і сильно загальмувало поява нових розробок і технологій. Як справедливо було помічено академіком Жоресом Алферовим на зборах АН СРСР, якби на розвиток альтернативної енергетики було виділено хоча б 15 відсотків коштів, вкладених в атомну енергетику, то атомні електростанції були б взагалі не потрібні. І це дійсно було б можливо, враховуючи той факт, що незважаючи на мінімальне фінансування досліджень в області сонячної енергетики нашим вченим вдалося підняти ККД сонячних елементів до середини 90-х років до 15 відсотків, а до початку 21 століття вже до 20 %.

Використовуючи ідею Ga-As-сонячних елементів Applied Solar Energy Corporation (ASEC) вже у 1988 р. створили батарею з ефективністю 17 відсотків, що на той момент було значним досягненням. У 1993 році ККД Ga-As сонячного елемента вдалося довести до 19% і в тому ж році ASEC випустили фотоелектричну панель продуктивністю вже в 20%.

Серйозним позитивним зрушенням у розвитку сонячної енергетики послужило створення американцями в 90-х роках минулого століття особливих цветосенсибилизированных типів сонячних батарей, більш ефективних, ніж застосовувані раніше. Цей новий тип батарей більш економічно вигідний, так і проводити їх простіше. На сьогоднішній день основна маса випускаються сонячних батарей має ККД трохи більше 20 відсотків. У 1989 році було створено пристрій, що працює з ККД більше 30 %. В 1995 році з’явилися перші експериментальні розробки тонкоплівкових фотогальванічних елементів, в якості основи для яких використовувався тонкий пластик (thin-film photovoltaic cell).

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

Основним матеріалом для виробництва сонячних елементів є досить поширений хімічний елемент – кремній (Si), що становить майже четверту частину маси земної кори. Однак зустрічається в природі у зв’язаному вигляді. Це звичайний пісок (SiO2), що покриває кілометри пляжів, пісок, яким наповнюють дитячі пісочниці, пісок, який використовується при виробництві бетону або скла. Технологія отримання чистого кремнію (силициума) складна і настільки дорога, що вартість чистого (не більше одного грама домішок на 10 кг продукту) силициума порівнянна з вартістю збагаченого урану, необхідного для роботи атомних електростанцій. І хоча природні запаси кремнію більше запасів урану майже в 100 000 разів, якісного чистого кремнію, з-за складності отримання, виробляється майже в 6 разів менше, ніж уранового палива для АЕС. Основні труднощі у виробництві чистого кремнію пов’язані, насамперед, з недосконалістю технологій видобування і очищення, і досі залишаються на рівні 50-х років 20-го століття. Так званий «брудний» кремній (що містить більше 1 відсотка домішок) видобувається електродуговим методом, що значно простіше технології вилучення урану з руди. Тому вартість природного урану вище вартості «брудного» кремнію (трохи більше 1 долара за кілограм) майже в 10 разів. У процесі збагачення природного урану до необхідного для атомного палива рівня, його вартість зростає до 400 доларів за кілограм і стає порівнянною з ціною «сонячного» кремнію, використовуваного в сонячних елементах. Така, загалом невисока, вартість ядерного палива зумовлена значними коштами, вкладеними в розвиток атомної енергетики, сучасними технологіями його видобутку і збагачення. Недосконалість самих технологій сонячної енергетики не тільки істотно впливає на вартість кінцевого продукту, але і призводить до низького виходу чистого кремнію, підвищеним енерговитрат і, що важливо, до екологічної небезпеки. Так, з тонни кварцового піску, що містить близько 500 кг кремнію, при застосуванні діючих сьогодні технологій електродугового вилучення і хлорсилановой очищення, виходить від 50 до 90 кг «сонячного» кремнію. Отримання одного кілограма сонячного сировини вимагає кількості енергії, еквівалентного енергії, що витрачається на безперервну роботу електрочайника потужністю 1 кіловат протягом 250 годин. Незрозуміло, чим можна пояснити такий стан справ в сонячній енергетиці нашої країни, оскільки вже давно існують більш прогресивні технології, наприклад, карботермический цикл, застосовуваний для отримання чистого кремнію німецькою фірмою Siemens. В результаті застосування цієї технології енерговитрати знижуються на порядок і в 10-15 разів збільшується продуктивність, що призводить до зменшення вартості кінцевого продукту до 5-15 доларів за 1 кілограм. В нашій країні знаходяться найбільші запаси «особливо чистих кварцитів», необхідних для застосування німецької технології отримання чистого кремнію, оскільки звичайний пісок для неї вже не годиться. І з цього Росія може отримати додатковий дохід.

