Сонячна енергетика
Сонячна енергетика
‒ галузь господарства, пов'язана з використанням сонячного випромінювання для отримання енергії. Сонячна енергетика використовує невичерпне джерело енергії, не зумовлює шкідливих відходів і є екологічно чистою.Сонячна енергетика ґрунтується на тому, що потік сонячного випромінювання, який проходить через ділянку 1 м², розташовану перпендикулярно потоку випромінювання на відстані однієї астрономічної одиниці від центру Сонця (на вході в атмосферу Землі), дорівнює 1367 Вт/м² (сонячна постійна). Через поглинання, при проходженні атмосфери Землі, максимальний потік сонячного випромінювання на рівні моря (на Екваторі) ‒ 1020 Вт/м². Проте слід врахувати, що середньодобове значення потоку сонячного випромінювання через одиничну горизонтальну ділянку як мінімум в три рази менше (через зміни дня і ночі і зміни кута сонця над горизонтом). Взимку в помірних широтах це значення ще в два рази менше.
Відомі наступні способи отримання енергії за рахунок сонячного випромінювання:
1. Отримання електроенергії за допомогою фотоелементів.
2. Перетворення сонячної енергії в електричну за допомогою теплових машин:
а) парові машини (поршневі або турбінні), що використовують водяну пару, вуглекислий газ, пропан-бутан,
фреони;
б) двигун Стірлінга і тощо.
3. Геліотермальная енергетика - перетворення сонячної енергії в теплову за рахунок нагрівання поверхні, що поглинає
сонячні промені.
4. Сонячні аеростатні електростанції (генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагрівання
сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинаючим покриттям).
Недоліки сонячної енергетики
Для будівництва сонячних електростанцій потрібні великі площі землі через теоретичні обмеження для фотоелементів першого і другого покоління. До прикладу, для електростанції потужністю 1 ГВт може знадобитися ділянка площею кілька десятків квадратних кілометрів. Будівництво сонячних електростанцій такої потужності може призвести до зміни мікроклімату в прилеглій місцевості, тому встановлюють в основному фотоелектричні станції потужністю 1-2 МВт недалеко від споживача або навіть індивідуальні та мобільні установки.
Фотоелектричні перетворювачі працюють вдень, а також у ранкових і вечірніх сутінках (з меншою ефективністю). При цьому пік електроспоживання припадає саме на вечірні години. Окрім цього, вироблена ними електроенергія може різко і несподівано коливатися через зміни погоди. Для подолання цих недоліків на сонячних електростанціях використовуються ефективні електричні акумулятори. На сьогоднішній день ця проблема вирішується створенням єдиних енергетичних систем, що поєднують різні джерела енергії, які перерозподіляють вироблену і споживану потужність.
Сьогодні ціна сонячних фотоелементів порівняно висока, але з розвитком технології і зростанням цін на викопні енергоносії цей недолік поступово долається.
Поверхню фотопанелей і дзеркал (для тепломашинних ЕС) потрібно чистити від пороху та інших забруднень.
Ефективність фотоелектричних елементів падає при їх нагріванні (в основному це стосується систем з концентраторами), тому виникає необхідність в установці систем охолодження, зазвичай водяних. У фотоелектричних перетворювачах третього й четвертого поколінь для охолодження використовують перетворення теплового випромінювання у випромінювання найбільш узгоджене з поглинаючим матеріалом фотоелектричного елемента (т. з. up-conversion), що одночасно підвищує ККД.
Через 30 років експлуатації ефективність фотоелектричних елементів починає знижуватися. Відпрацювавши своє, фотоелементи, хоча й незначна їх частина, містять кадмій, який не можна викидати на звалище. Потрібно додатково розширювати індустрію з їх утилізації.
Екологічні проблеми
При виробництві фотоелементів рівень забруднення не перевищує допустимого рівня для підприємств мікроелектронної промисловості. Застосування кадмію при виробництві деяких типів фотоелементів ставить складне питання їх утилізації. Це питання не має поки що з екологічної точки зору прийнятного вирішення, але такі елементи мають незначне поширення і з'єднанням кадмію у сучасному виробництві вже знайдено заміну.
Нові види фотоелементів
Останнім часом активно розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів, що містять лише близько 1% кремнію у відношенні до маси підкладки, на яку наносяться тонкі плівки. Через незначні витрати матеріалів на поглинаючий шар тонкоплівкові кремнієві фотоелементи дешевші у виробництві, але наразі мають меншу ефективність і неусувну деградацію характеристик у часі. Крім того, розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів на інших напівпровідникових матеріалах, зокрема CIS і CIGS.
Сонячна енергія широко використовується як для виробництва електроенергії, так і для нагрівання води. Сонячні колектори виготовляють з доступних матеріалів: сталь, мідь, алюміній тощо, без застосування дефіцитного і дорогого кремнію. Це дозволяє значно скоротити вартість устаткування та виробленої на ньому енергії. В даний час нагрівання води за допомогою сонця є найефективнішим способом перетворення сонячної енергії.
За матеріалами преси
