Энергия солнца как альтернативный источник энергии

Солнечная энергия — огромный, неисчерпаемый и чистый ресурс

Солнечная выработка электроэнергии представляет собой чистую альтернативу электроэнергии из добываемого топлива, без загрязнения воздуха и воды, отсутствием глобального загрязнения окружающей среды и без каких-либо угроз для нашего общественного здравоохранения. Всего 18 солнечных дней на Земле содержит такое же количество энергии, какая хранится во всех запасах планеты угля, нефти и природного газа. За пределами атмосферы, солнечная энергия содержит около 1300 ватт на квадратный метр. После того, как она достигнет атмосферы, около одной трети этого света отражается обратно в космос, в то время как остальные продолжают следовать к поверхности Земли.

Усредненные по всей поверхности планеты, квадратный метр собирает 4,2 киловатт-часов энергии каждый день, или приблизительный энергетический эквивалент почти барреля нефти в год. Пустыни, с очень сухим воздухом и небольшим количеством облачности, могут получить более чем 6 киловатт-часов в день на квадратный метр в среднем в течение года.

Преобразование солнечной энергии в электричество

Фотоэлектрические (PV) панели и концентрация солнечной энергии (CSP) объектов захвата солнечного света могут превратить его в полезную электроэнергию. Крыши PV панели делают солнечную энергию жизнеспособной практически в каждой части Соединенных Штатов. В солнечных местах, таких как Лос-Анджелес или Феникс, система 5 киловатт производит в среднем 7000 до 8000 киловатт-часов в год, что примерно эквивалентно использованию электроэнергии типичного домохозяйства США.

В 2015 году почти 800 000 фотоэлектрических систем были установлены на крышах домов по всей территории Соединенных Штатов. Крупномасштабные PV проекты используют фотоэлектрические панели для преобразования солнечного света в электричество. Эти проекты часто имеют выходы в диапазоне сотен мегаватт, а это миллионы солнечных панелей, установленных на большой площади земли.

Как работают панели солнечных батарей

Солнечные фотоэлектрические (PV) панели на основе высокой, но удивительно простой технологии, которая преобразует солнечный свет непосредственно в электричество.

В 1839 году французский ученый Эдмонд Беккерель обнаружил, что некоторые материалы будут испускать искры электричества при ударе с солнечным светом. Исследователи обнаружили, что в ближайшее время это свойство, называемое фотоэлектрический эффект, может быть использовано; первая фотоэлектрическая (PV) ячейка изготовлена была из селена в конце 1800-х годов. В 1950 году ученые в Bell Labs пересматривали технологии и, используя кремний, произведенный в фотоэлементы, смогли преобразовать энергию солнечного света непосредственно в электричество.

Компоненты PV ячейки

Наиболее важными компонентами PV ячейки являются два слоя полупроводникового материала, обычно состоящего из кристаллов кремния. Сам по себе кристаллизирующийся кремний является не очень хорошим проводником электричества, поэтому в него намеренно добавляют примеси — процесс, называемый допинг-этап.

Нижний слой из фотоэлементов обычно состоит из легированного борома, который в связке с кремнием создает положительный заряд (p), в то время как верхний слой, легированный фосфором, взаимодействуя с кремнием — отрицательный заряд (n).

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку и возвращаясь в n-слой.

беспилотные самолеты на солнечной энергии

Каждая ячейка генерирует очень мало энергии (несколько ватт), поэтому они сгруппированы в виде модулей или панелей. Панели затем либо используются как отдельные единицы или сгруппированы в более крупные массивы.

Переход к электрической системе с большим количеством солнечной энергии дает много преимуществ.