Перетворення сонячної енергії в електричну можливо двома способами:

-фотоелектричного перетворення (пряме перетворення променистої енергії Сонця в електричну);

-фототермическое перетворення, передбачає перетворення світлової енергії спочатку в теплову, а потім,наприклад, з допомогою пари, в електричну.

Розглянемо принцип дії сонячних елементів. Перетворення енергії в сонячних елементах (ФЕП) відбувається внаслідок, так званого, фотовольтаїчного ефекту в неоднорідних напівпровідниках при впливі на них сонячного випромінювання. За своєю будовою сонячний елемент нагадує бутерброд, який складається з двох напівпровідникових пластинок: n і p. Зовнішня n-платівка містить надлишок електронів, а внутрішня p-пластинка – недолік. Попадання фотона світла на зовнішню пластинку викликає вибивання з неї електрона і перехід його на внутрішню пластину, що і створює електричний струм.

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

Випускаються в даний час сонячні елементи являють собою досить громіздку конструкцію: при товщині батареї в кілька сантиметрів її вага досягає десятків кілограмів. Для отримання достатньої кількості енергії такі елементи повинні займати значну площу: так, елемент розміром метр х метр має потужність всього близько 100 Вт (наприклад, для котла потужністю в 2 кіловати необхідна площа поверхні даху в 20 кв. метрів). Невеликий і коефіцієнт корисної дії такої батареї (менше 20%), що пояснюється зниженням генерованої потужності при нагріванні, якого уникнути в принципі неможливо, оскільки елемент працює на сонці. До 2007 року ефективність кремнієвих моно — і полікристалічних фотоелементів досягла 30 відсотків. Інші технології, як менш ефективні, майже не розвивалися до цього часу. Підвищення ККД – основне завдання вчених, зайнятих проблемами сонячної енергетики, проте серйозного прориву в технології кремнієвих сонячних батарей найближчим часом не передбачається. Майбутнє сонячної енергетики в даний час у розвитку нанотехнологій, як найбільш прогресивних і революційних областей сучасної науки. Розвиток технологій сонячної енергетики відбувається по шляху вдосконалення матеріалу шарів напівпровідників. Найбільші перспективи, які відкривають якісно новий рівень у створенні сонячних елементів, мають в даний час аморфний і мікрокристалічний кремній, з яких можливо вирощувати плівки, товщиною усього кілька нанометрів. Фотогальванічний елемент, що представляє із себе дві такі плівки, осаджені одна на іншу на скляній поверхні, володіє високою електропровідністю і придатний для тривалого застосування. Тим не менш практичного застосування ці елементи досі не отримали, оскільки технологія, що дозволяє масово випускати такі елементи ще не створена. Ця задача успішно вирішується в дослідницькому центрі міста Юліх в Німеччині. Звичайні кремнієві сонячні елементи створюються окремо і лише потім з’єднуються в сонячні батареї. У разі ж тонкоплівкової технології все відбувається в зворотному порядку: спочатку вирощується плівка великої площі і наноситься на скло разом з іншими шарами і лише потім ріжеться лазером на смужки, що з’єднуються електричними контактами. Вченим з Юлиха вдалося найбільш близько підійти до створення промислової технології випуску сонячних модулів площею 30х30 см і з ККД близько 10%. Вартість випускаються в даний час сонячних елементів — близько 300 євро за 100 ватт потужності. Використання тонкоплівкової технології призведе до зниження вартості елементів вдвічі – через 5-10 років і втричі – через 15.

