Преимущества использования энергии солнца

Плюсы и минусы солнечной энергии

Как снабжать человечество электроэнергией без вреда для окружающей среды – главный вопрос, которым не так давно задавались современные исследователи. Мы уже научились добывать энергию с помощью сооружения волновых, приливных, геотермальных, ветряных и солнечных электростанций. Прогресс технологий подарил нам уникальную возможность использовать Солнце с помощью установленной системы либо же портативных батарей в индивидуальных целях. В этой статье мы рассмотрим плюсы и минусы солнечной энергии, а также коротко расскажем о том, что собой представляют гелиопанели и где их используют.

Устройство солнечных батарей

Возможность использования солнечной энергии подарила нам такая наука, как гелиоэнергетика. Именно она исследует и разрабатывает устройства, которые занимаются преобразованием излучения Солнца в электрическую и тепловую энергию.

К таким устройствам относится солнечная батарея. Это плоская, с защитным покрытием конструкция из фотоэлементов, являющихся полупроводниками. Они обеспечивают процесс преобразования солнечной энергии в электрическую. Благодаря разнообразию размеров, их применяют в различных сферах жизнедеятельности.

Например, для обеспечения электричеством частного дома потребуется установка, которая включает следующие составляющие:

С помощью инвертора постоянный ток, который создается в ясный день, проходит процесс преобразования в переменный, а далее распределяется на потребителей электричества. Нерасходуемое электричество накапливается в аккумуляторах и используется ночью или в непогоду. Контроллер следит за зарядом аккумуляторов.

Рассмотрим подробно плюсы и минусы солнечных батарей.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

доступность источника энергии;
постоянное и независимое энергоснабжение;
бесплатное потребление;
экологичность;
бесшумность;
высокая износостойкость.

Каждое из этих достоинств мы опишем более подробно.

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть. Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание. Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Недостатки использования солнечных батарей

Солнечная энергия, а именно ее использование, предусматривает также и минусы, не смотря на вышеописанные плюсы.

К недостаткам относят следующие факторы:

высокая цена;
низкий КПД;
большая площадь, занимаемая системой;
зависимость работы от погодных условий.

Стоимость монтажа системы, которая сможет удовлетворить индивидуальные потребности человека, непомерно высока. Не говоря уже о том, чтобы снабдить электроэнергией целый дом. Это объясняется следующим пунктом.

Низкий КПД

Продуктивность солнечных батарей намного ниже, по сравнению с традиционными источниками электроэнергии. Например, панель средней работоспособности, площадью в 1 м 2 производит мощность около 120 Вт. Этого должно хватить только для зарядки планшета или телефона. Из этого вытекает следующий пункт.

Большая площадь, занимаемая системой

Чтобы обеспечить ваши минимальные потребности в электроэнергии, вам понадобится очень большая площадь. Если, конечно же, речь не идет о зарядке телефонов, планшетов или работы приборов с потреблением низкой мощности.

Зависимость работы от погодных условий

КПД солнечных батарей снижается в пасмурный, облачный день, зимой, при низких температурах и т.д. Ночью, в отсутствие Солнца, источника энергии, производство электричества прекращается. На работу панелей также влияет расположение вашего дома и окон.

Использование солнечной энергии

Помимо удовлетворения индивидуальных запросов потребителей электричества, солнечную энергию используют в различных сферах жизнедеятельности:

Авиация. Благодаря солнечной энергии, самолеты могут не расходовать топливо на протяжении некоторого времени.
Автомобилестроение. Панели могут использоваться для зарядки электромобилей.
Медицина. Благодаря разработкам южнокорейских ученых, мир увидел солнечную батарею, которую используют для приборов, поддерживающих функциональность организма человека, путем вживления под кожу.
Космонавтика. Гелиопанели устанавливаются, например, на спутниках и космических телескопах.