Стоимость солнечных батарей быстро уменьшается (в 1970 году -1кВт-ч электроэнергии, вырабатываемой с их помощью стоил 60 долларов, в 1980 году – 1доллар, сейчас -20-30 центов). Благодаря этому спрос на солнечные батареи растет на 25% в год, а ежегодный объем от продаваемых батарей превышает (по мощности) 40мВт. КПД солнечных батарей, достигавший в середине 70-х годов в лабораторных условиях 18%, составляет в настоящее время 28,5% для элементов из кристаллического кремния и 35% — из двухслойных пластин из арсенида галлия и антимода галлия. Разработаны многообещающие элементы из тонкопленочных (толщиной 1-2мкм) полупроводниковых материалов: хотя их КПД низок (не выше 16%), стоимость очень мала (не более 10% от стоимости современных солнечных батарей). В скором времени ученые предполагают, что стоимость 1кВт-ч будет равна 10 центам, что поставит солнечную энергетику на первые места в энергетической независимости многих стран.

Перовскит «удешевит» солнечную энергию

Еще в 2013 году новость разнеслась по просторам сети: минерал перовскит произведет революцию в солнечной энергетике. Применение вместо кремния перовскита позволит снизить стоимость производства электроэнергии при помощи солнечных батарей. Перовскит (титанат кальция) был обнаружен в начале 19 века в Уральских горах, назван в честь Л.А. Перовского (известного любителя минералов). Как компонент фотоэлемента начал использоваться в 2009 году.

Батареи покрываются инновационным недорогим фотоэлементом, основное достоинство которого в том, что он может конвертировать в энергию намного большее количество частей солнечного света. Перовскиты представляют собой кристаллическую структуру, которая позволяет с максимальной эффективностью впитывать солнечный свет. По предварительным оценкам использование батарей на основе перовскита может снизить стоимость киловатта энергии в семь раз.

«Главное преимущество новых фотоэлементов заключается не столько в эффективности, сколько в том, что материал чертовски дешев. Батареи на основе перовскита, в которых не используется кремний, могут сделать солнечную энергетику по-настоящему массовой».

Солнечная энергия для ЦОД

10 % всей производимой в мире электроэнергии потребляют серверные фермы. Так как энергоэффективные сети и возобновляемые источники энергии сейчас внедряются во всех отраслях, ЦОД не остались в стороне. Негативное влияние серверных ферм на окружающую среду давно уже на устах экологов. Поэтому владельцы дата-центров стремятся к снижению негативного воздействия своих ЦОД, прибегая к передовым энергосберегающим и «зеленым» технологиям выработки электроэнергии, сюда можно отнести фрикулинг, системы локальных генерирующих мощностей на базе возобновляемых источников энергии.

Как выход — солнечная электростанция рядом с серверной фермой, в тех странах, где это позволяют климатические условия. Она идеальна для серверных ферм, которые развернуты в тропиках или субтропиках. Ведь использование солнечных панелей на крыше ЦОД, кроме того что предоставит «зеленую энергию», так еще и поможет уменьшить тепловую нагрузку на здание, так как создаваемая ими тень минимизирует количество поглощаемого крышей тепла. Гелиоэлектростанция снизит общий негативный эффект дата-центра на экологию, и повысит надежность ЦОД расположенных в регионах, где наблюдаются перебои в работе центральной электросети.

крупная электростанция на базе возобновляемых источников энергии рядом с дата-центром Apple в городе Мейден, штат Северная Каролина (США)

Switch совместно с энергетической компанией Nevada Power начала сооружение рядом с Лас-Вегасом солнечной станции Switch Station мощностью 100 МВт. В американских СМИ компанию Switch называют «возмутителям спокойствия» на рынке коммерческих ЦОД, это один из крупнейших игроков, данной отрасли. Компания занимается сооружением и поддержкой datacenter facilities – зданий и и инженерной инфраструктуры без собственно вычислительной аппаратуры, ее основная модель взаимодействия с клиентами – colocation.

крупнейшая в мире гелиотермальная электростанция Айванпа мощностью 400 МВт

В 2015 году США и Япония начали разрабатывать новый механизм электроснабжения ЦОД за счет солнечной энергии. Проект предполагает исследование новых возможностей «… использования связки генерирующих мощностей на базе солнечной энергии и систем класса HVDC (высокое напряжение постоянного тока), применяемых для распределения генерируемой солнечными батареями электроэнергии на уровне ЦОД». Такое комбинирование HVDC и солнечных панелей даст возможность развернуть единую систему резервного электропитания на базе аккумуляторных батарей, при этом можно будет экономить на капитальных и эксплуатационных расходах.