Назріла в останні роки необхідність масового використання альтернативних джерел енергії, до яких належать сонячна енергія, призвела до зміни напрямку розробок в області сонячної енергетики. Вчені вже не йдуть по шляху збільшення ККД сонячних батарей. Пріоритетом є придатність до використання, зручність і простота монтажу і, як наслідок, рентабельність виробництва. Тонкоплівкові фотоелементи цілком відповідають цим вимогам, оскільки це принципово новий вид сонячних елементів, основою яких є не дорогий чистий кремній, а тонкий шар інших напівпровідників. Ці елементи, що представляють собою тонку пластину з скла з нанесеними шарами напівпровідників або фольгу, можна розміщувати на поверхні будь-якої конфігурації, наносити на тканини, навіть використовувати замість жалюзі. Корінним чином змінилася і технологія нанесення шарів напівпровідника. Раніше нанесення здійснювалося шляхом вакуумного напилення, в теперішній же час розроблена інноваційна технологія – друкування спеціальними чорнилами, що містять суміш напівпровідникових наночастинок. Застосування нової технології та збільшення обсягів виробництва призвели до значного здешевлення сонячної електроенергії (до 1 долара за ватт), що менше вартості атомної енергії.

Висока вартість сонячної потужності основна перешкода широкому поширенню цього альтернативного поновлюваного джерела енергії. Однак технічний прогрес бере своє. І якщо в начале70-х років минулого століття вартість одного вата сонячної енергії складала близько ста доларів, то до середини 80-х років вартість одного вата знизилася на порядок. Зараз 1 ват сонячної енергії коштує приблизно 5-6 доларів. Але і це досить висока ціна в порівнянні з цінами на традиційні види палива. Теплоелектростанції виробляють електроенергію з розрахунку 2,1 долара за ват, атомна ж енергія ще дешевше. Тому, незважаючи на наявність технологій отримання, величезна кількість відновлюваної сировини, високу екологічність, яке обумовлюється відсутністю парникового ефекту, радіоактивних відходів і т. д. сонячні електростанції поки ще не отримали належного визнання, особливо в нашій країні.

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

В Європі, де особливо сильно прагнення до екологічності, сонячні енергосистеми користуються все зростаючим попитом, завдяки фінансовій підтримці влади. Наприклад, в деяких районах власники будинків із сонячними батареями віддають вироблену за день сонячну енергію в загальну мережу, за що отримують пільги при оплаті електроенергії. У Німеччині надлишок електроенергії, вироблюваної влітку приватними сонячними батареями, купують енергозберігаючі компанії, незважаючи на її високу вартість з метою підтримки розвитку «зелених технологій». Завдяки державній програмі, компенсуючої до 70 відсотків витрат на так звану «соляризацію» будинків і пільги при оплаті, у Німеччині на «сонячне» електрика переходить до півмільйона кв. метрів дахів в рік. Перший такий урядовий проект фінансової підтримки власників «сонячних» будинків був прийнятий у Німеччині ще в 1990 році і називався тоді «1000 сонячних дахів». Слідом за Німеччиною подібний проект, але вже під назвою «100 000 сонячних дахів» був прийнятий для всіх країн-членів ЄС. В Японії та США аналогічні проекти називалися відповідно «70 000 сонячних дахів» і «1 000 000 сонячних дахів». Навіть Монголія приєдналася до нового руху: «100 000 сонячних юрт» — так називався її проект. Будівництво «сонячних» будинків на Заході давно вже є ознакою респектабельності і, незважаючи на тривалий термін окупності (7-10 років), користується все зростаючою популярністю. Нові будинки в Іспанії також відповідно до державної програми будуються з сонячними батареями на дахах. У Голландії недалеко від містечка Херхюговард створено експериментальний район, названий «Місто Сонця».Електроенергія тут виробляється за допомогою сонячних панелей, встановлених на дахах будинків. В середньому один будинок у «Місті Сонця» виробляє до 25 кВт електроенергії. У перспективі передбачається збільшити загальну потужність «Міста Сонця» до 5МВт.

