Экология использование энергии солнца

Вредны ли солнечные батареи?

В мире сокращается запас природных ископаемых для производства электричества. В поисках

альтернативных источников энергии человечество давно обратило свой интерес к Солнцу. Ежедневно Земля получает огромное количество солнечной энергии — 173000 Тераватта. Это в 10000 раз больше всей электроэнергии, потребляемой населением планеты. Но для ее преобразования нужно специальное оборудование.

Существующие способы использования солнечной энергии для получения электричества и тепла.

Применение систем солнечных батарей и электростанций;
Использование коллекторов, нагреваемых солнечными лучами, для использования разогретой воды в отоплении и электрогенераторах;
Термовоздушные электростанции, преобразующие солнечную энергию для раскручивания турбогенераторов;
Аэростатные солнечные электростанции.

Солнечная энергия доступна и бесплатна, ее не нужно добывать, она неисчерпаема. Но есть у гелиоэнергетики и недостатки.

Недостатки использования солнечной энергии

Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие;
В пасмурные дни и ночью солнечная энергия недоступна;
Необходимость использования больших площадей под солнечные источники энергии;
Содержание токсичных веществ в фотоэлементах;
Низкий КПД солнечных батарей, среднее значение эффективности не превышает 20%;
Высокая стоимость солнечных фотоэлементов;
Поверхность солнечных панелей и зеркал (для термовоздушных ЭС) нужно очищать от попадающих загрязнений;
При нагреве солнечных элементов, значительно падает эффективность их работы;
Сложная утилизация солнечных панелей.

Несмотря на имеющиеся недостатки, солнечная энергетика является самой быстрорастущей альтернативной энергетической отраслью, она составляет лишь 1% энергии, используемой сегодня. Но, по оценкам Международного энергетического агентства, солнечная энергия может обеспечить 20-25% глобальной энергии к 2050 году.

Создание солнечных батарей

Солнечные батареи – относительно новая технология получения электрической и тепловой энергии, берущая свое начало с 70-х годов прошлого столетия. Но человечество научилось пользоваться силой Солнца уже очень давно. Еще древние греки и римляне использовали энергию Солнца для получения огня с помощью увеличительного стекла и специально изогнутых зеркал. Так они могли зажигать факелы для религиозных ритуалов, и даже топить корабли врагов. Направляя зеркала под определенным углом, подогревали воду в термах и освещали темные помещения.

Создатель солнечных панелей Беккерель

В 1839 году французский ученый Беккерель обнаружил фотогальванический эффект. Экспериментируя с электролитами он заметил, что больше электричества было произведено, если гальванические элементы были подвержены солнечному свету.

Процесс создания и первые прототипы солнечных панелей

Первая солнечная батарея, похожая на современную, была выпущена в 1908 году, через 3 года после публикации статьи о фотоэлектрическом эффекте, за которую Эйнштейн получил Нобелевскую премию. В 1954 году был создан первый кремниевый фотогальванический элемент. В 1970 году была введена менее дорогая версия кремниевого солнечного элемента, что ознаменовало начало коммерциализации солнечных батарей. С начала 2000 годов, ученые сосредоточили внимание на способах сделать солнечные панели более эффективными и удобными. В результате технология стала более доступной для всех. Конечная цель — сделать солнечную энергию столь недоргой, как традиционные источники энергии, поскольку она по-прежнему недостаточно конкурентоспособна.

Производство и утилизация солнечных панелей

Производство солнечных панелей является энергоемким процессом. В настоящее время большая часть энергии, используемой для создания солнечных панелей, связана с переработкой ископаемого сырья, поэтому даже производство этих экологически полезных продуктов может способствовать загрязнению и глобальному потеплению.

Приблизительно 600 кВтч энергии используется для производства каждого квадратного метра солнечных батарей, чего достаточно для освещения 1000 лампочек мощностью 60 Вт в течение десяти часов. Средняя энергосистема использует около двух или трех панелей, каждая из которых имеет площадь около 2 м2. При установке в выгодном месте солнечная панель может производить до 200 кВтч на квадратный метр электроэнергии в год. Поэтому энергия, используемая в процессе производства панели, компенсируется только через несколько лет эксплуатации.

