Načini izrabe sončne energije v prihodnosti. Bo domača sončna elektrarna proizvedla dovolj električne energije? V katerih regijah se uporabljajo EKO elektrarne?

Sončna energija- aktivno razvijajoča se smer energetske oskrbe zasebnih in javnih zgradb. Kakšne so prednosti in slabosti takšnega naravnega vira energije, kot je sončno sevanje?

Prednosti sončne energije

1. Obnovljivost

Govorim o sončna energija, najprej je treba omeniti, da je to obnovljiv vir energije, v nasprotju s fosilnimi gorivi - premogom, nafto, plinom, ki niso obnovljivi. Po navedbah NasePribližno 6,5 milijarde let se prebivalci Zemlje nimajo česa bati – približno koliko časa bo Sonce s svojimi žarki grelo naš planet, dokler ne poči.

2. Obilje

Potencial sončne energije je ogromen - zemeljsko površje je obsevano s 120 tisoč teravati sončne svetlobe, kar je 20 tisočkrat več od globalnih potreb po njej.

3. Doslednost

Poleg tega je sončna energija neizčrpna in konstantna – ne more se je porabiti v procesu zadovoljevanja energetskih potreb človeštva, zato je bo dovolj za prihodnje generacije.

4. Razpoložljivost

Poleg drugih prednosti sončne energije je ta na voljo povsod po svetu – ne samo v ekvatorialnem pasu Zemlje, temveč tudi v severnih zemljepisnih širinah. Recimo Nemčija je trenutno na prvem mestu v svetu po izrabi sončne energije in ima največji potencial.

5. Ekološka čistost

Na svetlobi najnovejši trendi V boju za okoljsko čistost Zemlje je sončna energija najbolj obetavna gospodarska panoga, ki delno nadomešča energijo, pridobljeno iz neobnovljivih goriv in s tem temeljni korak k zaščiti podnebja pred globalnim segrevanjem. Proizvodnja, transport, namestitev in uporaba sončnih elektrarn praktično ne spremljajo škodljivih emisij v ozračje. Tudi če so prisotni v majhni meri, je v primerjavi s tradicionalnimi viri energije to skoraj ničelni vpliv na okolje.

Živimo v svetu prihodnosti, čeprav to ni opazno v vseh regijah. Vsekakor se danes v naprednih krogih resno razpravlja o možnostih razvoja novih virov energije. Eno najbolj obetavnih področij je sončna energija.

Trenutno približno 1% električne energije na Zemlji pridobimo s predelavo sončnega sevanja. Zakaj torej še nismo opustili drugih »škodljivih« metod in bomo sploh opustili? Vabimo vas, da preberete naš članek in poskušate sami odgovoriti na to vprašanje.

Kako se sončna energija pretvori v električno

Začnimo z najpomembnejšim – kako sončni žarki predelane v elektriko.

Sam postopek se imenuje "Sončna generacija" . Najučinkovitejši načini za zagotovitev tega so naslednji:

• fotovoltaika;
• sončna toplotna energija;
• sončne balonske elektrarne.

Oglejmo si vsakega od njih.

Fotovoltarika

V tem primeru se električni tok pojavi zaradi fotovoltaični učinek. Načelo je naslednje: sončna svetloba zadene fotocelico, elektroni absorbirajo energijo fotonov (svetlobnih delcev) in se začnejo premikati. Posledično dobimo električno napetost.

Prav tak proces se dogaja v solarnih panelih, ki temeljijo na elementih, ki pretvarjajo sončno sevanje v električno energijo.

Sama zasnova fotovoltaičnih panelov je precej prilagodljiva in lahko ima različne velikosti. Zato so zelo praktični za uporabo. Poleg tega imajo plošče visoko operativne lastnosti: odporen na padavine in temperaturne spremembe.

In tukaj je, kako to deluje ločen modul solarne plošče:

O aplikaciji sončne plošče kot polnilci, viri energije za zasebne domove, za olepšanje mest in v medicinske namene, si lahko preberete v.

Sodobni sončni kolektorji in elektrarne

Nedavni primeri vključujejo sončne celice podjetja SistineSolar. Lahko imajo kateri koli odtenek in teksturo, za razliko od tradicionalnih temno modrih plošč. To pomeni, da jih lahko uporabite za "okrasitev" strehe hiše, kot želite.

