Солнце является одним из возобновляемых альтернативных источников энергии. На сегодняшний день альтернативные источники тепла широко используют в аграрном хозяйстве и в бытовых нуждах населения.

Использование энергии солнца на земле играет важную роль в жизни человека. При помощи своего тепла солнце, как источник энергии, нагревает всю поверхность нашей планеты. Благодаря его тепловой мощности дуют ветра, нагреваются моря, реки, озера, существует все живое на земле.

Возобновляемые источники тепла, люди начали использовать еще много лет назад, когда современных технологий еще не существовало. Солнце является самым доступным на сегодняшний день поставщиком тепловой энергии на земле.

Сферы использования солнечной энергии

С каждым годом применение энергии солнца набирает все больше популярности. Еще несколько лет назад ее применяли в целях подогрева воды для дачных домов, летних душей, а сейчас возобновляемые источники тепла применяют для выработки электричества и горячего водоснабжения жилых домов и промышленных объектов.

На сегодняшний день возобновляемые источники тепла используют в следующих сферах:

• в аграрном хозяйстве, в целях электрообеспечения и отопления парников, ангаров и других построек;
• для электроснабжения спортивных объектов и медицинских учреждений;
• в сфере авиационной и космической промышленности;
• в освещении улиц, парков, а также других городских объектов;
• для электрификации населенных пунктов;
• для отопления, электроснабжения и горячего водоснабжения жилых домов;
• для бытовых нужд.

Особенности применения

Свет, который излучает солнце на земле, при помощи пассивных, а также активных систем превращается в тепловую энергию. К пассивным системам относятся здания, при строительстве которых применяют такие стройматериалы, которые наиболее эффективно поглощают энергию солнечной радиации. В свою очередь, к активным системам относятся коллекторы, преобразовывающие солнечную радиацию в энергию, а также фотоэлементы, конвертирующие ее в электричество. Рассмотрим подробнее как правильно использовать возобновляемые источники тепла.

Пассивные системы

К таким системам относят солнечные здания. Это здания, построенные с учетом всех особенностей местной климатической зоны. Для их возведения применяют такие материалы, которые дают возможность максимально использовать всю тепловую энергию для обогрева, охлаждения, освещения жилых и промышленных помещений. К ним относят следующие строительные технологии и материалы: изоляцию, деревянные полы, поглощающие свет поверхности, а также ориентацию здания на юг.

Такие солнечные системы позволяют осуществить максимальное использование солнечной энергии, к тому же они быстро окупают расходы на их возведение за счет снижения энергозатрат. Они являются экологически чистыми, а также позволяют создать энергетическую независимость. Именно из-за этого использование таких технологий очень перспективно.

Активные системы

К этой группе относят коллекторы, аккумуляторы, насосы, трубопроводы для теплоснабжения и горячего водоснабжения в быту. Первые устанавливают непосредственно на крышах домов, а остальные располагают в подвальных помещениях, чтоб использовать их для горячего водоснабжения и теплоснабжения.

Солнечные фотоэлементы

Чтоб более эффективно реализовывать всю солнечную энергию применяют такие источники энергии солнца, как фотоэлементы, или как их еще называют - солнечные элементы. На своей поверхности они имеют полупроводники, которые, при воздействии на них лучей солнца, начинают двигаться, и тем самым вырабатывают электроток. Такой принцип выработки тока не содержит никаких химических реакций, что позволяет фотоэлементам работать достаточно долго.

Такие фотоэлектрические преобразователи как источники энергии солнца легко использовать, так как они имеют небольшой вес, просты в обслуживании, а также являются очень эффективными в использовании солнечной мощности.

На сегодняшний день солнечные батареи, как источник энергии солнца на земле, используют для выработки горячего водоснабжения, отопления и для производства электричества в теплых странах, таких как Турция, Египет и страны Азии. В нашем регионе солнце источник энергии применяют для снабжения электричеством автономных систем электропитания, маломощной электроники и приводов самолетов.

Солнечные коллекторы

Использование солнечной энергии коллекторами заключается в том, что они преобразовывают радиацию в тепло. Их разделяют на следующие основные группы:

• Плоские солнечные коллекторы. Являются самыми распространенными. Их удобно использовать для бытовых отопительных нужд, а также при подогреве воды для горячего водоснабжения;
• Вакуумные коллекторы. Их используют для бытовых нужд, когда необходима вода высокой температуры. Они состоят из нескольких стеклянных трубок, проходя через которые лучи солнца нагревают их, а они, в свою очередь, отдают тепло воде;
• Воздушные солнечные коллекторы. Их используют для воздушного отопления, рекуперации воздушных масс и для осушительных установок;
• Интегрированные коллекторы. Самые простые модели. Их используют для предварительного подогрева воды, например, для газовых котлов. В быту подогретая вода собирается в специальном баке - накопители и далее используется для различных нужд.

Использование энергии солнца коллекторами осуществляется путем накапливания ее в так называемых модулях. Они устанавливаются на крыше зданий и состоят из стеклянных трубок и пластин, которые, в целях поглощения большего объема солнечного света, окрашивают в черный цвет.

Солнечные коллекторы используют для подогрева воды для горячего водоснабжения и отопления жилых домов.

Преимущества солнечных установок

• они полностью бесплатны и неисчерпаемы;
• имеют полную безопасность в использовании;
• автономны;
• экономичны, так как расход средств осуществляется только лишь на приобретение оборудования для установок;
• их использование гарантирует отсутствие скачков напряжения, а также стабильность в электроснабжении;
• долговечны;
• просты в использовании и в обслуживании.

Использование солнечной энергии при помощи таких установок с каждым годом набирает популярности. Солнечные батареи дают возможность сэкономить не малые деньги на отоплении и горячем водоснабжении, к тому же они являются экологически чистыми и не наносят урон здоровью человека.

На сегодняшний день проблема расхода энергии стоит достаточно остро - ресурсы планеты не бесконечны и за время своего существования человечество изрядно опустошило то, что было дано природой. На данный момент активно проводится добыча угля и нефти, запасы которых с каждым днем становятся все меньше. позволила человечеству сделать невероятный шаг в будущее и использовать атомную энергию, привнеся вместе с этим благом огромную опасность для всей окружающей среды.