Читайте также: Солнце praise the sun

Это всего лишь несколько примеров. Кроме этого, солнечные панели широко используют для обеспечения электроэнергией зданий, а также целых населенных пунктов.

Надеемся, что вышеописанные преимущества и недостатки использования солнечных батарей помогут вам определиться с решением, стоит ли вам обратиться к альтернативным источникам энергии.

Источник

Плюсы и минусы солнечной энергетики

Человечество все дальше вглубь уходит по пути загрязнения собственной окружающей среды. Многие мировые умы заняты проблемой возобновляемых, не выбрасывающих в атмосферу вредных веществ источников энергетики. Данная тема весьма актуальна в 21 веке.

О положительных качествах солнечной энергетики, говорят почти повсюду. Применение альтернативных способов добычи электроэнергии, качественно может помочь нашей планете. Сохранить природные ресурсы, атмосферу, и не допустить скорого потепления климата,

это одна из главных обязанностей современного человека. Каковы же плюсы и минусы такой энергии, как солнечное излучение.

Плюсы

Рассматривая излучения от солнца, как источник энергии, необходимо отметить, что эта энергия бесконечна. Это представляет собой большой плюс, потому, что все доселе известные доселе источники энергетики, являются ущербными для нашей планеты. По некоторым данным Национальной американской исследовательской академии, «Звезда по имени Солнце» будет способна согревать Землю еще примерно еще 6,5 миллиардов лет, до тех пор, пока не взорвется.

Повсеместность. Запас солнечной энергетики, весьма огромен. Каждый день наша планета облучается около 120 тысячами тераваттами света самой большой звезды. А это, на секундочку, в 20 тысяч раз больше энергии, чем весь мир способен потреблять ежедневно.
Стабильность. Энергетику солнца нельзя перерасходовать, она стабильна во все времена. И сейчас и для будущих поколений Солнце будет светить.
Доступность. Энергию из солнечных лучей можно собирать и использовать каждый летний (и даже зимний ) день, по всей поверхности Земли. Например, Германия, на сегодняшний день, является наиболее использующей солнечную энергию страной в мире, и имеет прекрасный запас именно солнечной энергетики.
Безопасность для окружающей среды. Экологическая чистота, принципиальный фактор в добывании энергии для человеческих нужд. Сравнивая затраты и воздействия на природу традиционных способов получения энергии, с получением энергии от Солнца, можно убедиться в небольшом воздействии на природу и атмосферу от производств, перевозки и установки солнечных батарей. Это бесспорно важнейшее мероприятие в направлении борьбы с глобальным потеплением.
Отсутствие шумов. Из — за отсутствия движущихся узлов на самом ресурсе, выработка энергии происходит тихо.
Выгода. Применение отдельного источника электроэнергии в частном доме, весьма экономично. Принципиально, что обслуживание панелей сводится к минимальным затратам, в году несколько раз следует очищать панели от загрязнений. Гарантия от производителя растягивается на 20 — 25 лет.

Сферы деятельности

Применение солнечной энергетики охватывает многие отрасли. При достаточной удаленности от централизованной электростанции потребность в автономных установках очень велика.

Солнечные батареи используют для опреснения воды в Африке, также для поставки электроэнергии на спутниковые станции. Не случайно солнечную энергетику окрестили «народной» она легко вошла процесс электроснабжения дома. Такая электроэнергия потребляет в сырье, как и фотоэлементы луча, так и его теплопроводность.

Новые технологии

Каждый год технически усовершенствуется процесс изготовления электрических батарей. На стадии постройки сооружения, в строительные материалы внедряются инновационные тонкопленочные панели. Японские производители Sharp, являясь несомненным лидером в изготовлении солнечных панелей, не так давно выпустили в широкое потребление прозрачные накопители с фотоэлементами для остекления оконных проемов. Результаты нынешних исследований в квантовой физике и инновациях подразумевают усовершенствование продуктивности солнечных панелей в три раза.