Исходным материалом для изготовления солнечных батарей служит трихлорсилан, ядовитый и взрывоопасный продукт. При его перегонке и восстановлении при помощи водорода, получают чистый кремний. Побочным продуктом, на этом этапе производства, является соляная кислота. Далее, кремний плавят и получают слитки, из которых делают элементы солнечных батарей.

Для производства солнечных панелей требуется использование многих опасных химических веществ. Яды, такие как мышьяк, хром и ртуть, также являются побочными продуктами производственного процесса. Эти химические вещества могут нанести серьезный ущерб окружающей среде, если их правильно не утилизировать.

Утилизация вредных элементов солнечных панелей должна сопровождаться специалистами по переработке

При соблюдении технологий улавливания и очистки токсичных газов и жидкостей, производство не будет вредным, но часто, особенно в развивающихся странах, такое оборудование не устанавливается на предприятиях, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Энергия, используемая в производстве солнечных панелей, не является единственной энергетической затратой. Необходимо также учитывать энергию, используемую для их транспортировки, особенно если панели импортируются из другой части мира. Утилизация солнечных батарей — большая проблема. Многие из материалов, используемых для их изготовления, трудно перерабатывать, а сам процесс рециркуляции требует большого количества энергии.

Вред экологии

Несмотря на экологическую безвредность применения солнечных батарей, их производство и утилизация может навредить окружающей среде и здоровью людей. Солнечные панели содержат металлы, такие как свинец, медь, галлий и кадмий, синтетические материалы. Их основа изготавливается из алюминия. Все это требует грамотной утилизации. Также, размещенные на больших площадях, они могут влиять на климат, нарушая естественный температурный режим.

Само производство фотоэлементов и панелей является химически грязным. Стоки и отработанные газы пагубно влияют на экологию. Земля, вода и воздух могут содержать вредные вещества, что является угрозой для всего живого вокруг этих предприятий.

Так стоит ли причислять солнечные панели к предметам причиняющим вред экологии?

Количество солнечных электростанций растет. Если технологии не будут развиваться в сторону наименьшего причинения вреда планете и людям, человечество ждет еще одна рукотворная экологическая проблема.

Источник

Солнечная энергия как экологический фактор или как СЭС влияют на окружающую среду

В наших умах закрепилось устойчивое мнение о безопасности и экологичности солнечной энергии и технологии СЭС вообще. Действительно, панели не дымят, не требуют топлива и не повышают радиационный фон, но делает ли это их безопасными? Исследованию отрицательных эффектов СЭС посвящены многие научные статьи и опыты, результаты которых могут подорвать веру человечества в чистую возобновляемую энергию. Наблюдается ли отрицательное влияние солнечной энергии на окружающую среду и насколько это опасно для человека?

Взаимодействие солнечной энергетики и экологии

На данный момент массово используются 2 “солнечных” технологии — фотоэлектрические панели для генерации энергии и солнечные коллекторы для подогрева воды. Эти устройства оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на окружающую среду, правда последнее афишируется меньше. Исследования по каждой технологии приведены ниже.

Влияние солнечных электростанций на окружающую среду

Как и уверяют продавцы и производители СЭС — солнечные панели вырабатывают энергию без загрязнения окружающей среды и выброса вредных веществ, однако при этом не афишируются особенности производства фотоэлектрических элементов.

Для изготовления 1м2 солнечных батарей требуется примерно 600 кВт/часов энергии, а модуль площадью 1м2 в год вырабатывает 200 кВт/часов. То есть солнечная электростанция на 1 квт (примерно 6,5 м2) требует для своего производства 3900 квт/час (среднегодовое потребление небольшого дома или квартиры), которые отработает только через 3 года. Более того, к примеру, солнечные электростанции китайского производства изготавливаются на заводах, подключенных к ТЭС, то есть для их производства требуются дополнительные выбросы в атмосферу.

Кроме чисто энергетических проблем также появляются экологические вопросы. При производстве кремния (основы для фотоэлектрических элементов) образуются побочные химические вещества, опасные для человека и окружающей среды. Ядохимикаты характерны и для производственного процесса свинцово-кислотных АКБ для СЭС, которые до сих пор распространены в Индии и Китае.

Американские ученые в качестве проблемы даже называют обеспечение достаточного количества воды для мытья панелей, но вряд ли для СЭС потребуется 150 000 м3 воды в сутки — именно столько потребляет средней мощности ТЭС для образования пара и охлаждения системы.