Не менее остро стоит вопрос экологический - активная добыча ресурсов и их дальнейшее использование пагубно сказывается на состоянии планеты, изменяя не только природу почв, но даже климатические условия.

Именно поэтому особенное внимание всегда уделялось естественным источникам энергии, таким, к примеру, как вода или ветер. Наконец, спустя столько лет активных исследований и разработок человечество «доросло» до использования энергии Солнца на Земле. Именно о нем и пойдет далее речь.

Что в этом привлекательного

Прежде чем переходить к конкретным примерам, выясним, чем же так сильно заинтересовал этот вид добычи энергии исследователей всего мира. Основным его достоянием можно назвать неисчерпаемость. Несмотря на многочисленные гипотезы, вероятность того, что звезда вроде Солнца погаснет в ближайшее время, крайне мала. Значит, перед человечеством открыта возможность получать чистую энергию совершенно естественным путем.

Второе несомненное преимущество использования энергии Солнца на Земле заключается в экологичности этого варианта. Воздействие на окружающую среду при таких условиях будет нулевым, что в свою очередь обеспечивает всему миру куда более светлое будущее, нежели то, которое открывается при постоянной добыче ограниченных подземных ресурсов.

Наконец, следует уделить отдельное внимание тому факту, что Солнца представляет наименьшую опасность для самого человека.

Как на самом деле

Теперь перейдем к сути. Под несколько поэтичным названием «солнечная энергия» скрывается на самом деле преобразование радиации в электричество при помощи специально разработанных технологий. Данный процесс обеспечивают фотоэлектрические элементы, которые человечество чрезвычайно активно использует в своих целях, причем достаточно успешно.

Солнечная радиация

Так уж сложилось исторически, что существительное «радиация» вызывает у человека скорее негативные ассоциации, нежели позитивные в связи с теми техногенными катастрофами, которые миру удалось пережить на своем веку. Тем не менее технология использования энергии Солнца на Земле предусматривает работу именно с ней.

По сути, данный вид радиации представляет собой электромагнитное излучение, диапазон которого находится в промежутке от 2,8 до 3,0 мкм.

Столь успешно используемый человечеством солнечный спектр состоит на самом деле из трех видов волн: ультрафиолетовых (примерно 2%), примерно 49% составляют световые волны и, наконец, еще столько же приходится на Солнечная энергия имеет небольшое количество других составляющих, однако роль их столь незначительна, что особого воздействия на жизнь Земли они не имеют.

Количество солнечной энергии, попадающей на Землю

Теперь, когда состав используемого на благо человечества спектра определен, следует отметить еще одну важную особенность данного ресурса. Использование солнечной энергии на Земле кажется весьма перспективным еще и потому, что она доступна в довольно большом количестве при практически минимальных затратах на переработку. Общее количество излучаемой звездой энергии чрезвычайно велико, однако до поверхности Земли доходит примерно 47%, что равно семистам квадриллионам киловатт-часов. Для сравнения отметим, что всего один киловатт-час сможет обеспечить десятилетнюю работу лампочки мощностью в сто ватт.

Мощность излучения Солнца и использование энергии на Земле, конечно, зависит от целого ряда факторов: климатических условий, угла падения лучей на поверхность, времени года и географического положения.

Когда и сколько

Несложно догадаться, что суточное количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, постоянно меняется, поскольку напрямую зависит от положения планеты по отношению к Солнцу и движения самого светила. Давно известен тот факт, что в полдень излучение максимально, в то время как утром и вечером количество достигающих поверхности лучей значительно меньше.

С уверенностью можно говорить о том, что использование энергии Солнца будет наиболее продуктивно в регионах, максимально приближенных к экваториальной полосе, поскольку именно там разница между высшими и низшими показателями минимальна, что говорит о максимальном количестве радиации, достигающей поверхности планеты. К примеру, на территории пустынных африканских участков годовое количество излучения достигает в среднем 2200 киловатт-часов, в то время как на территории Канады или, к примеру, Центральной Европы показатели не превышают 1000 киловатт-часов.

Солнечная энергетика в истории

Если мыслить максимально широко, попытки «приручить» великое светило, согревающее нашу планету, начались еще в глубокой древности во времена язычества, когда каждая стихия была воплощена отдельным божеством. Однако, конечно, тогда об использовании солнечной энергии даже речи быть не могло - в мире царила магия.

Тема использования энергии Солнца на Земле стала активно подниматься только в конце XIV - начале ХХ века. Настоящий прорыв в науке был совершен в 1839 году Александром Эдмоном Беккерелем, которому удалось стать первооткрывателем фотогальванического эффекта. Изучение данной темы значительно усилилось, и уже через 44 года Чарльз Фриттс смог сконструировать первый в истории модуль, в основе которого был позолоченный селен. Такое использование энергии Солнца на Земле давало небольшое количество высвобождаемого электричества - общее количество выработки тогда составило не более 1%. Тем не менее для всего человечества это стало настоящим прорывом, открывшим новые горизонты науки, о которых ранее не приходилось даже мечтать.

Весомый вклад в развитие солнечной энергетики внес в свое время сам Альберт Эйнштейн. В современном мире имя ученого чаще связывают с его знаменитой теорией относительности, однако на самом деле Нобелевской премии он был удостоен именно за изучение

До наших дней технология использования энергии Солнца на Земле переживает то стремительные взлеты, то не менее стремительные падения, однако эта отрасль знаний постоянно пополняется новыми фактами, и можно надеяться, что уже в обозримом будущем перед нами откроется дверь в совершенно новый мир.

Природа против нас

О достоинствах использования энергии Солнца на Земле мы уже говорили. Теперь обратим внимание на недостатки данного метода, которых, к сожалению, не меньше.

Из-за прямой зависимости от географического положения, климатических условий и движения Солнца выработка солнечной энергии в достаточном количестве требует огромных территориальных затрат. Суть заключается в том, что чем больше будет площадь потребления и переработки солнечной радиации, тем большее количество экологически чистой энергии мы получим на выходе. Размещение же таких огромных систем требует большого количества свободной площади, что вызывает определенные затруднения.

Еще одна проблема, касающаяся использования энергии Солнца на Земле, заключается в прямой зависимости от времени суток, поскольку выработка ночью будет нулевой, а в утреннее и вечернее время крайне незначительной.

