Достоинства и недостатки использования солнечной энергии

Солнечная энергетика — активно развивающееся направление в энергоснабжении частных и общественных зданий. Каковы плюсы и минусы такого природного источника энергии, как солнечное излучение?

Преимущества солнечной энергии

Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это — возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива — угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться — приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется.

Потенциал солнечной энергии огромен — поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней.

Кроме того, солярная энергия неисчерпаема и постоянна — ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений.

Помимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира — не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах. Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом.

5. Экологическая чистота

В свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика — это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от невозобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления. Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии — это почти что нулевое воздействие на окружающую среду.

За счет того, что в системах на солнечном ресурсе нет никаких движущихся узлов, как, например, в генераторах, выработка электроэнергии происходит бесшумно.

7. Экономичность, низкие эксплуатационные расходы

Перейдя на солнечные батареи в качестве автономного источника энергии, собственники частых домов получают ощутимую экономию. Немаловажно и то, что обслуживание систем энергоснабжения на солнечных батареях характеризуется низкими затратами — необходимо лишь несколько раз в год подвергать чистке солнечные элементы, а гарантия производителя на них, как правило, составляет 20-25 лет.

8. Обширная область применения

Солнечная энергия обладает широким спектром приложений — это и выработка электроэнергии в регионах, где отсутствует подключение к централизованной системе электроснабжения, и опреснение воды в Африке, и даже снабжение энергией спутников на околоземной орбите. Не напрасно солярную энергию последнее время называют "народной" — это название отражает простоту ее интегрирования в систему электроснабжения дома, как в случае с фотоэлектрическими, так и с тепловыми элементами.

9. Инновационные технологии

С каждым годом технологии в сфере производства солнечных батарей становятся все более совершенными — тонкопленочные модули вводятся непосредственно в строительные материалы еще на этапе возведения сооружений. Японский концерн Sharp — лидер в производстве солнечных панелей, недавно внедрил инновационную систему прозрачных накопительных элементов для оконного остекления. Современные достижения в области нанотехнологий и квантовой физики позволяют говорить о возможном увеличении мощности солнечных панелей в 3 раза.

Недостатки солнечных источников энергии

1. Высокая стоимость

Бытует мнение, что солнечная энергия относится к разряду дорогостоящего ресурса — это, пожалуй, самый спорный вопрос из всех положительных и отрицательных аспектов ее использования. За счет того, что обустройство дома солнечными накопительными элементами обходится в немалую сумму на начальном этапе, многие государства (но пока не Россия) поощряют использование данного экологически чистого источника энергии путем выдачи кредитов и оформления договоров о лизинге.

За счет того, что солнечный свет отсутствует в ночное время, а также в пасмурные и дождливые дни, солнечная энергия не может служить основным источником электроэнергии. Но, по сравнению с ветрогенераторами , это, все-таки, более стабильный вариант.

3. Высокая стоимость аккумулирования энергии

Аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию и сглаживать, в какой-то мере, нестабильность поступления солнечной энергии, отличает высокая цена, доступная не каждому домовладельцу. Упрощает ситуацию тот факт, что пик потребления электроэнергии приходится как раз на светлое время суток.

4. Незначительное загрязнение окружающей среды

Несмотря на то, что по сравнению с производством и переработкой других видов энергоресурсов солнечная энергия наиболее дружественна к природной среде, некоторые технологические процессы изготовления солнечных панелей сопровождаются выбросом парниковых газов, трифторида азота и гексафторида серы.

5. Применение дорогостоящих и редких компонентов

Выпуск тонкопленочных солнечных панелей требует введения теллурида кадмия ( CdTe ) или селенида меди индия галлия ( CIGS ), которые являются редкими и дорогостоящими — это влечет за собой удорожание системы альтернативного энергоснабжения в целом.

6. Малая плотность мощности

Одним из важных параметров источника электроэнергии выступает средняя плотность мощности, измеряемая в Вт/м2 и характеризующая количество энергии, которое можно получить с единицы площади энергоносителя. Данный показатель для солнечного излучения составляет 170 Вт/м2 — это больше, чем у прочих возобновляемых природных ресурсов, но ниже, чем у нефти, газа, угля и в атомной энергетике. По этой причине, для выработки 1 кВт электроэнергии из солнечного тепла требуется значительная площадь солнечных панелей.

Дата публикации: 18 января 2019

Солнце — доступный и мощный источник альтернативной энергии. Технологии позволяют применять солнечную энергию как для электроснабжения удаленных населенных пунктов, так и для питания спутников на орбите Земли. Тем не менее, из-за некоторых особенностей солнечные электростанции (СЭС) пока поставляют лишь небольшую долю энергии.

Солнце как источник энергии

Солнце можно сравнить с термоядерным реактором, который прослужит еще 5 миллиардов лет. По мощности излучения 1 метр квадратный площади Солнца сравним с миллионом электроламп. Этой мощи с избытком хватит для обеспечения потребностей людей. Остается только собрать эту энергию и преобразовать ее в удобную для использования форму.

В ясный день на квадратный метр поверхности Земли приходится 1 кВт солнечной энергии. Современная солнечная панель такой же площади может собрать и преобразовать 170 Вт, то есть ее КПД равен 17%. Для того, чтобы заменить энергию всех электростанции Земли гелиоэнергией, нужно всего 66000 квадратных километров гелиопанелей. Такой гелиопарк занял бы всего 1% площади Сахары.

