З кожним днем кількість світових запасів вугілля, нафти, газу, тобто все того, що служить нам сьогодні джерелом енергії, зменшуються. І в недалекому майбутньому людство прийде до того, що викопного палива просто не залишиться. Тому усі країни активно шукають порятунок від катастрофи, що нестримно насувається на нас. І перший засіб порятунку, який спадає на думку, – це, звичайно, енергія Сонця, яка використовується людьми споконвіку для висушування одягу, освітлення жител і приготування їжі.
Це і дало початок одному з напрямів альтернативної енергетики – сонячній енергетиці.
В якості енергетичного джерела для сонячної енергетики використовується енергія сонячного світла, яку за допомогою спеціальних конструкцій перетворюють в теплову або електричну. За даними фахівців всього за один тиждень на земну поверхню від Сонця поступає така кількість енергії, яка перевершує енергію світових запасів усіх видів палива. І хоча темп розвитку цього напряму альтернативної енергетики неухильно росте, все ж сонячна енергетика має не лише достоїнства, але і недоліки.
Якщо до основних плюсів можна віднести загальнодоступність, а головне невичерпність джерела енергії, то до недоліків відносять:
- необхідність акумуляції отримуваної від сонця енергії
- значну вартість використовуваного устаткування
- залежність від погодних умов і часу доби
- підвищення температури атмосфери над електростанціями та ін.
Чисельні характеристики сонячного випромінювання
Існує такий показник як сонячна постійна. Його значення дорівнює 1367 Вт. Саме така кількість енергії припадає на 1 кв.м. планети Земля. Ось тільки до поверхні землі із-за атмосфери доходить енергії приблизно в 20-25 менше. Тому значення сонячної енергії на квадратний метр, приміром, на екваторі дорівнює 1020 Вт. А враховую зміну дня і ночі, зміну кута Сонця над горизонтом, цей показник знижується ще приблизно в 3 рази.
Карта розподілу енергії сонячного випромінювання
Ось тільки звідки береться це сама енергія? Цим питанням учені уперше почали займатися ще в ХІХ столітті, причому версії були абсолютно різні. Сьогодні ж в результаті великої кількості досліджень достовірно відомо, що джерелом сонячної енергії є реакція перетворення 4-х атомів водню в ядро гелію. В результаті цього процесу виділяється значна кількість енергії. Приміром, енергія, що виділяється при перетворенні 1 гр. водню порівнянна з енергією, яка виділяється при згоранні 15 т. бензину.
Перетворення сонячної енергії
Ми вже знаємо, що енергію, яка отримується від Сонця необхідно перетворити в якийсь інший вид. Необхідність цього виникає з огляду на те, що людство досі не має таких приладів, які б могли споживати сонячну енергію в чистому її вигляді. Тому були розроблені такі джерела енергії, як сонячний колектор і сонячні батареї. Якщо перший використовується для отримання теплової енергії, то інший продукує безпосередньо електрику.
Існує декілька способів перетворення енергії сонця :
- фотовольтаїка;
- термоповітряна енергетика;
- геліотермальна енергетика;
- з використанням сонячних аеростатних електростанцій.
Найбільш поширеним методом вважається фотовольтаїка. Принцип цього перетворення полягає у використанні фотоелектричних сонячних панелей або як їх ще називають сонячних батарей, за допомогою яких і відбувається перетворення сонячної енергії в електричну. Як правило, виготовляють такі панелі з кремнію, а товщина їх робочої поверхні складає всього декілька десятих міліметра. Розмістити їх можна скрізь, існує лише одна умова – наявність великої кількості сонячного світла.
Відмінний варіант для установки фотопластин – дахи житлових будинків і громадських будівель.
Окрім розглянутих фотопластин для перетворення енергії сонячного випромінювання використовують тонкоплівкові панелі. Відрізняються вони ще меншою товщиною, що дозволяє встановити їх де завгодно, але значний недолік таких панелей – це низький ККД. Саме з цієї причини їх монтаж буде виправданий тільки при великих площах розміщення. Заради експеременту тонкоплівкову панель можна розмістити навіть на корпусі ноутбука або на дамській сумочці.
У термоповітряній енергетиці сонячна енергія перетворюється в енергію потоку повітря, яке потім направляють на турбогенератор. А ось у разі використання сонячних аеростатних електростанцій усередині аеростатного балона відбувається генерація водяної пари. Досягається цей ефект за рахунок нагріву сонячним світлом поверхні аеростата, на яку нанесено селективно-поглинаюче покриття.
Головна перевага цього методу полягає в достатньому запасі пари, якої вистачає для продовження роботи електростанції в погану погоду і вночі.