Дополнительным фактором риска является сама погода - резкие смены условий могут крайне негативно сказаться на работе такого рода системы, поскольку вызывают затруднения в отладке необходимой мощности. В некотором смысле ситуации с резкой сменой количества поглощения и выработки могут быть опасными.

Чисто, но дорого

Использование солнечной энергии на Земле затруднительно на данный момент из-за ее дороговизны. Фотоэлементы, необходимые для осуществления основных процессов, имеют достаточно высокую стоимость. Конечно, положительные стороны использования такого рода ресурса делают его окупаемым, однако с экономической точки зрения на данный момент не приходится говорить о полной окупаемости денежных затрат.

Тем не менее, как показывает тенденция, цена на фотоэлементы постепенно падает, так что со временем данная проблема может быть полностью решена.

Неудобство процесса

Использование Солнца как источника энергии представляет затруднение еще и потому, что данный способ обработки ресурсов довольно трудоемок и неудобен. Потребление и переработка радиации напрямую зависят от чистоты пластин, которую обеспечить довольно проблематично. Кроме того, крайне негативно на процессе сказывается и нагревание элементов, которое можно предотвратить только использованием мощнейших систем охлаждения, что требует дополнительных материальных затрат, причем немалых.

Кроме того, пластины, используемые в гелиоколлекторах, после 30 лет активной работы постепенно приходят в негодность, а о стоимости фотоэлементов говорилось ранее.

Экологический вопрос

Ранее говорилось, что использование такого рода ресурса сможет избавить человечество от достаточно серьезных проблем с окружающей средой в будущем. Источник ресурсов и конечный продукт действительно экологически максимально чисты.

Тем не менее использование энергии Солнца, принцип работы гелиоколлекторов заключается в применении специальных пластин с фотоэлементами, для изготовления которых требуется масса ядовитых веществ: свинца, мышьяка или калия. Само их использование вреда окружающей среде не приносит, однако, учитывая ограниченный срок их эксплуатации, со временем утилизация пластин может стать серьезной проблемой.

Для ограничения негативного воздействия на экологию производители постепенно переходят на тонкопленочные пластины, которые имеют более низкую стоимость и менее пагубно сказываются на окружающей среде.

Способы преобразования радиации в энергию

Фильмы и книги о будущем человечества дают нам почти всегда примерно одинаковую картину данного процесса, которая, по сути, может существенно отличаться от действительности. Существует несколько способов преобразования.

Самым распространенным можно назвать уже описанное ранее задействование фотоэлементов.

В качестве альтернативы человечество активно использует гелиотермальную энергетику, основанную на нагреве специальных поверхностей, который позволяет при должном направлении полученной температуры нагревать воду. Если упростить данный процесс максимально, его можно сравнить с баками, которые используются для летнего душа в домах частного сектора.

Еще одним способом применения излучения для выработки энергии является «солнечный парус», который может действовать только в Такого рода система преобразует радиацию в

Проблема отсутствия выработки в ночное время суток частично решается солнечными аэростатными электростанциями, работа которых продолжается благодаря аккумуляции выделяемой энергии и длительности процесса остывания.

Мы и солнечная энергия

Ресурсы энергии солнца и ветра на Земле используются довольно активно, хотя мы часто и не замечаем этого. Ранее уже упоминалось простонародное нагревание воды в летнем душе. По сути, чаще всего солнечная энергия используется именно для этих целей. Тем не менее есть масса других примеров: почти в каждом магазине осветительной техники можно найти накопительные лампочки, которые могут работать без электрического тока даже ночью благодаря энергии, аккумулированной за день.

Установки на основе фотоэлементов активно используются на всевозможных насосных станциях и вентиляционных системах.

Вчера, сегодня, завтра

Один из важнейших ресурсов для человечества - солнечная энергия, и перспективы ее использования чрезвычайно велики. Данная отрасль активно финансируется, расширяется и совершенствуется. Сейчас солнечная энергетика максимально развита в США, где некоторые регионы используют ее как полноценный альтернативный источник питания. Так же электростанции такого типа работают в Другие же страны давно взяли курс на данный вид получения электроэнергии, что в скором времени, возможно, решит проблему загрязнения окружающей среды.

С каждым днем количество мировых запасов угля, нефти, газа, то есть всего того, что служит нам сегодня источником энергии, уменьшается. И в скором будущем человечество придет к тому, что ископаемого топлива просто не останется. Поэтому все страны активно ищут спасение от стремительно надвигающейся на нас катастрофы. И первое средство спасения, которое приходит на ум – это, конечно, энергия солнца, которая используется людьми испокон веков для сушки одежды, освещения жилищ и приготовления пищи. Это и дало начало одному из направлений альтернативной энергетики – солнечной энергетике.

В качестве энергетического источника для солнечной энергетики используется энергия солнечного света, которую с помощью специальных конструкций преобразуют в тепловую или электрическую. По данным специалистов всего за одну неделю на земную поверхность от солнца поступает такое количество энергии, которое превосходит энергию мировых запасов всех видов топлива. И хотя темп развития данного направления альтернативной энергетики неуклонно растет, все же солнечная энергетика обладает не только достоинствами, но и недостатками.

Если к основным плюсам можно отнести общедоступность, а главное неисчерпаемость источника энергии, то к недостаткам причисляют:

• необходимость аккумуляции получаемой от солнца энергии,
• значительную стоимость применяемого оборудования,
• зависимость от погодных условий и времени суток,
• повышение температуры атмосферы над электростанциями и др.

Численные характеристики солнечного излучения

Существует такой показатель как солнечная постоянная. Его значение равняется 1367 Вт. Именно такое количество энергии приходится на 1 кв.м. планеты Земля. Вот только до поверхности земли из-за атмосферы энергии доходит примерно на 20-25% меньше. Поэтому значение солнечной энергии на метр квадратный, к примеру, на экваторе равняется 1020 Вт. А учитываю смену дня и ночи, изменение угла солнца над горизонтом, этот показатель снижается еще примерно в 3 раза.