Минусы

Негатива от солнечных батарей очень мало, однако иногда они могут показаться принципиальными. К примеру:

Солнечные батареи просто не работают в пасмурную погоду.
В регионах, где часто выпадают осадки, очень проблематично применять солнечные панели.
Стоимость батарей тоже весьма не демократична (возможно пока), восстановление затрат растягивается надолго.
Для установки солнечных батарей требуются большие участки.
Солнечные установки способны скапливать только постоянный ток, для переменного же, потребуются еще установки.
Генерировать энергию возможно только в дневные часы, и соответственно для темного времени суток необходимо приобретать аккумуляторы.
Бытует мнение, что повсеместное применение солнечных панелей, теоретически способно изменить альбедо (свойство отражать солнечные лучи) нашей планеты, и способствовать изменению климата (но при нынешнем показателе потребления солнечной энергии, это весьма маловероятно).

Как выгодно применять

Учитывая свойство панелей работать лишь в солнечную погоду, необходимо детально изучить рынок солнечных батарей, а именно материал из которого их изготавливают. Поликристаллические панели способны прекрасно генерировать не только прямой солнечный свет, но и рассеянные лучи. А требуемые для действия установок, солнечного излучения облака уже не являются преградой. С целью получения большей эффективности, даже в пасмурную погоду следует выбирать поликристаллические кремниевые батареи.

Однако время и прогресс не стоят на месте и возможно в ближайшем будущем силой мысли будут разработаны батареи, без всяческих недостатков и минусов. И человечество уверенными шагами пойдет в направлении сохранения природы, атмосферы и планеты.

Источник

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Солнце является неиссякаемым источником света, ультрафиолетового и теплового излучения. Солнечная энергетика считается одной из самых перспективных. Экологичность – основная причина актуальности солнечной энергетики. Ученые постоянно совершенствуют используемое оборудование, создают новые виды генераторов.

Солнечная энергия является результатом преобразования лучевого потока, поступающего от светила, в электрическую или тепловую энергию. На современном этапе развития производства рано говорить о полноценном использовании природного ресурса солнце. Но многое уже сделано.Что такое солнечная энергетика?

Концентрированную солнечную энергию CSP (Concentrated Solar Power) улавливают и преобразуют по нескольким технологиям. СЭС бывают двух типов:

Жидкостные, вода или другая жидкость разогреваясь от инфракрасных волн, вращает турбины электрогенераторов.
С фотоэлементами, генерирующие электроны под действием света.
Комбинированные СЭС сочетают сразу оба вида преобразователей.

История развития солнечной энергетики

«Приручить» солнце пытались еще во времена Архимеда. Дот наших дней дожила легенда о сжигании кораблей с помощью огромного зеркала – сфокусированный луч жители Сиракузы направили на флот противника.

В истории развития солнечной энергетики имеются факты об использовании энергии солнц:

для обогрева каменных дворцов;
выпаривания морской воды с целью получения соли.

Водонагреватели стали совершеннее, когда Лавуазье применил линзу для концентрации инфракрасных лучей. Так удавалось плавить чугун. Позже французы стали использовать нагретую до состояния пара воду для механического привода к печатному оборудованию. О перспективах солнечной энергетики ученые заговорили после создания полупроводников. На их базе были созданы первые фотоэлементы.

Достоинства солнечной энергетики

Солнечно-ветровая энергетика работает на возобновляемых ресурсах. Их не нужно добывать, они готовы к использованию без вмешательства человека. Стоит подробно рассмотреть преимущества солнечной энергетики.

Доступность источника энергии

О перспективе развития солнечной энергетики задумываются многие страны. Разрабатываются проекты по использованию фотоэлементов и теплосистем на энергии солнца владельцами частных домов. Общедоступность источников энергии заставляет находить новые возможности ее использования. Фотоэлементы встраивают в одежду, сумки, выпускают мини-панели для туристов.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В жарких климатических зонах, горных районах поток света практически постоянный. Не случайно крупные станции располагают именно там. Как вспомогательные источники энергии применяют в отдаленных от цивилизации уголках, где нет линий электропередач.

