Перспективы развития энергия солнца

Состояние и перспективы развития солнечной энергетики в России и мире

Мир не стоит на месте: постоянно разрабатываются и внедряются новые технологии, хотя отдельные страны и регионы значительно отстают. Одно из актуальных направлений развития — переход на альтернативные источники энергии. К таким относится солнечная энергия. Возможность её широкого внедрения обсуждается уже давно. Сейчас солнечная энергетика обеспечивает около 1% от всей потребности в энергоресурсах.

Даже скептики убедились в том, что солнечное излучение может быть преобразовано в электричество. Но человечество не спешит полностью переходить на этот источник, хотя он доступен во всех уголках планеты. Стоит разобраться в том, почему так происходит.

Как из солнечного излучения получается электричество?

Процесс преобразования излучения, вырабатываемого Солнцем, в электрический ток, называется солнечной генерацией. Он включает в себя несколько этапов. Есть несколько технологий, и самыми эффективными признаны следующие:

Аэростатные солнечные станции (СЭС), которые бывают мобильными, тарельчатыми, башенными, на фотобатареях и комбинированными;
Гелиотермальная энергетика;
Фотовольтарика.

Методы вырабатывания электричества их солнца

Фотовольтарика

Фотовольтарический эффект обеспечивает преобразование солнечной энергии в электроток. В процессе участвует фотоэлемент. Когда на него попадают лучи солнца, энергия частиц света поглощается электронами. Они приходят в движение, и создаётся напряжение. По такому принципу действуют солнечные панели. Они устроены таким образом, что фотоэлементы повёрнуты в сторону солнца и в дневное время поглощают его свет.

Панели удобны в использовании, они изготавливаются разных размеров. Их не нужно защищать от перепадов температур и атмосферного воздействия. Устройства для преобразования солнечной энергии в электрический ток выпускают несколько компаний, одна из них — SistineSolar. Её продукция отличается тем, что имеет разные расцветки и текстуру. В этом панели превосходят традиционные, окрашенные в синий цвет. Они не только выполняют основную функцию, но и служат элементом оформления кровли.

Фотовольтарика — перспективная технология, и эксперты считают. что через несколько десятков лет она будет обеспечивать около 20% от общемировой потребности в электричестве.

Гелиотермальная энергетика

Эффективность этой технологии немного ниже по сравнению с фотовольтарикой. Выработка энергии происходит так:

сосуд с водой нагревается пол солнцем;
жидкость превращается в пар;
пар под высоким давлением подаётся на турбину;
в процессе вращения вырабатывается электричество.

Таким образом, технология включает в себя несколько этапов. Тепловые электростанции действуют по подобному принципу: жидкость нагревается и превращается в пар, который приводит в действие турбину. Разница в том, что в тепловых электростанциях для нагрева жидкости сжигается уголь.
Крупнейшая в мире гелиотермальная станция, вырабатывающая электрический ток из солнечных лучей, находится в пустыне Мохаве и называется Иванпа Солар. Это показательный пример эффективного применения технологии. Станция была запущена в 2014 году, и все эти годы работает только на солнечной энергии, исправно производя электричество. В конструкцию входят несколько башен. В них помещён большой котёл, наполненный водой. По окружности установлены зеркала. Солнечные лучи попадают на них, затем отражаются и поглощаются поверхностью котла. Вода внутри нагревается и превращается в пар. Зеркала установлены так, что они подвижны. Вращением управляет компьютер, поэтому поверхность всегда повёрнута в ту сторону, где находится солнце.

Мощность солнечной электростанции Иванпа Солар составляет 392 МВт. Примерно столько же электроэнергии вырабатывает средняя московская ТЭЦ.

Ночью солнце не светит, однако работа гелиотермальной станции не прекращается, потому что днём используется не весь пар. Часть его отводится в специальные резервуары, а ночью расходуется. Таким образом, электрический ток вырабатывается равномерно.

Аэростатные электростанции

Станции этого типа нельзя назвать распространёнными, но кое-где они применяются. Конструктивно в аэростатную установку входят 4 элемента:

Специальный шар — аэростат. Он висит в небе и поглощает лучи солнца. Внутри находится вода.
Паропровод. Нагреваясь, вода превращается в пар, который по паропроводу поступает в турбину, приводя её в движение.

Турбина — основной элемент, вырабатывающий электроэнергию. Насос и конденсатор — когда пар выполняет свою задачу, он остывает и конденсируется. Насос поднимает воду обратно в аэростат. Так цикл повторяется бесконечно.