Вот только откуда берется это самая энергия? Этим вопросом ученые впервые начали заниматься еще в 19 веке, причем версии были совершенно разные. Сегодня же в результате огромного числа исследований достоверно известно, что источником солнечной энергии является реакция превращения 4-х атомов водорода в ядро гелия. В результате этого процесса выделяется значительное количество энергии. К примеру, энергия, выделяемая при превращении 1 гр. водорода сравнима с энергией, которая выделяется при сгорании 15 т. бензина.

Преобразование солнечной энергии

Мы уже знаем, что энергию, получаемую от солнца необходимо преобразовать в какой-то другой вид. Необходимость этого возникает ввиду того, что человечество пока не имеет таких приборов, которые бы могли потреблять солнечную энергию в чистом ее виде. Поэтому были разработаны такие источники энергии как солнечный коллектор и солнечные батареи. Если первый используется для получения тепловой энергии, то вторые производят непосредственно электричество.

Существует несколько способов преобразования энергии солнца:

• фотовольтаика;
• термовоздушная энергетика;
• гелиотермальная энергетика;
• с использованием солнечных аэростатных электростанций.

Наиболее распространенным методом считается фотовольтаика. Принцип этого преобразования заключается в использовании фотоэлектрических солнечных панелей или как их еще называют солнечных батарей, посредством которых и происходит преобразование солнечной энергии в электрическую. Как правило, изготавливают такие панели из кремния, а толщина их рабочей поверхности составляет всего несколько десятых миллиметра. Разместить их можно везде, существует лишь одно условие – наличие большого количества солнечного света. Отличный вариант для установки фотопластин – крыши жилых домов и общественных зданий.

Помимо рассмотренных фотопластин для преобразования энергии солнечного излучения используют тонкопленочные панели. Отличаются они еще меньшей толщиной, что позволяет установить их где угодно, но значительный недостаток таких панелей – это низкий КПД. Именно по этой причине их монтаж будет оправдан только при больших площадях размещения. Ради шутки тонкопленочную панель можно разместить даже на корпусе ноутбука или на дамской сумочке.

В термовоздушной энергетике солнечная энергия преобразуется в энергию потока воздуха, который затем направляют на турбогенератор. А вот в случае использования солнечных аэростатных электростанций внутри аэростатного баллона происходит генерация водяного пара. Достигается этот эффект за счет нагрева солнечным светом поверхности аэростата, на которую нанесено селективно-поглощающее покрытие. Главное преимущество это метода заключается в достаточном запасе пара, которого хватает для продолжения работы электростанции в плохую погоду и ночью.

Принцип гелиотремальной энергетики заключается в нагревании поверхности, которая поглощает солнечные лучи и фокусирует их с целью последующего использования полученного тепла. Самый простой пример – это нагревание воды, которую затем можно использоваться в бытовых нуждах, например, для подачи в канализацию или батареи, экономя при этом газ или другое топливо. В промышленных масштабах энергия солнечного излучения, получаемая данным способом, преобразуется в электрическую энергию посредством тепловых машин. Строительство таких комбинированных электростанций может длиться свыше 20 лет, но темп развития солнечной энергетики не снижается, а наоборот, неукоснительно растет.

Где возможно применение солнечной энергии?

Использовать солнечную энергию можно в абсолютно различных областях – от химической промышленности до автомобилестроения, от приготовления пищи до отопления помещений. Например, использование солнечных батарей в автомобильной отрасли началось еще в 1955 году. Именно этот год ознаменовался выпуском первого автомобиля, который работал на солнечных батареях. Сегодня же выпуском подобных автомашин занимаются BMW, Toyota и другие крупнейшие компании.

В быту солнечная энергия используется для обогрева помещений, для освещения и даже для приготовления пищи. К примеру, солнечные печи из фольги и картона по инициативе ООН активно используют беженцы, которые были вынуждены покинуть свои родные места из-за тяжелой политической обстановки. Более сложные по конструкции солнечные печи используются для термообработки и плавки металлов. Одна из крупнейших таких печей находится на территории Узбекистана.

Наиболее интересными выдумками по использованию солнечной энергии можно считать:

• Защитный чехол для телефона с фотоэлементом, являющийся одновременно и зарядкой.
• Рюкзак с прикрепленной на нем солнечной панелью. Он позволит вам зарядить не только телефон, но и планшет и даже камеру, в общем, любую электронику, у которой есть USB-вход.
• Солнечные Bluetooth-наушники.

А самая креативная задумка – это одежда, сшитая из специальной ткани. Пиджак, галстук и даже купальник – все это может стать не только предметом вашего гардероба, но и зарядным устройством.

Развитие альтернативной энергетики в странах СНГ

Высокими темпами альтернативная энергетика, в том числе и солнечная, развивается не только в США, Европе или Индии, но и в странах СНГ, в их число входит Россия, Казахстан, а в особенности Украина. Например, крупнейшая электростанция на солнечной энергии на территории стран бывшего Советского Союза «Перово» была построена в Крыму. Ее строительство завершилось в 2011 году. Эта электростанция стала 3-им новаторским проектом австрийской компании Activ Solar. Пиковая мощность «Перово» составляет около 100 МВт.

А в октябре того же года компанией Activ Solar была запущена еще одна солнечная электростанция «Охотниково» и также на территории Крыма. Ее мощность составила 80 МВт. «Охотниково» также получила статус крупнейшей, но уже на территории Центральной и Восточной Европы. Можно сказать, что альтернативная энергетика в Украине сделала громадный шаг на встречу безопасной и неиссякаемой энергии.

В Казахстане же ситуация выглядит немного иначе. В основном, развитие альтернативной энергетики в этой стране происходит лишь в теории. Потенциал у республики огромный, но раскрыть его полностью пока не получается. Конечно, правительство занимается этим вопросом, и даже был разработан план по развитию альтернативной энергетики в Казахстане, вот только доля энергии, получаемой от возобновляемых источников, в частности от солнца, будет составлять не более 1% в общем энергобалансе стране. К 2020 в планах запуск всего 4 солнечных электростанций, общая мощность которых будет составлять 77 МВт.

Альтернативная энергетика в России также развивается немалыми темпами. Но, как заявил заместитель министра энергетики, уклон в этой области делается в основном на дальневосточные регионы. Например, в Якутии суммарная выработка 4 солнечных электростанций, работающих в самых отдаленных северных поселках, составила более 50 тыс. кВт*ч. Это позволило сэкономить более 14 тонн дорого дизельного топлива. Еще одним примером использования солнечной энергии служит строящийся в Липецкой области многопрофильный авиационный комплекс. Электроэнергию для его работы будет вырабатывать первая СЭС, построенная также на территории Липецкой области.