Www.solarbat.info Історія розвитку сонячної енергетики

У Росії до цього поки далеко за цілком зрозумілих економічних причин, так і клімат у нас залишає бажати кращого. Однак і в нашій країні є деякі зрушення в цій області. У Краснодарському краї створена експериментальна «сонячна село» з 40 будинків, на дахах яких встановлені сонячні батареї потужністю 1 квт. «Сонячні будинку», що містять як сонячні колектори, так і сонячні батареї, побудовані також в Москві і у Владивостоці.

За прогнозами фахівців через 5-10 років вироблення електроенергії сонячними батареями стане не тільки цілком конкурентоспроможною, але і більш дешевою, ніж традиційні види енергії.

Фотоелементи – це найбільш простий перетворювач сонячної енергії в електричну, що не вимагає використання додаткових пристроїв або пристосувань. Фотоелементи, незважаючи на невеликий ККД, відрізняються високою зносостійкістю, так як не містять рухомих частин. Тим не менш, їх широкому поширенню перешкоджає поки ще висока вартість і необхідність наявності значної території для розміщення. Подібні труднощі частково долаються шляхом винесення перетворювачів в космічний простір, розміщенням сонячних батарей на дахах і стінах будинків, заміною металевих перетворювачів синтетичними і т. д. Для отримання невеликих кількостей енергії, необхідних для живлення, наприклад, калькуляторів, телевізорів, маяків, телефонів та ін. застосування фотоелементів цілком економічно виправдано. Сонячну батарею можливо встановити на даху автомобіля, на крилах літака, вбудувати в години, ноутбук, ліхтарик і т. д. Служать такі елементи досить довго (близько 30 років). Протягом цього терміну один елемент, на виробництво якого витрачався всього один кілограм чистого кремнію дасть кількість електроенергії, що дорівнює кількості електрики, виробленого з 100 кг нафти на теплоелектростанції або 1 кг збагаченого урану на атомній станції.

У південних країнах, з великою кількістю сонячних днів у році, доцільна реалізація вже існуючих проектів повної електрифікації різних галузей народного господарства. Електроенергія, отримана таким шляхом, є у подібних випадках більш дешевою, ніж традиційно одержувані види енергії і найбільш потрібною внаслідок її екологічності.

Сонячні електростанції швидко монтуються і відрізняються можливістю збільшення необхідної потужності шляхом простого приєднання додаткових сонячних батарей. Кремнієві елементи лише один з безлічі способів перетворення сонячної енергії в електричну. Це недопустимо витратний поки ще спосіб отримання електрики.

Вартість сонячної установки потужністю 1 кіловат в США становить близько 3 тисяч доларів і вона окупається лише через 14-15 років, що в порівнянні з тепловими станціями занадто довго. Тому для застосування в промислових масштабах застосовується метод перетворення, запропонований, як свідчить легенда, ще Архімедом в 3 столітті до нашої ери, який використовував сонячне світло для оборони рідного міста Сіракузи від римлян. Його установка являла собою шестикутні дзеркало, що складається з чотирикутних невеликих дзеркал, які можна було пересувати за допомогою спеціальних шарнірів. Це дзеркало встановлювалося таким чином, щоб вони, відбиваючись, створювали жар, спопеляючий суду противника, що знаходяться на відстані польоту стріли. На цьому принципі заснований пристрій сучасних гелиостанций. Сучасні геліоелектростанції являють собою розташовані на величезній території дзеркала-геліостати, повертаються слідом за сонячними променями і направляють їх на резервуар з водою або іншим теплоприемником. Перетворення сонячної енергії в електричну можливо в цьому випадку при застосуванні турбогенераторів, принцип дії яких заснований на використанні енергії пара, що обертає турбіни генераторів. Сонячна енергія накопичується в спеціальних энергобашнях з численними лінзами, цілеспрямовано фокусуючими сонячні промені, які використовуються для перетворення води в пару. Для накопичення енергії сонця можуть використовуватися і, так звані, сонячні ставки, що складаються з двох шарів води: нижнього высоконцентрированного сольового розчину і верхнього, що представляє собою чисту прісну воду. Сольовий розчин є в даному випадку накопичувачем сонячної енергії, яка використовується для перетворення рідин, киплячих при порівняно низьких температурах, в пар для подальшої подачі його генераторів струму.

