Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

09.08.2015

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики

12:59 / 04.09.2012 Сонячна енергетика — це один з нових видів видобутку енергії, заснованих на поновлюваних джерелах, зокрема, на енергії Сонця. Основна мета полягає в перетворенні сонячного випромінювання в інші технологічні види енергії, що використовуються людиною для своїх потреб. Цей вид енергії невичерпний і може розглядатися як потенційно енергоресурс, здатний перевернути сучасні уявлення про енергозабезпеченні і повністю задовольнити потреби людства.

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

Середні показники сонячного випромінювання з 1991 по 1993 рік, враховуючи хмарність та похмурі дні

Втілення оптимістичних прогнозів у реальність багато в чому пов’язана з рівнем технологічного розвитку. Зараз існує технологічна можливість вилучення з сонячного світла тільки незначною частиэнергии, але навіть цей обсяг вже є істотним для європейської енергетичної інфраструктури, де поновлюваних джерел, включаючи сонячні електростанції, відводиться не менше 20% вже до 2020 року.

Світова сонячна енергетика розвивається високими темпами, сонячні електростанції стають частиною енергетичної інфраструктури, стрімке зростання кількості і загальної потужності електростанцій, що працюють на гелиосырье, передбачає також зростання впливу сонячних технологій на економіку. Перш за все, в найближчі десятиліття сонячна енергетика стане стимулом для економічного розвитку екваторіальних країн, що володіють максимальним «сонячним» ресурсом.

На сьогоднішній деньнезависимо розвивається кілька технологічних напрямків, одним з цікавих рішень є плани з будівництва сонячних електростанцій на орбіті Землі. На перший погляд такі проекти здаються утопічними, якщо не враховувати, що вже анонсовано будівництво п’яти орбітальних електростанцій.

Технології з отримання сонячної енергії

За даними Інформаційного енергетичного агентства, з 1990 року по 2007 рік споживання електроенергії збільшилося на 40%, за наступні 25 років прогнозується збільшення споживання ще на 50%. Сучасні технології життєзабезпечення вимагають все більше енергії, в якості енергоресурсу розглядається будь-ефективний енергоджерело, безумовно, сонце в списку можливих енергетичних джерел займає одну з перших позицій.

В даний момент існують дві гелиотехнологии, які можуть претендувати на розвиток у майбутньому. Одна заснована на отриманні струму в результаті фотоелектричного ефекту (photovoltaic, PV). Друга полягає в перетворенні теплової енергії сонця (concentrated solar power, CSP), ця технологія заснована на нагріванні теплоносія від концентрованого сонячного променя.

Фотоелектричний ефект

Загальна ідея перетворення світла в електричний струм полягає в наступному — на напівпровідникову пластину падає потік фотонів, тобто світ, у результаті поглинання фотонів атомами поверхневого шару напівпровідника електрони «вистрибують» з останніх орбіт атома на сусідній шар провідності, де пучок електронів утворює електричний струм. Технічна складність ефективного застосування даного ефекту пов’язана зі складністю перетворення всього сонячного спектра, тобто з використанням мультичастотных методів, так як певний напівпровідник вловлює фотони тільки певної частоти і не більше. Сучасні фотоперетворювачі розраховані на незначну частину видимого сонячного спектра, ККД промислових фотоелементів не перевищує 7-15%. Цього надзвичайно мало, щоб задовольнити сучасні потреби в електроенергії.

Для виробництва сонячних панелей використовують напівпровідниковий кремній високого очищення, виробництво якого освоєно у багатьох країнах світу, що збільшує технологічну адаптацію технології. Фотовольтаїчні електростанції (PV-станції) на базі фотоелементів монтуються за модульним принципом і можуть збільшуватися в залежності від потреб. Висока вартість панелей компенсується простотою установки і обслуговування, як правило, потужні сонячні електростанції вимагають мінімум обслуговуючого персоналу. Термін експлуатації сонячних батарей перевищує 25 років. У світі налічується кілька найбільших фотовольтаїчних сонячних електростанцій, які мають чудові показники ефективності і показують стабільну роботу з мінімальним технічним обслуговуванням.

На сьогоднішній день вартість сонячних батарей становить 1,6-4$/Вт, в деяких випадках може досягати $10 Вт потужності, включаючи установку. При високій вартості панелей найбільш ефективні сонячні установки не в змозі виробляти електричну енергію дешевше 0,12$ кВт*год, що в кілька разів перевищує вартість електроенергії, отриманої з використанням традиційної сировини. Чим північніше встановлена сонячна установка, чим гірше погодні умови, тим вище собівартість сонячної енергії.

Ефективність сонячної панелі залежить від багатьох умов — її положення по відношенню до сонця, сонячні батареї різко знижують свою ефективність при перегріві, дають меншу кількість електроенергії в похмуру і хмарну погоду.