Все указанные выше проблемы носят технический характер и во многом зависят от государства. Если обеспечен полный цикл переработки и утилизации ядохимикатов — влияние на экосистему минимизируется в несколько раз и не идет в сравнение с ТЭС и АЭС, которые отравляют гектары земли и миллионы тонн пресной воды. Кроме того, совершенствуется и сама технология производства — те же тонкопленочные модули требуют при производстве в 10 раз меньше кремния, чем твердотельные аналоги.

Что касается того как солнечная энергия и ее влияние проявляются при производстве энергии , то отмечается 3 отрицательных фактора:

В местности, где работают солнечные электростанции средняя температура ниже на 5 градусов, чем по региону, что может сказаться на растениях и частично фауне;
СЭС требуют много земли (в 8 раз больше, чем ТЭС) на производство 1 кВт энергии и часто это земли, на которых обитает флора и фауна. При отсутствии возможности изменить ареал некоторые виды могут пострадать;
Электростанции-концентраторы убивают отраженными лучами птиц, что наблюдалось в Калифорнии при запуске СЭС на 320 тысяч зеркал.

Но опять же, это характерно только для крупных сетевых электростанций, занимающих большие площади. Применение солнечных модулей на фасадах зданий городов и частных домохозяйств не вызывает таких изменений в экосистеме.

Влияние солнечных коллекторов на окружающую среду

В отличие от солнечных электростанций, по коллекторам столь подробные исследования отсутствуют. Можно отметить, что это безопасная технология, которая оказывает меньше влияния на окружающую среду и вот почему:

Производство коллекторов требует меньше редкоземельных металлов и опасных химических веществ, необходимых при изготовлении фотоэлектрических элементов;
Солнечные коллекторы устанавливаются в основном на крышах и фасадах зданий, поэтому не занимают плодородные земли;
Утилизация трубчатых коллекторов более проста, чем фотоэлектрических модулей — стекло и металл из которых они состоят, легко перерабатываются;
В отличие от СЭС, коллекторы не концентрируются на большой площади (централизованных коллекторных станций нагрева просто нет) и не могут влиять на экосистему даже на локальном уровне.

Безопасность солнечных коллекторов подтверждается их распространенностью. Так, еще с 80-х в Израиле новые дома в обязательном порядке комплектуются солнечным водонагревателем, с 2006-го коллекторы обязаны устанавливать на новых постройках в Испании, а в Китае уже в 2007-м работало более 60 000 000 этих устройств.

Последствия развития солнечной энергетики: пользы больше чем вреда

Действительно, солнечная энергетика не так “чиста”, как ее пытаются представить производители солнечных панелей и владельцы СЭС, однако данная технология превосходит по экологичности все существующие на данный момент аналоги.

Состоянием на 2013-й год СЭС вырабатывали 160 тВт/ч электроэнергии в год. При генерации такого же количества энергии на традиционных ТЭС в атмосферу уходит порядка 140 000 000 тонн загрязняющих веществ. По прогнозам в 2019-м производительность СЭС возрастет до 390 тВт/часов, а в 2022 до 870 тВт/часов, а это предотвратит выброс еще примерно 700 000 000 тонн загрязняющих веществ в год.

Недостатки, связанные с производственным процессом фотоэлектрических модулей присутствуют, однако:

Это технологический вопрос, который затрагивает всю сферу производства. Такие вещества как кадмий выделяются и при изготовлении карманных фонариков, но это мало кого беспокоит. По мере открытия новых материалов технология производства будет совершенствоваться, что минимизирует вред производственного процесса;
Опасные побочные продукты характерны для всех отраслей энергетики. И если в СЭС они генерируются только на стадии производства, то АЭС каждый год оставляют такое количество отработанного топлива (плутония), что его хватило бы на создание примитивного ядерного оружия.

Однако, в отличие от карманных фонариков, компьютеров и АЭС, солнечные электростанции компенсируют выбросы и ядохимикаты за счет чистой генерации энергии. Это подтверждают опубликованные результаты исследований голландских ученых. В них сказано, что СЭС еще в 2011-м выработанной “чистой” энергией компенсировали выбросы, необходимые для их производства. К 2018-му солнечные панели и вовсе позволили снизить общий уровень выбросов в атмосферу.

Поэтому, говоря о солнечной энергетике можно перефразировать Черчилля — это не 100% “чистая” технология, но лучше мы пока не придумали.

Источник