Солнечная энергетика: положительные аспекты

Солнце — неиссякаемый источник энергии, который будет в распоряжении людей ещё очень долго — пока существует планета Земля. Солнечную энергиэю не надо добывать, как уголь. Процесс переработки тепла в электрический ток не наносит ущерба окружающей среде. Участие человека в процессе не требуется: достаточно оснастить станцию всем необходимым и запустить. Установка работает в автономном режиме.

Обслуживать станцию всё-таки нужно, потому что зеркала и другие поверхности, находящиеся на открытом воздухе, время от времени нужно мыть. Ресурс солнечных батарей при их интенсивном использовании не бесконечен, однако после их переработки получается сырьё, которое можно использовать повторно.

Препятствия к развитию солнечной энергетики

Солнечная энергетика имеет свою специфику. Основная сложность заключается в том, что в отдельные периоды эффективность работы станции сильно снижается. Есть способы, обеспечивающие работу станций ночью, но они бессильны, когда солнца нет в течение нескольких дней. Если долго стоит пасмурная погода, выработка электричества прекращается. В условиях, когда от солнечной электростанции зависит целый город, это привело бы к катастрофе. Но эту проблему можно обойти, применяя основной и резервный источники энергии.

Вторая сложность — высокие расходы на строительство станций. В их конструкцию входят редкие и дорогие элементы. Не каждая страна может позволить себе потратить средства на строительство СЭС, когда есть более мощные АЭС и ТЭС. Кроме ТОО, чтобы разместить станцию, нужно много свободного пространства, причём в таком регионе, где уровень солнечного излучения достаточно высок.

Солнечная энергетика: развитие за рубежом

Компания Tesla предлагает ещё более прогрессивное решение. Её продукция представляет собой материал для покрытия кровли, способный преобразовывать лучи солнца в электроток. Продукт представляет собой черепицу с функционалом солнечных панелей. В каждое изделие встроены специальные модули. По внешнему виду и цвету черепица разная, так что можно выбрать ту, что будет сочетаться с другими элементами дома. Кровельный материал выпускается под названием Solar Roof, и производитель даёт на него бесконечную гарантию.

Солнечная энергетика повышает эффективность. Теперь для солнечной генерации применяют и двусторонние панели. Они поглощают прямые и отражённые лучи солнца, за счёт чего КПД повышается на 30%. На таких панелях работает станция, недавно построенная в Европе. Предполагается, что она будет производить 400 МВт*ч в год.

Ещё одна необычная установка построена в Китае. При мощности 40 МВт она не занимает места на суше, а для Китая это весомое преимущество. Плавучая станция располагается в водоёме. Она закрывает собой некоторую площадь воды, в результате снижается испаряемость. Высокая эффективность работы фотоэлементов достигается за счёт того, что они меньше нагреваются.

Развитие отрасли в России

Пока другие страны переходят на альтернативную энергетику, в России продолжают использовать старинные методы. Электричество вырабатывают, сжигая нефть, уголь и газ. Чтобы понять масштаб отставания, достаточно сравнить 2 страны — Германию и Россию. В первой на солнечную генерацию приходится 20% всего энергобаланса, во второй — менее 0,03%. Отчасти это обусловлено тем, что Российские предприниматели вынуждены думать в первую очередь о рентабельности, а только потом — о пользе для населения. Ведь использование газа в краткосрочной перспективе обходится дешевле. Долгосрочные инвестиции в современные технологии представляются рискованными, поэтому не находится желающих вкладывать средства в строительство солнечных электростанций.

Ещё одна причина — низкий уровень солнечного излучения в наиболее развитых регионах, к которым относятся ленинградская и Московская области. В этом отношении перспективнее регионы, расположенные в южной части страны. Так, в Оренбургской области работает Орская СЭС. Её мощность составляет 25 МВт. В конструкцию входят 100 тыс. модулей. Станция построена и введена в эксплуатацию в 2015 году. Инвестор и владелец — ПАО «Т Плюс». Все солнечные модули российского производства. Чтобы их установить, понадобилось 33 тыс. свай. Площадь, на которой располагается станция, составляет 70 га.