Способы получения тепла и электричества из Солнца:

• Пассивный способ использования гелиоэнергии очень прост: жидкость помещается в контейнер темного цвета, который нагревается под лучами солнца. Полученное тепло используется, к примеру, для обогрева помещений. В более прогрессивном виде этот способ используется в строительстве, когда сама конструкция здания служит аккумулятором тепла Солнца.
• Активный способ предполагает использование коллекторов (воздушные, плоские и вакуумные) или батарей. Первые преобразуют энергию Солнца в тепло, вторые — в электричество. Большинство гелиоэлектростанций включают в себя модули из коллекторов или батарей.

Солнечные электростанции: плюсы и минусы

Достоинства солнечных электростанций

• СЭС — это возобновляемый источник энергии. Еще более 5 млрд. лет жители Земли могут не беспокоиться об истощении солнечного ресурса. По человеческим меркам, это неисчерпаемый энергоресурс, и развитие гелиотехнологий — это существенный вклад в жизнь будущих поколений.
• Гелиосистемы могут работать в любой точке земли — как на экваторе, так и в Антарктиде. Температура воздуха роли не играет, необходим лишь доступ к солнечному свету.
• СЭС оказывают минимальное воздействие на окружающую среду. Конечно, и изготовление, и транспортировка , и установка гелиосистем сопровождаются выбросами в атмосферу, но по сравнению с традиционными энергосистемами, эти малозначимые эффекты.
• В гелиосистемах нет особых движущих узлов, кроме, например, сервопривода, который регулирует расположение панелей в пространстве. Поэтому гелиостанции работают бесшумно. Это позволяет устанавливать СЭС даже на крышах и стенах жилых домов.
• Солнечные электростанции сохраняют свою эффективность 25 лет. После этого срока некоторые показатели снижаются, но станция продолжает работать. Обновлять систему можно частями, заменяя отдельные модули на новые.
• Гелиосистемы применяются в разных сферах: они поставляют электричество в труднодоступные регионы, где нет централизованных электросетей; используются для опреснения воды; питают спутники на орбите и так далее.
• Потенциал СЭС растет с развитием науки. Открытия в квантовой физике и нанотехнологиях позволят увеличить мощность гелиостанций. А инженерный разработки смогут превратить жилое здание в маленькую СЭС.

Недостатки солнечных электростанций

• Эффективность СЭС зависит от времени суток и погодных условий. По ночам солнце не светит, а в условиях облачности свет слишком рассеянный. Хотя, например, вакуумные СЭС очень чувствительны к инфракрасному излучению, поэтому накапливают гелиоэнергию даже в пасмурную погоду (пусть и с более низкой эффективностью). В основном же, эта проблема солнечных электростанций решается за счет оборудования их аккумуляторами для запасания энергии и последующего ее использования в неблагоприятных для СЭС условиях.
• Техническое обслуживание гелиостанций. Вне зависимости от типа, гелиопанели регулярно нуждаются в очистке от пыли. Кроме того, некоторые типы панелей могут перегреваться, поэтому они нуждаются в системах охлаждения или вентиляции.
• Атмосфера над СЭС может нагреваться настолько, что пролетающие над ней птицы просто испаряются. По некоторым источником, над крупными гелиоустановками погибает одна птица каждые две минуты.
• Хотя гелиоэнергетика считается, в целом, «зеленой» отраслью, изготовление гелиоустановок происходит с выбросом парниковых газов.
• Современные гелиопанели обладают мощностью энергоносителя около 16-18 Ватт на квадратный метр. Этот показатель можно одновременно считать достоинством и недостатком солнечной электростанции. В этом солнечная энергетика превосходит другие альтернативные источники энергии, но уступает традиционным — углю, газу, нефти и атомной энергии.
• Гелиоустановки все еще отличаются высокой стоимостью, и это главный спорный момент в их использовании. Это вызвано, например, применением в них редких и дорогих элементов: теллура и индия. Да и аккумуляторные батареи, которые стабилизируют поступление энергии от гелиоустановок, обходятся в немалые суммы. Вопрос стоимости чаще всего решается на государственном уровне, когда власти предлагают субсидии предприятиям и частным лицам для перехода на солнечное электроснабжение.

Если бы не стоимость, СЭС быстро бы стали мировым лидером в альтернативной энергетике.

Я бы хотел установить себе солнечную батарею в квартиру, ведь летом много солнца, а значит что и электроэнергии много можно съэкономить. А это уже как прибавка к зарплате, что всегда радует!

Помню, как все раньше удивлялись ночным фонарикам, которые днем заряжались от солнца, а ночью сами по себе светились, но сейчас это уже обычное дело. Прогресс движется в правильном направлении. Экологичность и возобновляемость — это наше будущее.

И всё же прогресс не стоит на месте, и каждый из проблемных моментов, тормозящих пока что развитие этого вида электростанций, сегодня активно прорабатывается инженерами и учёными. Шаг за шагом, рентабельность солнечных электростанций постоянно растёт.

Я удивилась, конечно же, когда увидела, что солнечные батареи продают в совершенно обычных магазинчиках электроники. Видела я это в Европе, не знаю, может и в России такое тоже есть. Но за солнечными батареями будущее.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

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:

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

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.