Гелиоустановки. Солнечная энергетика в Республике Беларусь

2) Дороговизна  солнечных фотоэлементов. Вероятно, с развитием технологии этот  недостаток преодолеют. В 1990—2005 гг. цены на фотоэлементы снижались  в среднем на 4 % в год.

3) Недостаточный  КПД солнечных элементов.

4) Поверхность  фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.

5) Эффективность  фотоэлектрических элементов заметно  падает при их нагреве, поэтому  возникает необходимость в установке  систем охлаждения, обычно водяных.

6) Через  30 лет эксплуатации эффективность  фотоэлектрических элементов начинает  снижаться. 

Экологические проблемы:

1) Несмотря  на экологическую чистоту получаемой  энергии, сами фотоэлементы содержат  ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет  массу других опасных веществ.  Современные фотоэлементы имеют  ограниченный срок службы (30—50 лет), и массовое применение поставит  в ближайшее же время сложный  вопрос их утилизации, который  тоже не имеет пока приемлемого  с экологической точки зрения  решения.

Из-за экологических  проблем и возникшего дефицита кремния  начинает активно развиваться производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе  которых содержится всего около 1 % кремния. К тому же тонкоплёночные фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность. (Так, например, в 2005 году компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству кремниевых фотоэлектрических элементов). 

Технологии  солнечной энергетики: 

     Более чем за полвека ученые перепробовали  огромное количество различных вариантов  и способов добычи и использования  солнечной энергии. Дорогие и  малоэффективные технологии уступали место привлекательным и дешевым  разработкам, которые не прекращают совершенствоваться на протяжении многих лет.

     Классификация «солнечных» технологий, разделенных  учеными на 4 группы:

1) Активные  – вместе с преобразователями  задействуются механизмы, электромоторы,  помпы. Солнечная энергия используется  для нагрева воды, освещения, вентиляции.

2) Пассивные – отличаются от активных отсутствием в контурах систем каких-либо механизмов, движущих частей. Особенностью построения пассивных солнечных структур для организации систем вентиляции, отопления является подбор соответствующих по физическим параметрам строительных материалов, специфическая планировка помещения, размещение окон.

3) Непосредственные  или «прямым» - системы, преобразовывающие  солнечную энергию в ходе одного  уровня или этапа.

4) «Непрямые»  технологии - системы, процесс функционирования  которых включает в себя многоуровневые  преобразования и трансформации  для получений требуемой формы  энергии.

Исходя  из выше представленной классификации  групп технологий солнечной энергетики, можно охарактеризовать сферы деятельности человека, где энергия солнца получила наибольшее распространение.  

Использование солнечной энергии  в Республике Беларусь: 

     Беларусь  максимально эффективно планирует  инвестировать в развитие нетрадиционной энергетики. В частности, энергия  не только воды и ветра, но и солнца должна замещать часть углеводородного  сырья. О перспективах использования  в Беларуси гидроэлектростанций  и ветроэнергетических установок  уже неоднократно писалось, а вот  об использовании энергии солнца — нет, потому что, по оценке метеорологов, в стране недостаточное количество ясных дней в году. По мнению экспертов, среднегодовое поступление солнечной  энергии на земную поверхность с  учетом ночей и облачности составляет всего лишь 243 калории на 1 см2 в сутки, что эквивалентно 2,8 кВтч на 1 м2. К слову, чтобы получить 45 млрд кВтч электроэнергии, необходимо 450 км2 гелиостатов стоимостью $202,5 млрд. Тем не менее, на пленарном заседании международного симпозиума глава Национальной Академии наук Михаил Мясникович заявил, что «в Беларуси следует приступить к созданию производственной базы для развития солнечной энергетики незамедлительно». По его словам, в январе 2008 г. Академия Наук разработала проект концепции госпрограммы по созданию и развитию солнечной энергетики в стране. По мнению ученых НАН, развитие этого сектора необходимо начать с приобретения оборудования и создания производства как самих солнечных элементов, так и конечного изделия — фотоэлектрических модулей и систем. «Мы полагаем, что приступить к созданию собственных элементов по этим технологиям необходимо уже сегодня, иначе может быть поздно», — цитирует М. Мясниковича БелТа. В развертывание новой подотрасли промышленности могли бы включиться НПО «Интеграл», завод «Измеритель» и другие предприятия радиоэлектронного профиля. 
 