Интересно

Немецкий архитектор Андре Броезель из компании Rawlemon создал солнечую батарею в форме движущего стеклянного шара. Он называет его генератором нового поколения, который будет ловить максимальное количество лучей, так как он оснащен системой отслеживания перемещения солнца и датчиками смены погоды, а это на 35 % эффективней в сравнении с стандартными солнечными батареями.

Японская энергетическая компания Shimizu Corporation в 2015 году обьявила о своем намерение построить крупную солнечную электростанцию на естественном спутнике нашей планеты — Луне. Электростанция в виде колец с солнечными батареями будет опоясывать Луну по примеру планеты Сатурн и передавать энергию на Землю. От такой солнечной станции Shimizu Corporation ожидает 13 тысяч тераватт энергии/ год. Еще не известна стоимость и дата начала такого космического строительства.

В институте прогрессивной архитектуры в Каталонии разработали солнечную панель, которая может функционировать на растениях, мхе и почве. Плюсом такой технологии является отказ от опасных токсичных материалов и тяжелых металлов в производстве солнечных панелей. Тут используются специальные бактерии в крохотных топливных ячейках, размещенных в земле под корнями растений. Бактерии нужны для выработки дешевой энергии в мини-батареях. Растения будут обеспечивать жизненный цикл бактерий, а вода служить в качестве подпитки для всей системы. Такая инновационная система может работать на территориях, где солнечного света не так уж и много, если заменить растения мхом, так как он может расти в тени.

Миллиарды на солнце: как чистую энергию применяют в промышленности

Об авторе: Игорь Шахрай, генеральный директор «Юнигрин Энерджи».

Технологии десятилетиями помогали человеку менять мир, давали толчок к развитию бизнеса и экономики, создавали целые индустрии. Одной из таких индустрий стала возобновляемая энергетика — сегодня это не просто альтернатива нефти и газу, но и ключевой элемент в борьбе с изменением климата и ростом цен на электроэнергию.

Мировой тренд

Возобновляемая энергетика в целом и солнечная энергетика в частности — одна из немногих отраслей, на темпах развития которой не сказались ни пандемия, ни экономическая турбулентность, ни разрывы цепочек поставок. В прошлом году был побит очередной рекорд по вводу солнечной генерации в мире — установлено еще 240 ГВт солнечных электростанций, а их суммарная установленная мощность превысила 1 ТВт.

В 2021 году доля возобновляемой энергетики составляла 10%, но уже превышала долю атомной, а в 2022 году доля ветровой и солнечной энергетики достигла рекордных 12% мирового производства электроэнергии.

Согласно отчету Международного энергетического агентства, с марта 2020 года 67 стран выделили на возобновляемую энергию до $1,215 трлн. 45% из этих средств выделили США, а 37% потратили страны ЕС. При этом к 2030 году глобальные инвестиции в чистую энергию вырастут еще на 50% — до более чем $2 трлн.

В чем причина такого бурного роста? В рекордной «скорости обучения технологий». ВИЭ отличаются от ископаемого топлива тем, что их себестоимость следует экспоненциальной «кривой обучения». У «зеленых» станций практически нет расходов на эксплуатацию, они не подвержены топливной инфляции, то есть их цена зависит исключительно от стоимости технологий. По мере развития и масштабирования производств оборудования сначала был достигнут так называемый сетевой паритет, а уже к 2017 году инвестиционный банк Lazard назвал ветровую и солнечную энергетику самыми дешевыми технологиями генерации электроэнергии. Речь шла о стоимости строительства новой электростанции, но уже в докладе 2023 года стоимость кВт⋅ч некоторых проектов ветровой и солнечной энергетики стала сопоставима с предельными издержками даже «традиционных» электростанций.