Основні зусилля виробників спрямовані на підвищення ефективності, зниження стоимостии створення універсальної панелі, яка здатна сприймати широку областьсолнечного спектру з високим ККД. До новітніх моделей, які скоро будуть доступні у продажу, можна віднести тонкоплівкові сонячні батареї Nanosolar, за заявами виробника вони будуть мати швидкий термін окупності, а також голографічні сонячні панелі Prism Solar Technologies, які дозволяють вловлювати сонячне світло в статичному стані при будь-якому положенні сонця, не знижуючи ефективності. Виробники Prism Solar вже в найближчому майбутньому обіцяють, що їх сонячні панелі не будуть перевищувати вартість в 1,5 $/Вт.

Гелиотермальная технологія

CSP-електростанції перетворять концентроване сонячне випромінювання в теплову енергію, яка в подальшому використовується для одержання електроенергії. Більшою частиною обладнання, що використовується на електростанціях CSP-типу, є частиною звичайної ТЕС. Загальна концепція цієї технології полягає в нагріванні теплоносія — води, масла, соляного розчину, за допомогою концентрованого сонячного світла, отриманого за допомогою сфокусованих дзеркал-геліостатів. За допомогою теплоносія, нагрітого до температури фазового переходу, получаютводяной пар, який запускає парову турбіну, що виробляє електричний струм. Існують два види електростанцій цього типу: баштового і параболічного.

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

Гелиотермальная сонячна електростанція баштового типу в Іспанії, тисячі дзеркал направляють концентрований сонячне світло на бетонну вежу з теплоносієм

Гелиотермальная технологія є економічно ефективною в порівнянні з фотовольтаическими сонячними електростанціями, при цьому досягається ефективність становить не менше 50%, з урахуванням, що такий тип сонячних електростанцій встановлюється тільки в екваторіальній зоні, характерною великим обсягом сонячної енергії. Кількість виробленої енергії гелиотермальными електростанціями, встановленими в пустелях, набагато вище, ніж потужність фотовольтаїчних сонячних електростанцій. В період з 1984 по 1991 рік в пустелі Мохаве (США) було побудовано дев’ять геліотермальних електростанцій загальною потужністю 354МВт, це був перший успіх і прорив сонячної енергетики в світову енергетичну систему.

Варто відзначити, що гелиотермальная технологія є біологічно небезпечною для людей, що знаходяться в полі потужного концентрованого сонячного променя, тому застосовується здебільшого на промислових електростанціях.

Орбітальна сонячна електростанція як альтернатива земної енергетики

Земна атмосфера в сонячний день затримує більше чверті потужного сонячного випромінювання. Можливість використання сонячної енергії незалежно від погодних умов і часу доби давно привертає до себе увагу, тому будівництво електростанції на орбіті Землі обговорюється вченими з минулого століття. Висока вартість транспортування космічної не передбачала розвиток орбітальних енергетичних технологій, але, можливо, різке скорочення викопних ресурсів змусило переглянути підходи. На сьогоднішній день анонсовано будівництво п’яти електростанцій на орбіті Землі: проекту Solarbird (Мітсубіші), орбітальної електростанції Пентагону, японського проекту Space Solar Power Systems, проекту Pacific Gas and Electric Company для штату Каліфорнія, а також проекту американської космічної компанії EADS Astrium.

Якщо перетворення сонячної енергії в чому вже не викликає технічних складнощів, то передача електроенергії на далекі відстані можлива тільки з високовольтним лініям. Дана технологія неприйнятна для космосу, найбільш перспективними методами передачі вважаються лазерне і радіовипромінювання, які мають високу біологічну небезпеку.Тому орбитальныепроекты викликають значні побоювання, насамперед, пов’язані з проблемою безпечної передачі електроенергії на Землю. З іншого боку, очевидно, що орбітальні електростанції будуть виробляти дорогу електроенергію, яка, швидше за все, буде реалізовуватися «орбітальним» споживачам і не буде включена в земну енергетичну інфраструктуру. Відкриття сонячних електростанцій на орбіті викликає живий інтерес, так і значні побоювання, пов’язані з безпекою.

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

За оцінками НАСА, на орбіті Землі знаходиться 15899 об’єктів

Найбільші сонячні електростанції світу

Експерименти з перетворенням сонячної енергії в електрику в промислових обсягах почалися з 1984 року, але основний пік зростання кількості сонячних електростанцій припав на останнє десятиліття. Комерційні результати перших сонячних електростанцій були настільки вражаючими, що це сприяло масовому розвитку нових проектів. Зараз лідером у виробництві сонячної енергії є зовсім не сонячна країна — Німеччина, сукупна потужність сонячних електростанцій якої становить на 2011 рік 19ГВт. Основний приріст німецьких сонячних електростанцій припав на 2010 рік і склав 10ГВт.

Глобальна карта сонячного випромінювання, CSP-станції ефективні в «червоної» зоні, PV-станції будуються в зоні з середнім випромінюванням 900-1500 кВт/м2

Сонячна енергетика — це цілком доступний спосіб для забезпечення людства необхідним енергоресурсом. Але все ж її потенційні можливості поки малі, щоб повністю замінити викопне паливо, у всьому світі за розрахунками знадобитися: 50 тис. сонячних електростанцій по 300 МВт, а також 3,8 млн. вітрогенераторів на 5МВт.За даними Міжнародного енергетичного агентства до 2050 року сонячна енергія зможе забезпечити тільки 20-25% потреб людства.