Все это позволяет сделать следующий вывод: сегодня все страны, даже не самые развитые, стремятся максимально приблизиться к заветной цели: использованию альтернативных источников энергии. Ведь потребление электроэнергии растет с каждым днем, с каждым днем увеличивается количество вредных выбросов в окружающее среду. И многие уже понимают, что наше будущее и будущее нашей планеты зависит только нас.

Р.Абдуллина

Украина делает ставку на энергию Солнца

Солнечная энергия дает жизнь всему живому на Земле. Под ее воздействием испаряется вода с морей и океанов, превращаясь в водные капли, образуя туманы и облака. В результате, эта влага вновь выпадает на Землю, создавая постоянный круговорот. Поэтому, мы постоянно наблюдает снег, дождь, иней или росу. Создаваемая солнцем огромная система отопления, позволяет наиболее оптимально распределять тепло по поверхности Земли. Чтобы правильно понимать и использовать эти процессы, необходимо представлять себе источник энергии солнца и то, от чего зависит его влияние на нашу планету.

Виды солнечной энергии

Основным видом энергии, выделяемой Солнцем, по праву считается лучистая энергия, оказывающая прямое влияние на все важнейшие процессы, происходящие на Земле. Если сравнивать с ней другие земные энергетические источники, то их запасы бесконечно малы и не позволяют решить всех проблем.

Из всех звезд, Солнце расположено к Земле ближе всего. По своей структуре оно является газовым шаром, многократно превышающим диаметр и объем нашей планеты. Поскольку размеры газового шара достаточно условны, то его границами считается видимый с Земли солнечный диск.

Источник и физические свойства солнечной энергии

Все процессы, происходящие на Солнце, можно наблюдать лишь на его поверхности. Однако, основные реакции протекают в его внутренней части. По сути, это гигантская атомная станция с давлением примерно 100 млрд. атмосфер. Здесь, в условиях сложных ядерных реакций, происходит превращение водорода в гелий. Именно эти реакции образуют основной источник энергии солнца. Внутренняя температура составляет, в среднем, приблизительно 16 млн. градусов.

Газ, бушующий внутри Солнца, имеет не только сверхвысокую температуру, но и является чрезвычайно тяжелым, обладающим плотностью, многократно превышающей среднюю солнечную плотность. Одновременно, происходит возникновение рентгеновских лучей, которые, по мере приближения к Земле, увеличивают длину своих волн и уменьшают частоту колебаний. Таким образом, они постепенно становятся видимым и ультрафиолетовым светом.

При отдалении от центра, характер лучистой энергии изменяется, оказывая влияние и на температуру. Происходит ее постепенное снижение сначала до 150 тыс. градусов. С Земли хорошо видна только внешняя солнечная оболочка, так называемая фотосфера. Ее толщина составляет примерно 300 км, а температура верхнего слоя снижается до 5700 градусов.

Над фотосферой расположена солнечная атмосфера, состоящая из двух частей. Нижний слой носит название хромосферы, а верхний слой, не имеющий границ, представляет собой солнечную корону. Здесь газы разогреваются до нескольких миллионов градусов под действием ударных волн чудовищной силы.

Плавучие солнечные панели попали в поле зрения экспертов еще в 2011 году, когда французская фирма Ciel & Terre разработала свой первый «поплавок» - систему Hydrelio Floating PV, отмечает сайт EVWind .

Плавучий остров-панель оказался востребованным на рынке чистой энергии, многие страны взяли этот метод получения электроэнергии на вооружение. Например, в Чили , где добыча полезных ископаемых требует постоянных затрат энергии и воды: положив солнечную панель на гладь многочисленных озер, правительство удешевило добычу ископаемых и снизило углеродный след.

Плавучие панели-батареи пока что проходят испытания на шахте Лос-Бронкес, поблизости которой создан экспериментальный энергетический остров - проект «Лос Тортолас» финансируется компаниями из Великобритании и США , площадь солнечных батарей составляет пока 112 квадратных метров, чилийский министр горнодобывающей промышленности Бальдо Прокурица. В апреле Тортолас был торжественно открыт, плавучая батарея обошлась в 250 тысяч долларов , но в случае успеха площадь будет расширена до 40 гектаров.

По мнению экспертов, в Чили у солнечной энергетики огромные перспективы. В стране порядка 800 прудов, которые можно использовать для установки плавучих солнечных электростанций (СЭС). По задумке инженеров, батарею-поплавок помещают в центр водного массива, который используется для хранения «хвостов» (отходов от добычи полезных ископаемых). Таким образом достигается тройная польза:

• тень снижает температуру воды пруда;
• испарение воды снижается на 80%;
• производствоудешевляется многократно, работая на энергии солнца.

Экологи аплодируют такому плану, ведь в шахте остается куда больше воды для естественного баланса, такой подход способен уменьшить региональный расход и без того дефицитной пресной воды.

С помощью этой системы Чили рационализирует потребление свежей воды в соответствии с поставленной целью усовершенствования процесса добычи полезных ископаемых и сокращения потребления пресной воды на 50% к 2030 году. Углеродный след автоматически снижается тоже за счет производства экологически чистой энергии.

Чили постепенно наращивает долю чистой энергии

Шахта Лос-Бронкес расположена в 65 км от столицы Чили на высоте 3,5 км над уровнем моря. Почти 20% энергии, которая в производится и используется в латиноамериканской стране в 2019 году - чистая. В 2013 году показатель был равен всего шести процентам, что демонстрирует уверенный рост доли зеленой энергетики в народном хозяйстве страны и ее приверженность целям Парижского климатического соглашения (2015).

Разработки инженеров из Ciel & Terre, а также финансовая помощь дали Чили возможность расширить горизонты энергетического рынка и вырваться из порочного круга, в котором электроэнергию получают путем сжигания полезных ископаемых. Плавучие солнечные панели просты в монтаже, техобслуживании и управлении. Термопластик высокой плотности, установленный под углом 12 градусов, полностью экологичен и пригоден для вторичной переработки. Плавучая СЭС не вредит природе, экономически выгодна и гибка в настройках.