Страны-лидеры

Сегодня 60+ стран производят более 10% своей электроэнергии на ветровых и солнечных электростанциях. Среди стран — лидеров по доле ВИЭ в энергобалансе с большим отрывом идет Китай, установивший более половины всего мирового объема возобновляемой энергии, затем страны ЕС, США и Япония. Тем не менее производство более 80% всего оборудования для экологически чистых энергетических технологий сконцентрировано в Китае. При этом другие крупнейшие страны — Россия, США и Индия — развивают собственные технологии и масштабируют свои производства.

Постепенно этот тренд переходит с государственного на корпоративный уровень: сегодня основными драйверами роста доли возобновляемой генерации становятся не правительства стран, чьи мотивы могут различаться, а бизнес, который понимает, что эпоха дешевого ископаемого топлива закончилась.

Так, в прошлом году портфель зеленой энергии Amazon превысил 20 ГВт, что в пять раз больше всей установленной мощности солнечных и ветроэлектростанций на территории России и сопоставимо с портфелями крупнейших мировых энергокомпаний.

Суммарный объем потребления 403 крупнейших мировых компаний, которые планируют полностью перейти на чистую энергию, исчисляется сотнями ТВт⋅ч и сопоставим с энергопотреблением, например, Бразилии.

Помимо строительства крупных солнечных парков, растет популярность интегрированных энергоэффективных решений, например солнечных фасадов, когда сама площадь здания генерирует электроэнергию. Для таких станций, так же как и для крышных, не нужна дополнительная территория. Например, самым большим офисным зданием, работающим на солнечной энергии, стал сервисный центр городского развития Парка инноваций и предпринимательства Шаньдун в Китае.

Использование складских, офисных и производственных помещений для генерации электроэнергии стало нормой для компаний во всем мире, как энергосберегающие лампочки. Кстати, самая большая крышная солнечная электростанция мощностью 18 МВт и площадью 110 тыс. м² расположена не в самых солнечных Нидерландах — на складе производителя одежды PVH Europe в Венло.

Солнечные технологии и российский бизнес

В России с 2014 года построено около 2 ГВт солнечных электростанций, созданы и масштабируются производства солнечных элементов и другого оборудования.

Однако интерес со стороны бизнеса к этой сфере активизировался не так давно, когда в большинстве регионов себестоимость выработки солнечных кВт⋅ч стала сопоставима или даже ниже стоимости электроэнергии из сети.

Вторым ключевым фактором стала климатическая повестка, влияние которой, особенно на крупных экспортеров, ежегодно усиливается. При этом нормативные требования азиатских стран в части экологизации цепочки поставок уже стали строже европейских.

Каждый МВт⋅ч зеленой электроэнергии снижает выбросы углекислого газа на 350 кг, поэтому крупный бизнес, который обязан указывать углеродный след продукции, переходит на использование возобновляемой электроэнергии. Это можно сделать двумя способами: заключив договор поставки электроэнергии с солнечной или ветроэлектростанцией или построив собственную чистую электростанцию (например, для электроснабжения месторождений и удаленных объектов, как это сделали компании «Полиметалл», «Газпром нефть»). Собственные солнечные электростанции, обеспечивающие энергоснабжение офисов и производственных активов, уже есть у ЛУКОЙЛа и «Сибура».

Факторами, формирующими спрос на зеленые технологии, стали FMCG (товары повседневного спроса) и строительный бизнес, отслеживающий запросы со стороны потребителей их товаров и услуг. Это продуктовые и строительные гипермаркеты, банки, производители товаров повседневного спроса. Последние два года этот тренд усиливается среди крупных застройщиков — в «Юнигрин Энерджи» разработали и сертифицировали российские энергогенерирующие фасады, которые позволяют снижать энергопотребление и, следовательно, расходы на эксплуатацию коммерческой и жилой недвижимости. Первое в России здание с использованием фасадных систем появилось в Калининграде. В рамках программы капитального ремонта в дом на улице Маршала Баграмяна были интегрированы солнечные вентилируемые фасады.