Принцип геліотермальної енергетики полягає в нагріванні поверхні, яка поглинає сонячні промені і фокусує їх з метою подальшого використання отриманого тепла. Найпростіший приклад – це нагрівання води, яку потім можна використовуватися для побутових потреб, наприклад, для подання в каналізацію або батареї, економлячи при цьому газ або інше паливо. У промислових масштабах енергія сонячного випромінювання, що отримується цим способом, перетвориться в електричну енергію за допомогою теплових машин.
Будівництво таких комбінованих електростанцій може тривати понад 20 років, але темп розвитку сонячної енергетики не знижується, а навпаки, неухильно росте.
Де можливе застосування сонячної енергії?
Використовуваи сонячну енергію можна в абсолютно різних областях – від хімічної промисловості до автомобілебудування, від приготування їжі до опалювання приміщень. Наприклад, використання сонячних батарей в автомобільній галузі почалося ще в 1955 році. Саме цей рік ознаменувався випуском першого автомобіля, який працював на сонячних батареях. Сьогодні ж випуском подібних автомашин займаються BMW, Toyota і інші найбільші компанії.
У побуті сонячна енергія використовується для обігріву приміщень, для освітлення і навіть для приготування їжі. Приміром, сонячні печі з фольги і картону за ініціативою ООН активно використовують біженці, які були вимушені покинути свої рідні місця із-за важкої політичної ситуації. Складніші по конструкції сонячні печі використовуються для термообробки і плавки металів. Одна з найбільших таких печей знаходиться на території Узбекистану.
Найцікавішими втіленнями використання сонячної енергії можна вважати:
- Захисний чохол для телефону з фотоелементом, що одночасно є і зарядкою.
- Рюкзак з прикріпленою на ньому сонячною панеллю. Він дозволить вам зарядити не лише телефон, але йпланшет чи, навіть, камеру, загалом, будь-що.
- Сонячні Bluetooth- навушники.
А найбільш креативна задумка – це одяг, зшитий із спеціальної тканини. Піджак, краватка і навіть купальник – усе це може стати не лише предметом вашого гардеробу, але і зарядним пристроєм.
Розвиток альтернативної енергетики в країнах СНД
Високими темпами альтернативна енергетика, у тому числі і сонячна, розвивається не лише в США, Європі або Індії, але і в країнах СНД, до їх числа входить Росія, Казахстан, а особливо Україна. Наприклад, найбільша електростанція на сонячній енергії на території країн колишнього Радянського Союзу була побудована в Криму. Її будівництво завершилося в 2011 році. Ця електростанція стала 3-им новаторським проектом австрійської компанії Activ Solar. ЇЇ пікова потужність складає близько 100 МВт.
В жовтні 2011 року компанією Activ Solar була запущена ще одна сонячна електростанція “Охотнікове”, також на території Криму. Її потужність склала 80 МВт. Вона також отримала статус найбільшої, але вже на території Центральної і Східної Європи. Можна сказати, що альтернативна енергетика в Україні зробила величезний крок на зустріч безпечній і невичерпної енергії.
У Казахстані ж ситуація виглядає трохи інакше. В основному, розвиток альтернативної енергетики в цій країні відбувається лише в теорії. Потенціал у республіки величезний, але розкрити його повністю доки не виходить. Звичайно, уряд займається цим питанням, і навіть був розроблений план по розвитку альтернативної енергетики в Казахстані, ось тільки частка енергії, що отримується від поновлюваних джерел, зокрема від сонця, складатиме не більше 1 %в загальному енергобалансі країні.
До 2020 в планах запуск всього 4 сонячних електростанцій, загальна потужність яких складатиме 77 МВт.
Альтернативна енергетика в Росії також розвивається чималими темпами. Але, як заявив заступник міністра енергетики, акцент в цій галузі робиться в основному на далекосхідні регіони. Наприклад, в Якутії сумарне виробництво 4 сонячних електростанцій, що працюють в найвіддаленіших північних селищах, склало більше 50 тис. кВт*год. Це дозволило заощадити більше 14 тонн дорого дизельного палива. Ще одним прикладом використання сонячної енергії служить багатопрофільний авіаційний комплекс, що будується в Липецькій області. Електроенергію для його роботи вироблятиме перша СЕС, побудована також на території Липецької області.
Усе це дозволяє зробити наступний висновок: сьогодні усі країни, навіть не найрозвиненіші, прагнуть максимально наблизитися до заповітної мети: використання альтернативних джерел енергії. Адже споживання електроенергії росте з кожним днем, з кожним днем збільшується кількість шкідливих викидів в те, що оточує середовище. І багато хто вже розуміє, що наше майбутнє і майбутнє нашої планети залежить тільки нас.