Солнце — самый сильный источник энергии для нашей планеты, который может использоваться для множества задач. Одна из них — преобразование солнечной энергии в электрическую — в так называемое солнечное электричество. Для преобразования солнечного света в электричество используют солнечные батареи. Впервые солнечные батареи применили при освоении космоса в 1957 г. Они были установлены на спутнике и вырабатывали электрическую энергию для его работы. Основным элементом для производства батарей является кремний. По мнению ряда независимых экспертов и ученых, преобразование солнечной энергии в электрическую имеет массу достоинств. Прежде всего, это 100-процентная надежность — ведь солнце от нас никуда не денется еще несколько миллионов лет. Также это чистый и, соответственно, безопасный для здоровья источник энергии. И, что самое интересное, только благодаря солнцу мы и имеем практически все источники энергии. Исключением можно назвать энергию приливов и отливов, за которую ответственна луна, и радиоактивные элементы, которые используются на атомных станциях. Энергия ветра полностью зависит от солнца и разности температур, им же и создаваемой. Ученые утверждают, что того количества солнечной энергии, которая доходит от солнца до земли только за один день, хватит, чтобы полностью обеспечить весь мир энергией на год. И при этом мы все равно используем ископаемые источники энергии — нефть, уголь, газ. В наше время использование солнечного электричества уже широко распространено. В отдаленных местах, куда дотянуть кабель от электростанций стоит очень дорого, а иногда — и просто невозможно, используют солнечную энергию. Это отдаленные фермерские хозяйства, отдельно стоящие обитаемые острова, морские и космические станции. На данный момент примерно 7 миллионов домов по всему миру оборудованы солнечными батареями. Также в странах, где электрическая энергия стоит дорого и достаточное количество солнечных дней в году, хозяева частных домов и владельцы офисов устанавливают солнечные батареи на крышах зданий и используют солнечное электричество без ущерба для собственного бюджета. Солнце заменяет 40- 60% всех затрат на другие энергоносители. Иногда солнечного электричества полностью хватает на нужды дома и даже вырабатывается больше необходимого. Так, в Германии правительство покупает солнечное электричество, произведенное днем, у частных лиц, а вечером продает его обратно по более низкой цене, стимулируя тем самым установку солнечных батарей.

 
  Вторым вариантом применения солнечного света является использование его по прямому назначению — для нагрева воды, отопления помещений, сушки различных материалов. Для этих целей используют тепловые коллекторы. Летом в средней полосе Европы производительность тепловых коллекторов с 1 м2 может достигать 50-60 литров воды в день, нагретой до температуры 60°-70°С. В Израиле 80% воды нагревается с помощью солнечной энергии. Основными странами — потребителями солнечной энергии являются Швеция, Дания, Германия, Австрия, Израиль. Суммарная площадь тепловых электростанций составляет уже более 8 миллионов м2. В данное время преобладает использование тепловых коллекторов в связи с доступностью по цене. Но получение электроэнергии намного заманчивее, чем получение тепла. Наука не стоит на месте, и в ближайшем будущем стоит ждать новых разработок в этом направлении. Они снизят затраты на производство солнечного электричества и обеспечат человечество дешевой и безопасной энергией. Председатель президиума НАН Михаил Мясникович подчеркнул, что, несмотря на более высокую стоимость проектов по альтернативной энергетике в сравнении с традиционными станциями, бестопливная энергетика является выходом в условиях истощения запасов углеводородного сырья.  
 Отметим, что в 2008 году предприятия Министерства промышленности сформировали крупнейшую за всю историю Белорусского промышленного форума экспозицию. Организаторы форума выделили места для стендов организаций Министерства энергетики, Министерства архитектуры и строительства, Национальной Академии наук Беларуси, Госкомитета по стандартизации и департамента по энергоэффективности Госстандарта. На выставках Белорусского промышленного форума свою продукцию демонстрировали более 300 компаний из Беларуси, Бельгии, Болгарии, Германии, Дании, Испании, Италии, Китая, Польши, России, США, Тайваня, Турции, Украины, Франции, Чехии, Швеции, Японии. В этом году впервые была широко представлена экспозиция всех областей Беларуси, а также свободных экономических зон.