Внедрять энергоэффективные решения в новом строительстве начали в прошлом году: в Уфе строят многоквартирный дом с энергогенерирующим фасадом — ЖК «Умный дом «Гелиос». Дом будет облицован фотоэлектрическими модулями, которые позволят уменьшить энергопотребление дома более чем на 150 МВт⋅ч в год и экономить около ₽400 тыс. ежегодно. Аналогичные проекты реализует «Кортрос» в ЖК Headliner в Москве и в ЖК «Олимпика» в Екатеринбурге.

Еще один сегмент, обеспечивающий рост спроса на зеленые технологии в России, — это малый и средний бизнес. Как правило, солнечные электростанции средней мощности монтируют на крышах помещений, снижая общее потребление электроэнергии из сети. Причем такие решения появляются не только в южных регионах — солнечные электростанции есть в Ижевске на крыше производства кофе или Рязанской области на крыше одного из зданий на территории аэродрома. Дело в том, что цена сетевого электричества для компаний с небольшими объемами потребления в разных регионах России колеблется от ₽7 до ₽11 за кВт⋅ч. То есть не так важно, сколько солнца светит, чем то, сколько приходится платить за электричество из сети.

Как еще использовать солнце

Любые технологии, в которых для выработки электричества используется энергия солнца, универсальны, бесшумны и безопасны для человека и окружающей среды в течение всего периода эксплуатации. Солнечный элемент на 90% состоит из кремния, второго по распространенности элемента на Земле, не содержит тяжелых металлов или вредных для окружающей среды примесей и легко перерабатывается.

Именно возможность размещения солнечных панелей непосредственно рядом с местом проживания определило их активное внедрение в городскую инфраструктуру: освещение, дорожную разметку (световая индикация на асфальте), транспорт (солнечное электропитание).

В России уже более двух лет разрешено продавать излишки электроэнергии, выработанной на собственной крыше, обнуляя или снижая платежи за электроэнергию из сети. Но объемы потребления и тарифы на электроэнергию у населения ниже, чем у промышленности, поэтому частные электростанции в России окупаются в два раза дольше.

Использовать солнечную энергию можно и более локально — например, для зарядки телефона или ноутбука: такие устройства можно купить на любом маркетплейсе и больше не думать о том, где и как зарядить телефон.

Солнечная энергия

Солнце – это звезда, внутри которой, в непрерывном режиме, происходят термоядерные реакции. Результатом происходящих процессов, с поверхности солнца выделяется колоссальное количество энергии, часть которой нагревает атмосферу нашей планеты.

Солнечная энергия — это источник жизни на планете Земля. Наша планета, и все живые организмы, существующие на ней, получает энергию солнца в виде солнечного света и тепла.

Солнечная энергия является источником возобновляемой и экологически чистой энергии.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

Способы преобразования энергии солнца для получения различных видов энергии, используемой человеком, можно разделить по видам получаемой энергии и способам ее получения, это:

Преобразование в электрическую энергию

Путем применения фотоэлектрических элементов

Фотоэлектрические элементы используются для изготовления солнечных панелей, которые служат приемниками солнечной энергии в системах солнечных электрических станций. Принцип работы основан на получении разности потенциалов внутри фотоэлемента при попадании на него солнечного света.

Панели различаются по структуре (поликристаллические, монокристаллические, с напылением кремния), габаритным размерам и мощности.

Путем применения термоэлектрических генераторов.

• Термоэлектрический генератор – это техническое устройство, позволяющее получать электрическую энергию из тепловой энергии. Принцип действия основан на преобразовании энергии получаемой из-за разности температур на разных частях элементов конструкции (термоэлектродвижущая сила).

Преобразование в тепловую энергию

Путем использования коллекторов различных типов и конструкций.

• Вакуумные коллекторы — трубчатого вида и в виде плоских коллекторов.

Принцип действия — под воздействием солнечных лучей, нагревается специальная жидкость, которая при достижении определённых параметров, начинает испаряться, после чего пар передает свою энергию теплоносителю. Отдав тепловую энергию пар конденсируется и процесс повторяется.

• Плоские коллекторы – представляют из себя каркас с теплоизоляцией и абсорбер покрытые стеклом, с патрубками для входа и выхода теплоносителя.