Бесплатное потребление

Электричество, получаемое от домашних генераторов, работающих от солнца, никем не учитывается. Ежемесячно платить за электроэнергию не придется. Ощутимые первоначальные затраты в дальнейшем приводят к экономии по оплате коммунальных услуг. Современные фотопанели хорошо адаптированы для применения в частных домах.

Экологичность

Электростанции работают без вреда для окружающей среды. Утилизируют их методом рециркуляции – отдают на переработку как вторсырье.

Бесшумность

В отличие от бензиновых или дизельных генераторов домашние энергосистемы, преобразующие энергию солнца, работают бесшумно. Турбины гелиостанций расположены так, что не наносят вреда окружающему растительному и животному миру децибелами, вибрацией.

Высокая износостойкость

Оборудование просто эксплуатировать, ему не требуются постоянные профилактические ремонты. Ресурса полупроводников хватает на много лет, после 30-летней эксплуатации генерация электронов уменьшается всего на 20%.

Недостатки солнечной энергетики

На сегодняшнем уровне у существующих технологий аккумулирования и преобразования световой, инфракрасной, ультрафиолетовой энергии солнца длительный срок окупаемости. Это не единственный недостаток. Основной проблемой солнечной энергетики остается недостаточное развитие технологии. Утешает то, что отрасль развивается.

Низкий КПД

Максимальный коэффициент полезного действия световых станций любого типа не превышает 30%. При сжигании топлива отдача выше. Поток лучей непостоянен, он прекращается, когда часть планеты входит в теневую область. Потребление энергии в темную часть суток возрастает. Приходится решать проблемы аккумулирования энергии. Со временем КПД фотоэлементов снижается, проводимость полупроводников уменьшается, панели приходится менять.

Большая площадь, занимаемая системой

Для размещения зеркал на гелиостанциях, монтажа батарей требуется пространство, исчисляемое тысячами гектаров. Люди находят выход из положения: размещают панели на вертикальных щитах, крышах строений. В промышленных масштабах такое невозможно, территория станция занимает несколько десятков футбольных полей.

Зависимость работы от погодных условий

На процесс генерации влияет погода. При сильной облачности большая часть лучей рассеивается, не достигая пространства. Жесткие панели страдают от снеговой нагрузки, града. Эффективность снижается, когда на батареях скапливается грязь. Крепежные элементы испытывают воздействие погодных факторов.

Экологические последствия развития солнечной энергетики

Инновационный подход к развитию энергетики приводит к снижению вредных выбросов в атмосферу от сжигания топлива. За счет применения технологий по преобразованию энергии светила в электрическую снижается энергопотребление коммунальных хозяйств.

Хотя преимущество газообразного, жидкого, твердого топлива неоспоримо, пора задуматься об экологических последствиях. При переходе на энергию СЭС:

снижается риск техногенных аварий;
возобновление ресурса происходит без участия человека;
минимизированы вредные воздействия на экосистему;
не выделяются парниковые газы, разрушающие озоновый слой;
для строительства СЭС не требуется менять ландшафт, нет объемных земляных работ по выемке грунта;
в сравнении со строительством ГРЭС не нарушаются русла рек, территории не подлежат затоплению, не наносится ущерб флоре и фауне.

По затратам разработка новых шельфовых месторождений нефти и газа сопоставима со строительством СЭС.

Развитие солнечной энергетики в разных странах

По оценкам экспертов, в будущем солнечная энергетика полностью вытеснит бензиновые генераторы, значительно увеличится объем генерируемой тепловой и электрической энергии в мировом масштабе.

Оценка эффективности станций высокая. Совершенствуются фотоэлементы, увеличивается аккумулирующая способность гелиосистем. По официальным данным, 1% потребляемого электричества генерируется фотоэлементами. Технологии постоянно совершенствуются, повышается КПД батарей.