По словам чилийских инженеров, это простая и доступная альтернатива наземным объектам солнечной энергетики. Это идеальный вариант для водоемких отраслей промышленности, ограниченных в потреблении воды или земельных площадях.

«Хевел» построит в Казахстане солнечную электростанцию мощностью 100 МВт

Энергия холода: "антисолнечная батарея" работает по ночам

Инженеры создали устройство, которое можно назвать солнечной батареей навыворот: оно вырабатывает ток не когда поглощает фотоны, а когда излучает их. Такой источник энергии мог бы питать различное оборудование по ночам, отдавая в космос тепло, запасённое поверхностью Земли .

Как известно, нагретые тела испускают излучение. В этом легко убедиться, поднеся руку к горячей батарее (лучше сбоку, чтобы не мешал восходящий поток тёплого воздуха). Если объект не получает из внешней среды столько же тепловой энергии, сколько излучает, он остывает. Чтобы предмет охлаждался эффективнее, нужно предоставить ему свободно обмениваться фотонами с как можно более холодной средой.

Ещё в XX веке физики теоретически рассчитали, а в последние годы экспериментально продемонстрировали эффект отрицательной освещённости. Он заключается в том, что фотодиод может вырабатывать электричество не только поглощая приходящие из внешней среды фотоны (как в обычной солнечной батарее), но и, наоборот, отдавая их и за счёт этого охлаждаясь. На этот процесс тратится энергия, запасённая в устройстве в виде тепла.

Для работы такого устройства нужна холодная среда, в которую фотоны будут уходить, не возвращаясь обратно. И такая среда у нас под рукой, вернее, над головой: это открытый космос.

Разумеется, если такой излучатель просто запустить на орбиту (и не дать ему нагреваться от Солнца, держа в тени), он быстро высветит всё своё тепло, сравняется по температуре с космическим вакуумом и перестанет вырабатывать энергию.

Однако на Земле можно обеспечить ему тепловой контакт с поверхностью планеты. Как только фотоэлемент станет холоднее окружающих тел, дефицит энергии будет восполнен за счёт теплопроводности. Благодаря этому фотоны будут всё так же исправно улетать в ледяное космическое пространство через атмосферу, которая достаточно прозрачна на длинах волн от 8 до 13  микрометров (узкая полоса в среднем инфракрасном диапазоне). Часть энергии покидающего установку излучения будет преобразовываться в электрическую.

Именно такое устройство и создали авторы новой работы. В качестве материала для фотодиода они выбрали соединение ртути, кадмия и теллура (HgCdTe). Это вещество эффективно излучает именно в нужном диапазоне длин волн. Пройдя сквозь полусферическую линзу из арсенида галлия (GaAs) и окно из феррида бария (BaFe2), фотоны попадают на параболическое зеркало, отправляющее их прямо в небо. Чтобы попасть на диод из внешней среды, излучению требуется пройти такой же путь в обратную сторону. Все эти ухищрения нужны для того, чтобы установка обменивалась фотонами практически исключительно с космосом, а энергию от Земли получала за счёт теплопроводности.

Экспериментальная установка в опытах группы Фаня генерировала 64 нановатта на квадратный метр поверхности. Разумеется, от такой мощности нельзя запитать приборы. Однако, как рассчитали авторы, теоретический предел с учётом влияния атмосферы составляет 4 ватта на квадратный метр. Это гораздо меньше, чем у современных солнечных батарей (100–200 ватт на квадратный метр), но вполне достаточно для питания некоторых устройств.

Чтобы приблизить мощность установки к этой отметке, нужно подобрать для фотодиода материал с более выраженным эффектом отрицательной освещённости. В настоящее время исследователи заняты поисками такого вещества.

2018

Рынок солнечной энергетики ЕС вырос за год на 36%

Опубликованы предварительные данные о развитии солнечной энергетики в европейских странах. По-прежнему лидирует Германия , на второе место вышла Турция, третье место досталось Нидерландам.

Согласно статистике Ассоциации солнечной энергетики SolarPower Europe, европейский рынок значительно вырос в 2018 году. В 28 странах ЕС было введено в эксплуатацию 8 ГВт солнечных электростанций – это на 36% больше, чем в 2017 году. При этом 11 стран уже перевыполнили взятые на себя обязательства по внедрению ВИЭ и вышли на уровень 2020 года. Более широкий еврорынок, включающий Турцию, Россию , Украину, Норвегию, Швейцарию, Сербию, Белоруссию, также показал рост на 11 ГВт, что на 20% больше, чем годом ранее.

Крупнейшим рынком солнечной энергетики на европейском континенте в 2018 году в очередной раз стала Германия с новыми СЭС общей мощностью 3 ГВт. Турция за счет высоких темпов развития рынка за последние два года заняла второе место (1,64 ГВт). Нидерланды, где также был установлен национальный рекорд в 1,4 ГВт введенных в строй СЭС, разместилась по итогам года на третьем месте.

По оценкам экспертов, в 2019 году отрасль вырастет еще больше – на развитие солнечной энергетики в Европе скажутся такие факторы, как отмена пошлин на китайские солнечные панели и конкурентоспособность промышленных фотоэлектрических солнечных электростанций.

Создана молекула на основе железа, способная "захватывать" энергию солнечного света

4 декабря 2018 года стало известно, что некоторые фотокатализаторы и солнечные элементы основаны на технологии, которая включает в себя молекулы, содержащие металлы. Их задача в том, чтобы поглощать лучи и использовать их энергию . На декабрь 2018 года металлы в этих конструкциях являются редкими и дорогими - это, например, рутений, осмий и иридий.

Вместе с коллегами он работал над тем, чтобы найти альтернативу для дорогих металлов. Исследователи сосредоточились на железе, которое значительно легче добывать. Ученые создали свои молекулы на основе железа, его потенциал для использования в солнечной энергии был доказан в предыдущих исследованиях.

На декабрь 2018 года в этом исследовании ученые продвинулись еще на один шаг и разработали молекулу на основе железа, способную "захватывать" и использовать энергию солнечного света в течение достаточно длительного времени, чтобы она могла реагировать с другой молекулой.