Принцип действия — потоки солнечного света попадают на абсорбер и нагревают его, тепло с абсорбера переходит теплоносителю.
Путем использования гелиотермальных установок.
Принцип действия основан на нагревании поверхности способной поглощать солнечные лучи. Солнечные лучи фокусируются и посредством устройства линз концентрируются, после чего направляются на принимающее устройство, где энергия солнца передается для накопления или передачи потребителю посредством теплоносителя.

Распространение в России

Солнечная энергетика получает все более широкое распространение в разных странах и на разных континентах. Россия не является исключением из этой тенденции. Причиной более широкого распространения в последние годы стало:

• Развитие новых технологий, позволившее снизить стоимость оборудования;
• Желание людей иметь независимый источник энергии;
• Чистота производства получаемой энергии («зеленая энергетика»);
• Возобновляемый источник энергии.

Потенциалом для развития солнечной энергетики обладают южные районы нашей страны – республики Кавказа, Краснодарский и Ставропольский край, южные районы Сибири и Дальнего Востока.
Районы различаются по инсоляции в течение суток и времени года, так для разных регионов поток солнечной радиации, в летний период, составляет:

По состоянию на начало 2017 года мощность работающих солнечных электростанций на территории России составляет 0,03% от мощности электростанции энергетической системы нашей страны. В цифрах – это составляет 75,2 МВт.

Солнечные электростанции работают в

• Оренбургской области:
  «Сакмарская им. А. А. Влазнева», установленной мощностью 25 МВт;
  «Переволоцкая», установленной мощностью 5,0 МВт.
• Республике Башкортостан:
  «Бурибаевская», установленной мощностью 20,0 МВт;
  «Бугульчанская», установленной мощностью 15,0 МВт.
• Республике Алтай:
  «Кош-Агачская», установленной мощностью 10,0 МВт;
  «Усть-Канская», установленной мощностью 5,0 МВт.
• Республике Хакасия:
  «Абаканская», установленной мощностью 5,2 МВт.
• Белгородской области:
  «АльтЭнерго», установленной мощностью 0,1 МВт.
• В Республике Крым, независимо от Единой энергетической системы страны, работает 13 солнечных электрических станций, общей мощностью 289,5 МВт.
• Также, вне системы работает станция в Республике Саха—Якутия (1,0 МВт) и в Забайкальском крае (0,12 МВт).

В стадии разработки проекта и строительства находятся электростанции

• В Алтайском крае, 2 станции, общей проектируемой мощностью 20,0 МВт, запуск в работу планируется в 2019 году.
• В Астраханской области, 6 станций, общей проектируемой мощностью 90,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
• В Волгоградской области, 6 станций, общей проектируемой мощностью 100,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
• В Забайкальском крае, 3 станции, общей проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
• В Иркутской области, 1 станция, проектируемой мощностью 15,0 МВт, запуск в работу планируется в 2018 году.
• В Липецкой области, 3 станции, общей проектируемой мощностью 45,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
• В Омской области, 2 станции, проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2019 году.
• В Оренбургской области, 7 станция, проектированной мощностью 260,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017-2019 годах.
• В Республике Башкортостан, 3 станции, проектируемой мощностью 29,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
• В Республике Бурятия, 5 станции, проектируемой мощностью 70,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
• В Республике Дагестан, 2 станции, проектируемой мощностью 10,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
• В Республике Калмыкия, 4 станции, проектируемой мощностью 70,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2019 году.
• В Самарской области, 1 станция, проектируемой мощностью 75,0 МВт, запуск в работу планируется в 2018 году.
• В Саратовской области, 3 станции, проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
• В Ставропольском крае, 4 станции, проектируемой мощностью 115,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017-2019 годы.
• В Челябинской области, 4 станции, проектируемой мощностью 60,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.

Общая проектируемая мощность солнечных электрических станций, находящихся в стадии разработки и строительства, составляет – 1079,0 МВт.
Термоэлектрические генераторы, гелиоколлекторы и гелиотермальные установки также широко применяются на промышленных предприятиях и в повседневной жизни. Вариант и способ использования выбирает каждый для себя сам.