Тим не менш, перший значний досвід будівництва сонячних електростанцій в 2008-2009 роках був настільки вдалим, що стали анонсуватися нові проекти з гігантською потужність, порівнянну з потужністю АЕС. Найбільшими енергоспоживачами в світі є США — 21%, Китай — 16%, Індія — 6%, Росія — 5%. США і Китай в останні роки старанно нарощують свій «сонячно-енергетичний» потенціал, про будівництво гігантської сонячної електростанції заявила і Індія.

Функціонують проекти

Для розміщення різного типу сонячних електростанцій характерна зональність, що обумовлена економічною ефективністю і експлуатаційними якостями: гелиотермальные CSP-станції будуються в екваторіальній зоні (в межах 38 широти), фотовольтаїчні PV-станції — в північних районах (в межах 55 широти).

CSP-станція Gemosolar, Андалусія, Іспанія, 20МВт. Перший європейський досвід щодо будівництва сонячних електростанцій був отриманий в Іспанії. Значний досвід у виробництві сонячної енергії іспанські компанії отримали в пустелі Мохаве в США, але досвід Іспанії, що знаходиться в зоні інтенсивного сонячного випромінювання 1600-2000 кВт/м 2 ,визначив майбутнє європейської сонячної енергетики. Однією з перших геліотермальних електростанцій баштового типу в Європі була станція Gemosolar.

Ця електростанція заснована на роботі 2650 дзеркал-геліостатів, розміщених на території 185 га і фокусуючих сонячне випромінювання на бетонну вежу з установкою розплавленої солі. У вежі розігрівають розплавлену сіль до 9000С, яку зберігають у підземних сховищах для використання в нічний час. Ця станція дозволяє зберегти Іспанії 30000 тонн вуглекислого газу за Кіотським протоколом.

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

CSP-станція Gemosolar, Андалусія, Іспанія, 20МВт

CSP-станція PS10, Андалусія, Іспанія, 11-300МВт. Гелиотермальная електростанція PS10 була побудована найбільшою енергетичною компанією Іспанії Abengoa Solar та її дочірнім підприємством Solucar Energia. Висота термальною вежі становить 115м. Башта розміщена у фокусі 624 дзеркал з площею кожного 120м 2. початкова потужність 11МВт. Ця станція до 2013 року стане однією з найбільших в Європі, її сумарна потужність буде рівна 300МВт. Така станція цілком може покрити витрати електроенергії міста Севілья.

PV-станція SolarParkOlmedilla, Омелдилла, Іспанія, 60МВт. Електростанція фотоелектричного типу працює на основі 26 тис. сонячних панелей, станція введена в експлуатацію в 2008 році. У момент запуску в експлуатацію була найбільшою сонячною електростанцією в світі, що працює на фотоелементах.

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

PV-станція Solar Park Olmedilla, Омелдилла, Іспанія, 60МВт

PV-станція «Омао Солар», ActivSolar, Україна, 80МВт. Компанія Activ Solar (Австрія) реалізовує проект будівництва великої сонячної електростанції в Сакському районі Криму. Проект реалізовується поетапно, в результаті кожного етапу буде підключатися 20 МВт. Загальна площа електростанції становить 160 га, які займуть 360 тис. сонячних модулів. У даний момент введено в експлуатацію 7,5 МВт. Станція буде производить100 тисяч МВт*год/рік, необхідних для забезпечення 20 000 будинків, це запобіжить викиди 80 000 тонн вуглекислого газу.

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

PV-станція «Омао Солар», Activ Solar, Україна, 80МВт

CSP-станція Acciona Nevada Solar One, Невада, США, 60 МВт. Станція розташована в пустелі Мохаве в штаті Невада, являє собою гелиотермальную установку, яка доповнена газовим генератором, які підключаються в нічний час. Станція успішно забезпечує електроенергією 16 000 будинків. Це одна з найбільших сонячних електростанцій в світі. Реалізовувала проект іспанська компанія Acciona, яка спеціалізується на будівництві та експлуатації геліотермальних станцій параболічного типу.

Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.

Параболічні сонячні колектори Nevada Solar One

PV-станція Sarnia, Онтаріо, Канада, 97МВт. У 2010 році ця станція була найбільшою фотовольтаїчної станцією світу. «Зелену» енергію цієї станції продають за ціною $0,443 кВт*год. Станцію побудувала компанія First Solar, яка уклала 20-річний контракт на постачання енергії державі. Станція займає 380 га.

Короткий опис статті: сонячна енергетика Сонячна енергетика — це один з нових видів видобутку енергії, заснованих на поновлюваних джерелах, зокрема, на енергії Сонця. Основна мета полягає в перетворенні сонячного випромінювання в інші технологічні види енергії, що використовуються людиною для своїх потреб. Цей вид енергії невичерпний і може розглядатися як потенційно енергоресурс, здатний перевернути сучасні уявлення про енергозабезпеченні і повністю задовольнити потреби людства.

Джерело: Загальносвітові перспективи розвитку сонячної енергетики, 04.09.2012 / Пронедра

Також ви можете прочитати