Исследование опубликовано в журнале Science. По словам исследователей, молекулу можно использовать в следующих видах фотокатализаторов для производства солнечной энергии. Кроме того, результаты открывают другие потенциальные области применения молекул железа, например, в качестве материалов в светодиодах.

Исследователи приблизили эффективность солнечной батареи к обычной

5 октября 2018 года стало известно, что исследователи приблизили эффективность солнечной батареи к обычной. Солнечная энергия считается наиболее устойчивым вариантом замены ископаемого топлива, но технологии преобразования ее в электричество должны быть очень эффективными и дешевыми. Ученые из отдела энергетических материалов Окинавского института науки и технологий считают, что они нашли формулу для изготовления недорогих высокоэффективных солнечных батарей.

Для этого профессор Яобинг Ци, руководитель исследования, выделил три условия, которые приведут технологию к введению на рынок и успешной коммерциализации. По его словам, скорость преобразования солнечного света в электричество должна быть высокой, недорогой, а также долговечной.

На октябрь 2018 года большинство коммерческих фотоэлементов, которые используются в батареях, сделаны из кристаллического кремния. Он имеет относительно низкую эффективность - около 22%. В конечном итоге это приводит к тому, что продукт оказывается для потребителя дорогим, а его единственная мотивация для покупки - это забота о природе. Японские ученые предлагают решить проблему с помощью перовскита.

SoftBank построит в Саудовской Аравии крупнейшую солнечную электростанцию

Соответствующий меморандум о намерениях подписали в Нью-Йорке наследный принц Саудовской Аравии Мухаммед бин Сальман Аль Сауд и генеральный директор SoftBank Масаеши Сон. Принц находится в с трехнедельным официальным визитом, отмечает телеканал.

Планируемая мощность каскада солнечных батарей в 200 ГВт - это в разы больше, чем у любой существующей солнечной электростанции. Для сравнения, пиковая мощность расположенной в Калифорнии Topaz Solar Farm, одной из крупнейших подобных электростанций, составляет около 550 МВт. Энергию там аккумулируют 9 млн тонкослойных фотоэлектрических модулей.

Голландский стартап Oceans of Energy, специализирующийся на разработке плавучих систем по производству возобновляемой электроэнергии, объединился с пятью крупными компаниями, чтобы построить первую в мире солнечную электростанцию, дрейфующую в открытом море. "Такие электростанции уже работают на водоемах в материковой части разных стран. Но на море их никто не строил - это чрезвычайно трудная задача. Приходится иметь дело с огромными волнами и другими разрушительными силами природы. Однако, мы убеждены, что объединив свои знания и опыт, справимся с этим проектом", - рассказал глава Oceans of Energy Аллард ван Хоекен.

По предварительным расчетам, плавучая электростанция будет на 15% эффективнее существующих установок. Выбирать наиболее подходящие солнечные модули будет Центр исследований энергетики Нидерландов (ECN). Его специалисты считают, что это для проекта можно использовать стандартные солнечные панели, которые работают и на наземных солнечных станциях. "Посмотрим, как они поведут себя в морской воде и в неблагоприятных погодных условиях", - отметил представитель ECN Ян Кроон.

Представители консорциума подчеркивают, что плавучую солнечную электростанцию можно установить прямо между морскими ветровыми турбинами. Там более спокойные волны и уже проведены все линии электропередачи. В ближайшие три года консорциум будет работать над прототипом при финансовой поддержке государственного Агентства предпринимательства Нидерландов. А Утрехтский университет предоставит стартапу материалы своих исследований.

Стоимость солнечной энергии в Австралии упала на 44% с 2012 года

Такое увлечение возобновляемой энергии привело к тому, что люди действительно начали платить меньше за электричество. Плюсом к этому также стало то, что стоимость самой электроэнергии снизилась. С 2012 года издержки на установку и эксплуатацию солнечных панелей упали почти на половину.

В 2017 году в стране частные домовладельцы и бизнес установили панелей суммарной мощностью 1,05 ГВт. Такую оценку дает ведомство, отвечающее за вопросы чистой энергетики в стране. Власти говорят, что это рекордный показатель за всю историю. Сообщается, что в начале этого десятилетия рост возобновляемой энергетики был связан с выгодными субсидиями и налоговыми предложениями, но рост 2017 отличается: жители страны решили таким образом бороться с повышающимися тарифами на электроэнергию, и движение стало массовым.

По прогнозам BNEF, Австралия станет мировым лидером по внедрению солнечных панелей. К 2040 году 25% потребности страны в электроэнергии будет покрываться солнечными панелями на крышах. Это станет возможным из-за того, что сегодня срок окупаемости таких решений сократился до минимального с 2012 года. Пока это не значит, что традиционные электростанции Австралии уходят в прошлое, но люди становятся свободнее в вопросах обеспечения себя электроэнергией.

2017

Южная Корея в 5 раз увеличит солнечную генерацию к 2030 году

Министр торговли, промышленности и энергетики Южной Кореи обнародовал план правительства по пятикратному увеличению выработки солнечной энергии к 2030 году .

Это заявление было сделано вскоре после того, как избранный в этом году президент Мун Чжэ Ин пообещал прекратить государственную поддержку строительства новых атомных электростанций и взять курс на экологически чистые источники электроэнергии. Правительство уже отменило строительство шести ядерных реакторов в Южной Корее .

Всего страна планирует получать к 2030 пятую часть вырабатываемого электричества из возобновляемых источников. В прошлом году этот показатель составлял 7%. Для этого к назначенному сроку планируется добавить 30,8 ГВт солнечных мощностей и 16,5 ГВ ветровых. Дополнительная энергия будет поступать из крупнейших проектов, а также от частных домохозяйств и малого бизнеса, заявил министр Пайк Унгю. "Мы фундаментально изменим путь развития возобновляемой энергетики, создав условия, при которых граждане легко смогут принять участие в торговле возобновляемой энергией", - сказал он.

Это значит, что к 2022 году примерно 1 из 30 домохозяйств должно быть оборудовано солнечными панелями, сообщает Clean Technica.

Тем не менее, пока Южная Корея занимает пятое место в мире по использованию атомной энергии. В стране 24 действующих реактора, обеспечивающих приблизительно треть потребностей страны в электричестве.