Количество технических устройств, использующих энергию солнца для выработки электрической и тепловой энергий, а также количество строящихся солнечных электрических станций, их мощность, говорят сами за себя — в России альтернативным источникам энергии быть и развиваться.

Пригодна ли для обычного дома

• Для бытового использования гелиоэнергетика — перспективный вид энергетики.
• В качестве источника электрической энергии, для жилых домов, используют солнечные электрические станции, которые выпускают промышленные предприятия в России и за ее пределами. Установки выпускаются различной мощности и комплектации.
• Использование теплового насоса — обеспечит жилой дом горячей водой, подогреет воду в бассейне, нагреет теплоноситель в системе отопления или воздух внутри помещений.
• Гелиоколлекторы — можно использовать в системах отопления домов и горячего водоснабжения. Более эффективны, в этом случае, вакуумные трубчатые коллекторы.

Плюсы и минусы

К достоинствам солнечной энергетики относятся:

• Экологическая безопасность установок;
• Неисчерпаемость источника энергии в далекой перспективе;
• Низкая себестоимость получаемой энергии;
• Доступность производства энергии;
• Хорошие перспективы развития отрасли, обусловленные развитием технологий и производством новых материалов с улучшенными характеристиками.

Недостатками являются:

• Прямая зависимость количества вырабатываемой энергии от погодные условия, времени суток и времени года;
• Сезонность работы, которую определяет географическое расположение;
• Низкий КПД;
• Высокая стоимость оборудования.

Перспективы

Перспективы развития данной отрасли энергетики обусловлены положительными и отрицательными свойствами присущим гелиоустановкам. Если с достоинствами все понятно, то с недостатками предстоит работать инженерам и разработчикам оборудования и материалов.

Факторами, вызывающими здоровый оптимизм, по развитию альтернативных источников энергии, являются:

1. Запасы традиционных источников энергии постоянно сокращаются, что обуславливает рост их стоимости.
2. Технический прогресс постоянно идет, появляются новые материалы и технологии, и что, в свою очередь, приводит к уменьшению стоимости оборудования и повышению КПД установок.
3. Политика государства в энергетической области направлена на развитие альтернативной энергетики, о чем были приняты постановления правительства и соответствующие программы, как то:

• В 2009 году — «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективностиэлектроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года».
• Помощь государства при реализации программы Международной финансовой корпорации (IFC) по развитию возобновляемых источников энергии.
• Создание, на законодательном уровне, экономических рычагов, способствующих развитию «зеленой» энергетики, выражающихся в установлении льготных тарифов, финансовой помощи при строительстве, налоговые льготы и компенсация части кредитных затрат на строительство.

Россия – большая страна, поэтому для успешного развития всех отраслей промышленности и комфортного проживания людей во всех регионах, необходимо наличие запасов различных видов энергии. В связи с этим альтернативные источники все более прочно входят в общую систему энергоснабжения страны, обеспечивая самые отдаленные города и поселки источниками электричества и тепла.

Солнечная энергия стала дешевле угля. Можно забыть о полезных ископаемых?

Солнечная энергия впервые в истории стала дешевле угля для выработки электричества. Об этом свидетельствуют данные Всемирного экономического форума, которые опубликованы в докладе о возобновляемой энергии (.pdf).

Стоимость одного мегаватт-часа электричества, полученного от сжигания угля, для конечного потребителя уже длительное время находится в районе 100 долларов. В 2016 году солнечные панели (причем без учета субсидий от государств, которые активно вкладываются в энергетику!) впервые пробили эту отметку, хотя еще десять лет назад электричество от фотоэлементов обходилось в шесть раз дороже.

Значит, цены сравнялись. Что в этом революционного?

Это важно для развития всей индустрии альтернативной энергетики. Сейчас паритет между солнцем и углем достигнут примерно в 30 странах. Еще через несколько лет электричество, полученное с помощью солнечных панелей, будет стоить столько же, сколько и полученное из угля, в двух третях стран.