Цікавим, хоча і не отримали широкого визнання, способом забору і перетворення сонячної енергії в електрику є ідея, запропонована на початку двадцятого століття французьким інженером Бернардом Дюбо, яка полягала у використанні скляних навісів площею понад 1 кв. кілометра з високою трубою (зразок камінної) у центрі споруди.

В його основу покладені два ефекти: парниковий і камінний. Нагріваючись під дахом, тепле повітря кидався в трубу, як в димохід каміна, і обертав турбіни електрогенераторів, виробляючи струм. Здавалося, що єдиним недоліком конструкції є можливість виробляти електроенергію тільки в денний час. Тим не менш, ідея Дюбо отримала практичне втілення лише через 50 з лишнім років. Досвідчена електростанція потужністю 50 кВт за цією технологією була побудована в іспанському місті Мансанаресе в 1979 році на гроші Міністерства досліджень Німеччини. Будівництво дослідної станції обійшлося в 16 міліонів марок. Займала вона обширну територію площею 45 000 кв. метрів, висота труби — 195 м. Однак пропрацювала вона недовго: після того, як в 1989 році труба була зруйнована бурею, станцію закрили. Головний аргумент супротивників цієї технології – це величезні площі скляних дахів при порівняно низькій продуктивності. Однак опоненти не врахували те важлива обставина, що на Землі величезна кількість порожніх площ степів і пустель, які могли б стати безкоштовною базою для використання нових джерел електроенергії. Ще один досить вагомий аргумент проти ідеї Дюбо – це нестійкість високих труб і їх недостатня захист від таких природних катастроф, як землетруси і бурі. Тим не менш у німецького інженера-конструктора Шляйха і на ці доводи супротивників знайшлися свої контраргументи: їм була запропонована конструкція труби з напруженого бетону при закладенні в її стінки натягнутих тросів. Таке інженерне рішення практично було застосовано, наприклад, у Останкінської телевежі і повністю себе виправдало. Згідно з розрахунками Йорка Шляйха можливо отримати електростанцію потужністю 200 тисяч кіловат. Площа скляного даху для цього повинна становити 78 квадратних кілометрів при висоті труби 1000 м. В результаті удосконалення технології «камінної електростанції», що передбачає цілодобову вироблення електроенергії станцією, ця ідея отримала нарешті підтримку. Безперервна робота станції повинна була забезпечуватися замкнутою системою заповнених водою шлангів або труб, розташованих під скляним дахом конструкції. Вода в них нагрівається в денний час під впливом сонячного тепла і нагріває повітря вночі, продовжує крутити ротор турбогенератора. Ефективність роботи такої станції дещо нижче, ніж теплоелектростанції, що працює на вугіллі (1 квт-год електроенергії, виробленої «камінної станцією» буде коштувати 14 пфенігів,що на відміну від квт-години електроенергії вугільних станцій дорожче на 2,5 пфеннига). Однак «камінна станція» набагато рентабельно інших «сонячних» станцій, наприклад, станцій, що працюють на фотоелементах. Уряд індійського штату Раджастхан, надихнувшись ідеєю, зважився втілити її в життя, побудувавши в пустелі Тар декілька таких станцій загальною потужністю 1000 мегават. Залишилося знайти інвесторів проекту.

На думку скептиків, подібні споруди можуть служити лише ілюстрацією нових технологій сонячної енергетики, оскільки зведення «камінних станцій великої потужності, можливе лише в жарких пустельних областях, буде обесценено необхідністю проведення протяжних ліній електропередач до місць промислового споживання електроенергії, що, звичайно ж, позначиться на її вартості.