В Крыму находится СЭС Перово — самая мощная станция. Она состоит из 440 тыс. фотоэлектрических модулей, суммарно выдающих 105 МВт. На площади, которую занимает станция, могли бы разместиться 259 футбольных полей. В Крыму работают ещё около 10 станций различной мощности. Вся энергия, вырабатываемая ими, уходит на собственные нужды республики.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

В России планируется построить несколько СЭС, за счёт которых доля солнечной энергии должна увеличиться до 1%. Предполагается, что строительство 4 крупных станций завершится в 2020 году. Следовательно, развитие солнечной энергетики в стране всё же началось, хотя идёт оно пока медленными темпами. Есть основания полагать, что в будущем этот способ выработки электричества займёт достойное место наряду с остальными.

Источник

Солнечная энергия в России: проблемы и перспективы развития солнечной энергетики

В каждой стране баланс топливно-энергетического комплекса существенно влияет на экономику. Зависимость от углеводородного сырья в мире постепенно снижается благодаря возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). Развитие солнечной энергетики в России задерживается из-за достаточного объема горючих полезных ископаемых и урана.

В чем преимущества солнечной энергетики?

В государствах с малыми запасами нефти, газа, угля и урановой руды отмечается нехватка энергоносителей. Выходом для них считается использование нетрадиционных энергоисточников. В отличие от Европы и США масштабное внедрение технологий солнечной энергии в России только начинает развиваться. Этому способствуют следующие факторы:

Экологичность.
За нулевое воздействие на окружающую среду гелиоэнергетике отдается большее предпочтение. Независимо от способа генерации, процесс безопасен для экологии.
Доступность.
Солнечные электростанции (СЭС) работают в любой точке мира. Среднегодовые температуры не важны, учитывается только уровень инсоляции территории.
Неисчерпаемость.
Объем энергетического сырья земных недр стремительно сокращается, а энергии Солнца хватит на 6,5 млрд лет.
Экономичность.
Расходы на добычу, транспортировку энергоносителя отсутствуют, поэтому солнечные батареи выгодно устанавливать.
Инновации.
Технологии генерации постоянно усовершенствуются. Кроме стандартных фотоэлектрических установок, японская компания Sharp начала изготавливать накопительные элементы для оконного остекления.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на доступность света Солнца в любой точке мира, полностью перейти на использование возобновляемых источников энергии пока невозможно. Обеспечить бесперебойное энергопотребление нельзя, так как ночью, в пасмурные и дождливые дни уровень инсоляции критически низок или отсутствует.

Строительство солнечных электростанций обходится государствам в немалые суммы. Поэтому Министерства энергетики многих стран не хотят разрабатывать программы поощрения для развития ВИЭ. Рабочие ТЭС и АЭС, достаток углеводородов, урановой руды значительно задерживает переход от традиционного энергоснабжения.

Дополнительным препятствием для активного старта ВИЭ стал кремний для производства модулей. Его содержание в земле превышает количество урана в 100000 раз, но извлечение чистого элемента (99,99%) по старой хлорсилановой технологии стоит около 100$/кг и равняется цене производства гексафторида урана.

Разработаны новые и экономные восстановительные процессы для добычи кремния из природного кварцита (5—15$/кг). Пока производителей, работающих на электрофизических методах восстановления, слишком мало в мире. Из-за этого невозможно удовлетворить имеющийся спрос на недорогие фотоэлектрические панели.

Как развита солнечная энергетика в России?

По данным Института энергетической стратегии теоретический потенциал альтернативной энергетики в России составляет 2300 млрд тонн условного топлива. Но даже эта цифра не влияет на скорость перехода к использованию ВИЭ. Богатство недр российской земли углеводородным сырьем и ураном задерживает прогресс в этой сфере.

На 2017 год общий гелиоэнергетический баланс Германии колебался в пределах 20%, на тот момент в России показатель составлял 0,03%. Это доказывает, что гелиоэнергетика медленно развивается в России и в ближайшее время не может догнать другие страны.

По прогнозам International Energy Agency к 2050 г лидеры в области генерации энергии Солнца смогут производить до 25% общемировой электроэнергии.

Без господдержки предприниматели не стремятся инвестировать в развитие гелиоэнергетики. Причиной этого считается отсутствие желания ждать окупаемости проекта, так как традиционные способы получения электроэнергии дешевле.

Многое зависит от инициативы местных властей. Региональным органам управления доступно разработать собственные программы по развитию гелиоэнергетического электроснабжения. Такие проекты воплощены в жизнь в Бурятии, Краснодарском и Красноярском краях.

Уровень среднегодовой инсоляции в разных регионах РФ позволяет полноценно эксплуатировать СЭС. Даже в областях с низкой солнечной активностью возможно снизить энергопотребление до 50%. Наибольшие перспективы развития принадлежат Крыму, Кавказу, Ставрополью, Дальнему Востоку.