При этом в нескольких регионах солнце уже намного дешевле других источников энергии. Самой знаковой сделкой для солнечной энергии в 2016 году называют аукцион на поставку электричества в Чили. Там была установлена рекордная для фотоэлементов цена в 29 долларов за мегаватт-час. Это дешевле не только угля (57 долларов) и газа (47 долларов), но даже ветряной энергии (38 долларов).

До этого в ОАЭ стоимость контрактов на солнечную энергию опускалась до 30 долларов за мегаватт-час, а в Мексике — до 36 долларов.

Солнечная энергия также вырвалась в лидеры в США, согласно последнему отчету аналитиков из Lazard (.pdf). Там подсчитали, что солнечная энергия, вырабатываемая в промышленных масштабах (то есть на электростанции, а не панелями на крыше), может стоить всего 46 долларов за мегаватт-час. Расценки на электричество, полученное от сжигания газа, начинаются с 48 долларов, а угля — 60 долларов. Ветряки, правда, еще дешевле, чем солнечные панели, — от 32 долларов за мегаватт-час.

Как получилось, что солнечная энергия стала такой дешевой?

Технология изготовления фотоэлементов постоянно совершенствуется, а спрос на солнечную энергию повышается. Только в 2016 году стоимость панелей упала на треть.

В результате быстрого расширения рынка в 2015 году возобновляемые источники энергии стали лидерами по количеству введенной в строй мощности — 153 гигаватта. И главную роль в этом сыграли ветряные (62 гигаватта) и солнечные (56 гигаватт) электростанции. Каждый день в 2016 году в мире устанавливали по полмиллиона солнечных панелей.

По прогнозу Bloomberg, в 2016 году солнечные панели должны обогнать ветряки по вводу мощностей с 70 гигаваттами против 59.

Где строят все эти новые электростанции?

Прежде всего в Китае. Уже в 2015 году КНР вышла на первое место по количеству введенной в строй мощности (43,5 гигаватта). Ожидается, что к концу 2016 года страна подключит еще 26,5 гигаватта — это больше, чем суммарная мощность всех солнечных электростанций мира по состоянию на 2010 год. Среди других лидеров рынка — развитые страны, прежде всего Германия, Япония и США.

Так много электростанций. Значит, мы тратим все больше электричества?

Не совсем. Строительство новых электростанций действительно вызвано растущими потребностями — как обычных людей, так и крупной промышленности. Но часто случается, что ввод мощностей на самом деле никому не нужен.

Тут снова можно привести в пример Китай. В 2015 году до 15 процентов построенных в стране ветряков простаивали: энергосистема была не рассчитана на дополнительные мощности.

В Германии рекордная выработка электричества на ветряных электростанциях привела к тому, что счета за свет станут отрицательными. То есть поставщикам некуда деть лишнюю энергию, и они вынуждены договариваться с потребителями, чтобы те продолжали расходовать электричество, хотя в праздники многие берут отгулы. И такая ситуация повторяется из года в год.

Мы скоро сможем отказаться от сжигания сырья?

Нет. Даже с учетом бурного роста солнечных и ветряных электростанций Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2021 году доля возобновляемых источников энергии в мировом потреблении электричества достигнет только 28 процентов. Сейчас на них приходится 23 процента всей электроэнергии, причем две трети мощности составляют гидроэлектростанции.

Если говорить не только о выработке электричества, а о любых способах получения энергии (отопление, заправка транспорта и так далее), то на возобновляемые источники приходится (.pdf) не более 5 процентов.

Как обстоят дела с новыми источниками электроэнергии в России?

Плохо. По состоянию (.pdf) на ноябрь 2016 года только 20 процентов генерируемой мощности приходится на возобновляемые источники энергии, все это благодаря гидроэлектростанциям.

Общая мощность российских солнечных электростанций — 70 мегаватт (сопоставимо с Кипром), ветряных — почти 11 мегаватт (в пять раз меньше Люксембурга). В сумме они дают 0,04 процента вырабатываемого в стране электричества, это чуть больше потребностей Чукотского автономного округа, исходя из годовых расходов за 2015 год.