Найбільш оптимальним варіантом є гібридні сонячно-теплові електростанції, які поєднують денну роботу від Сонця і нічну – від газу. У Сполучених Штатах існує кілька таких електростанцій загальною потужністю понад 600 МВт. Перша сонячна електростанція промислового значення була побудована в Радянському Союзі в 1985 році поблизу р. Щолкіно в Криму. Величина її пікової потужності дорівнювала пікової потужності першого ядерного реактора. Однак в середині 90-х років її закрили-за низької продуктивності і високої вартості виробленого нею електрики: за 10 років роботи цієї електростанцією було вироблено лише 2 мільйони кВт.годину електроенергії. У США ж, навпаки 90-ті роки – це час активного розвитку сонячних технологій і їх використання в промислових масштабах. В кінці 1989 року компанією Loose Industries була запущена 80-мегаваттная сонячно-газова електростанція. Протягом лише п’яти наступних років цією ж компанією лише в штаті Каліфорнія було побудовано подібних сонячних електростанцій (СЕС) на 480 МВт, причому вартість одного такого сонячно-газового квт. години була доведена до 7-8 центів, що виявилося вдвічі менше вартості однієї кіловат — години енергії, виробленої на АЕС.

При будівництві сонячних електростанцій великої потужності, крім необхідності величезних площ для розміщення (оскільки для одержання 1 тераватта електроенергії на рік, що становить 13 % всієї споживаної людством електроенергії, кремнієвими сонячними панелями необхідно покрити поверхню в 40 000 квадратних кілометрів) перед вченими стануть абсолютно нові проблеми. Оскільки електрика сонячними електростанціями виробляється тільки в денний час, а воно необхідно цілодобово, то надлишок енергії, виробленої днем необхідно десь зберігати для використання в нічний час. Запасати електроенергію доведеться в акумуляторах, супермаховиках, гігантських конденсаторах. Вартість таких споруд не набагато відрізнятиметься від вартості самої СЕС. Другою проблемою буде зміна клімату в місці будівлі. Якщо раніше сонячна енергія витрачалася на нагрівання грунту і повітря, то після установки панелей вона буде відбиратися для виробництва електрики і температура на всій площі в 40 000 кв. кілометрів впаде. Слід враховувати, що 40 000 кв. кілометрів – це приблизно одна двухсотая частина площі пустелі Сахара або практично вся Московська область, а це значна територія, в центрі якої з’явиться область зниженого тиску, що формує циклони. А циклони, у свою чергу, — це постійні дощі і хмарність, що, звичайно ж, позначиться на кількості виробленої електроенергії. Де ж вихід? Все дуже просто, якщо будувати не одну гігантську сонячну електростанцію на площі в 40 000 квадратних кілометрів, а 400 електростанцій по 100 км2, розташовувати їх у найбільш сонячних районах земної кулі і об’єднувати в єдину енергетичну мережу. Перевага такого способу очевидні: поки на нічній стороні Землі сонячні станції будуть відпочивати, на протилежній стороні станції, що залишилися, будуть активно виробляти електроенергію, причому особливих кліматичних змін на таких малих площах (10х10 км) спостерігатися не буде. Ще більш наближеним до реальних умов і цілком реалізованим навіть в даний час виявиться будівництво навіть не 400 великих сонячних станцій, а всього декількох десятків великих і величезної кількості невеликих, наприклад, розміром 10х10 м.

у світі Щороку виробляється понад 500 МВт фотоелементів. І, незважаючи на наявні проблеми використання в промислових масштабах, геліосистеми вже зараз міцно і надовго увійшли в життя мільйонів людей в усьому світі. Мобільні фотоелектричні станції незамінні для туристів, оскільки дають можливість бути енергетично незалежними і насолоджуватися комфортом скрізь, де є сонячне світло. Фотоелектричні модулі забезпечують катодний захист металоконструкцій, роботу водопідйомних установок, побутової електроапаратури, використовуються для харчування релейних радиокоммуникаций, зарядки акумуляторних батарей, а також для створення электроизгородей у фермерських господарствах. Розвиток сонячних технологій і зниження цін на фотоелементи приведуть до розширення цього поки ще відносно нового сегмента ринку енергетики. У недалекій перспективі, фотоелементи, вмонтовані в будівельні матеріали, що будуть використовуватися для освітлення та вентиляції будівель. Різні споживчі товари придбають нові властивості при використанні в них фотоелектричних компонентів.

Короткий опис статті: сонячна енергетика Історія розвитку сонячної енергетики Історія розвитку сонячної енергетики

Джерело: www.solarbat.info — Історія розвитку сонячної енергетики

Також ви можете прочитати