     Для территории Беларуси свойственна относительно малая интенсивность солнечной  радиации и существенное изменение  её в течение суток и года. В  этой связи необходимо отчуждение значительных участков земли для сбора солнечного излучения, весьма большие материальные и трудовые затраты. По оценкам, для  обеспечения потребностей Беларуси в электроэнергии при современном  технологическом уровне требуемая  площадь фотоэлектрического преобразования составляет 200-600 км², то есть 0,1 – 0,3 % площади республики. Появились предложения об использовании территории Чернобыльской зоны для строительства площадок солнечных и ветровых электростанций. Для нашей республики реально использование солнечной энергии для сушки кормов, семян, фруктов, овощей, подъёма и подогрева воды на технологические и бытовые нужды. В результате возможная экономия ТЭР оценивается всего в 5 тысяч тонн условного топлива в год (тыс. т у. т. / г.). В республике начат выпуск гелиоводонагревателей и уже накоплен некоторый опыт в их эксплуатации. 

Заинтересованность  общества: 

     Тенденция роста цен на ископаемое топливо  стимулирует и в некоторой  степени оправдывает высокие  затраты частных и государственных  инвесторов на развитие и внедрение  «солнечных» технологий.

Не секрет, что в определенной мере заинтересованность общества в этом альтернативном источнике  энергии является следствием обеспокоенности  людей промышленными и транспортными  выбросами парниковых газов –  одной из причин глобальных изменений  климата. К счастью, регулирующие структуры  с каждым годом ужесточают требования по выбросам в атмосферу газов  к государствам и отдельным компаниям. 

Сферы деятельности человека, где энергия солнца получила наибольшее распространение: 

1) Системы  естественного освещения - один  из методов применения пассивных  технологий солнечной энергетики  для обустройства офисов и  жилых помещений. Суть этого  метода заключается в использовании  солнечного света в качестве  альтернативы электрическим лампам  и светильникам. Необходимость построения  систем естественного освещения  нужно продумывать на начальных  стадиях планировки здания, так  как здесь очень важную роль  играет структура крыши дома, расположение окон.     Помимо эстетического и психологического удовлетворения, системы естественного освещения могут помочь владельцам сэкономить на электричестве и выделиться среди когорты ценителей необычных архитектурных решений. Главным недостатком этого метода пассивных технологий солнечной энергетики является сложность разработки и реализации.

2) «Кухонная»  солнечная энергия: В далеком  1767 году Орас Бенедикт де Соссюр для нужд альпинистской деятельности сконструировал печь для приготовления пищи силой солнечных лучей.

3) Солнечные  нагревательные установки: В данном  случае солнечная энергия используется  для нагрева воды в резервуарах,  в основном для хозяйственных  нужд. Интересно отметить, но первые  такие установки начали продаваться  в США еще в конце XIX века. Солнечные коллекторы пользовались  широкой популярностью среди  населения разных стран вплоть  до 1920 года, пока не были вытеснены  дешевыми и практичными горючими  жидкостями (в то время бензину, как промежуточному продукту переработки нефти, еще не успели найти применение).

Сегодня мировым лидером по использованию  таких установок является Китай, где солнечные нагреватели занимают 80% сегмента этого специфического рынка. Отмечу, что с технической точки  зрения эффективность коллекторов  находится на довольно высоком уровне (87%). Солнечные нагревательные преобразователи  служат отличными заменителями газовых  колонок в быту, обеспечивая потребителей горячей водой для бассейнов  и душевых.

Известно, что с помощью особых конструкций  коллекторов можно также качать воду из глубоких колодцев, обессоливать ее; сушить фрукты, овощи и даже замораживать продукты.

4) Гелиоконцентраторы: Ученые и инженеры, использующие  метод фокусировки солнечных  лучей для выработки электричества  или тепла, по причине дороговизны  и сложности изготовления огромных  линз, используют массивы вогнутых  зеркал (классические зеркальные  панели или листы полированного  алюминия). Зеркала являются составной  частью гелиоконцентратора –  установки, собирающей параллельные  солнечные лучи в одной точке.  Если в эту точку-фокус поместить  трубу с теплоносителем (водой  или другой жидкостью), она нагреется. 

Заключение: 

     Солнечная энергетика только начинает завоевывать  страны с рыночной экономикой и развивающиеся  государства.

Дороговизна технологий  и огромная территория для гелиоустановок сдерживает этот процесс.

     Однако  постепенное удешевление установок  сделает энергию солнца все более  привлекательной и распространённой на многих территориях всего мира. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы: 

1. Основы энергосбережения: Учебное пособие / М. В. Самойлов, В. В. Паневчик, А. Н. Ковалев. 2-е изд., стереотип. –2002 год.

2. Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и основы энергосбережения. –2004 год.

3. Черноусов С.В. Энергетика Беларуси смотрит в будущее. –2006 год.

4. http://energobelarus.by

5. http://www.nestor.minsk.by

6. http://www.export.by