BP инвестировала $200 млн в солнечную энергетику

Пустыня Атакама в Чили- одно из самых солнечных и сухих мест на планете. Логично, что именно там решили построить крупнейшую в Латинской Америке солнечную электростанцию El Romero. Гигантские солнечные панели покрывают 280 га площади. Ее пиковая мощность - 246 МВт, а в год электростанция генерирует 493 ГВт-ч энергии - достаточно, чтобы обеспечить электричеством 240 000 домов.

Удивительно, но всего пять лет назад в Чили почти не использовали возобновляемые источники энергии. Страна была зависима от соседей-поставщиков энергоносителей, которые завышали цены и заставляли чилийцев страдать от непомерных счетов за электричество. Однако, именно отсутствие ископаемого топливо привело к серьезному потоку инвестиций в возобновляемые источники, особенно в солнечную энергетику.

Сейчас Чили производит практически самую дешевую солнечную энергию в мире. Компании надеются, что страна станет "Саудовской Аравией для Латинской Америки". Чили уже присоединился к Мексике и Бразилии в первой десятке стран-производителей возобновляемой энергетики, и теперь собирается стать лидером при переходе на "чистую" энергию в Латинской Америке.

"Правительство Мишель Бачелет совершило тихую революцию, - уверен социолог Еугенио Тирони. - Ее заслугу в переходе на возобновляемые источники энергии трудно переоценить, и это определит фактор развития страны на долгие годы".

Теперь, когда олигополистический рынок энергетики в Чили открыт для конкурентной борьбы, правительство поставило новую цель: к 2025 году 20% всей энергии страны должно поступать из возобновляемых источников. А к 2040 году Чили собирается полностью перейти на "чистую" энергетику. Даже экспертам это не кажется утопией, поскольку солнечные электростанции страны при ныне существующих технологиях производят в два раза более дешевое электричество, чем угольные электростанции. Цены на солнечную энергию упали на 75%, достигнув рекордных 2,148 центов за киловатт-час.

Компании-производители сталкиваются с другой проблемой: слишком дешевое электричество не приносит особой прибыли, а содержание и замена солнечных панелей стоит недешево. "Правительству придется строить долгосрочные стратегии, чтобы чудо не стало кошмаром", - заявил генеральный директор испанского конгломерата Acciona Хосе Игнасио Эскобар.

Google полностью переходит на солнечную и ветровую энергию

Компания стала крупнейшим в мире корпоративным покупателем возобновляемой энергии, достигнув суммарной мощности 3 ГВт. Общие инвестиции Google в сферу чистой энергетики достигли $3,5 млрд, пишет в ноябре 2017 года Electrek .

Google официально переходит на стопроцентное использование солнечной и ветряной энергии. Компания подписала контракт с тремя ветровыми электростанциями: Avangrid в Южной Дакоте, EDF в Айове и GRDA в Оклахоме, суммарная мощность которых составляет 535 МВт. Теперь офисы Google по всему миру будут потреблять 3 ГВт возобновляемой энергии.

Общие инвестиции компании в сферу энергетики достигли $3,5 млрд, и 2/3 из них приходится на объекты в . Такой интерес к "чистым" источникам связан, в первую очередь, с падением стоимости солнечной и ветряной энергии на 60-80% за последние годы.

Впервые Google подписал договор о сотрудничестве с солнечной фермой в Айове мощностью 114 МВт еще в 2010 году. К ноябрю 2016 года компания уже была участником 20 проектов по возобновляемой энергетике. Полностью перейти на энергию солнца и ветра она собиралась еще в декабре 2016 года. Сейчас Google самый крупный в мире корпоративный покупатель возобновляемой энергии.

В Швеции изобрели умные стекла для окон

Ученые давно исследуют данную область и ищут применение разработке. В современном мире такая технология актуальна, так как теплопотери домов из-за окон составляют примерно 20%. Ученые считают, что их изобретение сможет также применяться для теплоизоляции различных объектов.

В Иране деревни продают электроэнергию государству

На осень 2017 года «зеленых» деревень в ИРИ более 200. Ожидается, что к весне 2018 года их число достигнет 300. "Иран сегодня сообщает", что в некоторых населенных пунктах страны солнечные батареи стоят уже десять лет. Отмечается, что самые большие объемы энергии из солнца производят в провинциях Керман, Хузестан и Лурестан .

Изначально появление альтернативных источников энергии в деревнях Ирана обуславливалось невозможностью доставки в них электричества из городов. Теперь собственную энергию они продают Министерству энергетики ИРИ. Планируется выработать законодательные нормы, согласно которым закупки электроэнергии в деревнях станут постоянными.

К 2030 году Иран рассчитывает производить 7500 МВт «зеленой» энергии, сегодня этот показатель всего 350 МВт. Однако у страны есть хорошие перспективы для развития солнечной энергетики, потому что на 2/3 территории солнце светит 300 дней в году.

Британские ученые изобрели стеклянные кирпичи с солнечными батареям

Группа ученых Эксетерского университета в Англии разработала стеновые блоки из стекла со встроенными солнечными батареями. Об этом пишет архитектурный портал Archdaily. Блоки можно использовать при строительстве домов вместо обычных кирпичей.

Стройматериал назвали «Solar Squared» («Солнечная квадратная плитка»). Как показали тесты в лаборатории университета, помимо генерации электроэнергии блоки обладают и рядом других полезных свойств. В частности, построенные таким образом стены хорошо пропускают в здание солнечный свет и сохраняют тепло в помещениях.

Для продвижения продукта ученые создали инновационную компанию The Build Solar. В настоящее время ведется поиск инвесторов. Вывод «солнечной плитки» на рынок предварительно запланирован на 2018 год.

В Дубае запустили крупнейшую в мире солнечной электростанции

Установка каждой гелиопанели обошлась в 6 тыс. евро, включая аренду на год, ремонт и техническое оборудование. Планируется, что солнечные батареи будут работать на остановках общественного транспорта около года, после чего будут переданы школам и детсадам.

По словам Петра Свитальского, главы делегации ЕС в Армении, Евросоюз заинтересован в развитии альтернативной энергетики в стране. Остановку с гелиопанелями он назвал «солнечной остановкой Евросоюза ».