В каких регионах используется?

Новые российские гелиоэнергетические станции функционируют более чем в 25 регионах. По вырабатываемой мощности первыми лидерами стали:

Орская 40 МВт и Соль-Илецкая 25 МВт (Оренбургская область);
Самарская 50 МВт;
Бурибаевская 20 МВт и Бугульчанская 15 МВт (Башкортостан);
Кош-Агачская (Алтай) 10 МВт.

Отдельного внимания заслуживает Крым. Из-за непростой геополитической обстановки полуостров был отрезан от необходимого электроснабжения. К концу 2015 г в Республике запустили крупнейшую в России СЭС мощностью на 110 мегаватт «Владиславовку». Позже в дополнение открыли еще 2 гелиостанции:

«Перово» , расположенную на 200 Га (площадь 259 футбольных полей). Здесь установлено 440 тыс. солнечных модулей, вырабатывающих 105 МВт.
«Охотниково» на территории 160 Га, генерирующую 82 МВт.

Крымские станции работают независимо от Единой энергетической системы страны. На 2019 год открыто 13 СЭС с мощностью 289,5 мегаватт.

Солнечная энергетика: аналитика

Исследования ученых утверждают, что всего 0,0125% генерируемого излучения Солнца обеспечит современные запросы мировой энергетики. По оценкам специалистов (German Advisory Council on Global change) к 2100 году гелиоэнергетика станет доминирующим звеном среди существующих источников энергии.

В Германии, США, Китае поощряются автономные дома, обустроенные солнечными накопительными элементами. Модули, расположенные на крышах, обеспечивают жильцов электричеством, что снижает энергопотребление на 60%.

На примере немецкой программы «2000 солнечных крыш», в России в стадии разработки находится мегапроект «Миллион солнечных крыш».

Анализ рынка солнечной энергетики в России показывает, что страна не готова к быстрому переходу на ВИЭ. Из-за отсутствия государственной поддержки и низкого спроса производство фотоэлектрических модулей ограничено. В этом сегменте представлены только несколько компаний:

«Хевел»—Чувашия;
ЗАО «Телеком-СТВ»—Зеленоград;
Рязанский ЗМКП;
«Сатурн»—Краснодар.

Осведомленность о потенциале гелиоэнергетики в РФ крайне мала, поэтому даже сочетание экономических и климатических факторов пока не делает ее конкурентоспособной.

Для подключения ВИЭ к общей энергосети страны, Правительство утвердило закон No47 от 23.01.2015 «О стимулировании использования ВИЭ на различных рынках электросети». Постановление призвано поддержать и максимально развить в ближайшем будущем нетрадиционные энергоисточники.

Перспектива развития на территории России

С 2016 года в мире отмечается скачок в использовании альтернативных источников энергии. При такой тенденции РФ не может оставаться в стороне. К концу 2019 года мощность солнечной энергосистемы страны составляет 0,04% (более 320 МВт), но для такой территории этого слишком мало.

В связи с этим Министерство энергетики выбрало 3 направления по увеличению масштабов гелиоэнергетического электроснабжения:

Привлечение инвестиционных вложений. При государственной поддержке инвесторам разрешено подключаться к монополистам энергосетей и зарабатывать на генерации солнечной энергии. Заключенный договор о поставке мощностей гарантирует возврат вложенных денег в течение 15 лет.

Развитие отдаленных регионов. На 75% территории страны нет центрального электроснабжения, что объясняет дороговизну топлива. По этим причинам был одобрен национальный проект по созданию большого количества автономных солнечно-дизельных установок мощностью 100 кВт. В будущем небольшие станции на 10—15 МВт будут работать по всей Сибири и Дальнему Востоку.

Поддержка частных собственников. Разрабатывается разрешение на установку домашних панелей мощностью до 15 кВт и продажу излишек энергии в электросети.

В планах на 2024 год в России планируется строительство станций общей мощностью 1,4 ГВт.

В помощь Минэнергии 9 некоммерческих энергохолдингов объединились в «Ассоциацию солнечной энергетики России». В целях организации числится комплексное прогрессирование гелиоэнергетики по всей стране и международное сотрудничество с лидерами в этой сфере.

Благодаря научно-техническому прогрессу гелиоэнергетика активно внедряется в экономику многих государств. По статистике цена сгенерированного от Солнца электричества падает каждый год на 4%. При таких тенденциях ожидается смещение мирового энергетического баланса в сторону ВИЭ, что не может не сказаться на развитии солнечной энергетики в России.