Доля солнечной энергетики в Германии превысила 20% общей выработки электричества, страна входит в список пяти держав с развитой структурой СЭС. Применение батарей-генераторов становится нормой. За счет энергии солнца удается покрывать 50% ежедневных потребностей на ЖКХ.

Преимущества двойной батареи фотоэлементов не так давно оценили в Европе, она улавливает прямое и отраженное излучение. Такое конструкционное решение увеличивает производительность фотоэлементов на 30%. Кстати, солнечной энергетике в странах Европы уделяется должное внимание. Страны, не имеющие запасов природных углеводородов, отказались от развития ядерной энергетики в пользу альтернативного использования возобновляемых природных источников. В Бельгии годовая выработка СЭС превышает 3 тысяч мегаватт, Испании – 5,3 тысяч, Франции – 5700 МВТ, Италии – 18 тысяч мегаватт.

Станции строят в Японии, Австралии, других странах мира. Даже в Канаде, северной стране, разработаны программы по внедрению батарей с фотэлементами. Они занимают огромные площади на заснеженных просторах страны. Китай с 2015 года – лидер по производству и установке гибких и жестких панелей с фотоэлементами.

Самой разносторонней считают солнечную энергетику в США. Американцы строят гелиотермальные станции, преобразующие тепло солнца в пар, который вращает турбины. В год в энергосистему Америки ежегодно поступает 18317 МВт электричества, получаемого от солнца. На территории США в пустыне Мохаве расположена самая крупная СЭС в мире.

Как развита солнечная энергетика в России?

В энергобалансе страны доля солнечной энергии ничтожно мала – 0, 03%. Из-за большого срока окупаемости частные инвесторы не торопятся вкладывать деньги в эту отрасль, получать электроэнергию из газа гораздо выгоднее.

Остается надеяться на государственные инвестиции в солнечную энергетику. В планах строительство четырех крупных станций, увеличение объема получаемого от солнца электричества до 1%. Развитие солнечной энергетики ограничено территориально, в самых индустриально развитых регионах низкая инсоляция, строительство СЭС нецелесообразно.

Инвестиционные программы разрабатываются с учетом ландшафта при поддержке властей. В этом году закончено строительство станции «Енотаевка» мощностью 15 МВт в Астраханской области. В этом регионе планируются еще две: «Михайловская», «Элиста Северная».

Оценка инсоляции делается на основании многолетних наблюдений за погодой. Рынок солнечной энергетики РФ постепенно расширяется.

Строить электростанции, преобразующие энергию солнца, рентабельно вдоль южных границ:

в Сибири;
Крыму;
на Дальнем Востоке;
в горах Алтая, Кавказа.

В этих районах ожидаемая эффективность подтверждена.

Уже работают крупные СЭС:

Фунтовская, Ахтубинская в Астраханской области генерируют по 60 МВт;
Орская, первоначальная годовая мощность 25 мегаватт в 2017-м году увеличена до 40 МВт;
Самарская, это еще 75 мегаватт.

Крым – регион, где 250 ясных дней в году. Там построена самая большая СЭС России «Воалистаовока», она ежегодно выдает 1100 МВт. Чуть меньше «Перово» (105 МВт), на третьем место по производительности и занимаемой площади «Охотниково» (85 МВт). В Крыму расположено два десятка станций.

В России проектируется и строится 30 новых станций. Фотопанели используют владельцы частного сектора для собственных нужд, особенно в удалении от сетей единой энергосистемы. Развитие альтернативной энергетики поддерживается на государственном уровне, создана Ассоциация предприятий солнечной энергетики. Для строительства СЭС привлекаются иностранные инвесторы.

За использованием энергии солнца будущее. Разрабатываются модели фотобатарей на крышах машин, есть дорожные магистрали с полотно из фотоэлементов. КПД таких систем около 10%. Доля альтернативной энергетики в мире постоянно растет.