Drugo rešitev so predlagali Teslini razvijalci. Na trg niso dali le plošč, temveč popoln strešni material, ki predeluje sončno energijo. vsebuje vgrajene solarne module in ima lahko tudi največ razne usmrtitve

Primer popolne sončne elektrarne je nedavno zgrajena postaja v Evropi z dvostranskimi paneli. Slednji zbirajo tako neposredno sončno sevanje kot odbojno sevanje. To vam omogoča povečanje učinkovitosti sončne energije za 30%. Ta postaja naj bi proizvedla približno 400 MWh na leto.

Zanimivo je tudi največja plavajoča sončna elektrarna na Kitajskem. Njegova moč je 40 MW. Takšne rešitve imajo 3 pomembne prednosti:

• ni potrebe po zasedbi velikih kopenskih površin, kar je pomembno za Kitajsko;
• v rezervoarjih se izhlapevanje vode zmanjša;
• Same fotocelice se manj segrevajo in delujejo bolj učinkovito.

Mimogrede, ta plavajoča sončna elektrarna je bila zgrajena na mestu zapuščenega premogovnika.

Tehnologija, ki temelji na fotovoltaičnem učinku, je danes najbolj obetavna in po ocenah strokovnjakov bodo solarni paneli v naslednjih 30-40 letih lahko proizvedli približno 20 % svetovnega povpraševanja po električni energiji.

Sončna toplotna energija

Tukaj je pristop nekoliko drugačen, saj... sončno sevanje se uporablja za ogrevanje posode s tekočino. Zahvaljujoč temu se spremeni v paro, ki vrti turbino, kar povzroči proizvodnjo električne energije.

Termoelektrarne delujejo po istem principu, le da se tekočina segreva s kurjenjem premoga.

večina jasen primer uporaba te tehnologije je Sončna postaja Ivanpah v puščavi Mojave. Je največja sončna termoelektrarna na svetu.

Deluje od leta 2014 in za proizvodnjo električne energije ne uporablja nobenega goriva – le okolju prijazno sončno energijo.

Vodni kotel se nahaja v stolpih, ki jih lahko vidite v središču strukture. Naokoli je polje ogledal, ki usmerjajo sončne žarke na vrh stolpa. Obenem pa računalnik nenehno vrti ta ogledala glede na lokacijo sonca.

Pod vplivom koncentrirane sončne energije se voda v stolpu segreje in spremeni v paro. To ustvari pritisk in para začne vrteti turbino, kar povzroči sproščanje električne energije. Moč te postaje je 392 megavatov, kar se zlahka primerja s povprečno termoelektrarno v Moskvi.

Zanimivo je, da lahko takšne postaje delujejo tudi ponoči. To je mogoče tako, da del segrete pare odložite v skladišče in jo postopoma uporabljate za vrtenje turbine.

Sončne balonske elektrarne

Ta izvirna rešitev, čeprav ni široko uporabljena, še vedno ima mesto.

Sama namestitev je sestavljena iz 4 glavnih delov:

• Aerostat – nahaja se na nebu in zbira sončno sevanje. Voda vstopi v kroglo in se hitro segreje ter postane para.
• Parovod – po njem se para pod tlakom spušča do turbine, zaradi česar se ta vrti.
• Turbina - pod vplivom toka pare se vrti in proizvaja električno energijo.
• Kondenzator in črpalka - para, ki je šla skozi turbino, se kondenzira v vodo in se s pomočjo črpalke dvigne v balon, kjer se ponovno segreje v stanje pare.

Kakšne so prednosti sončne energije

• Sonce nam bo dajalo svojo energijo še nekaj milijard let. Hkrati pa ljudem ni treba porabiti denarja in sredstev za njegovo pridobivanje.
• Pridobivanje sončne energije je popolnoma okolju prijazen proces brez tveganja za naravo.
• Avtonomnost procesa. Pridobivanje sončne svetlobe in pridobivanje električne energije poteka z minimalnim človeškim posredovanjem. Edina stvar, ki jo morate storiti, je, da vzdržujete čiste delovne površine ali ogledala.
• Izrabljene sončne celice je mogoče reciklirati in ponovno uporabiti v proizvodnji.

Problemi razvoja sončne energije

Kljub uresničevanju idej za ohranitev delovanja sončnih elektrarn ponoči, nihče ni imun pred muhami narave. Večdnevna oblačnost močno zmanjša proizvodnjo električne energije, a prebivalci in podjetja potrebujejo nemoteno oskrbo.

Gradnja sončne elektrarne ni poceni užitek. To je posledica potrebe po uporabi redkih elementov v njihovi zasnovi. Niso vse države pripravljene zapravljati proračuna za manj zmogljive elektrarne, ko obstajajo delujoče termoelektrarne in jedrske elektrarne.

Za postavitev takšnih naprav so potrebne velike površine in na mestih, kjer je sončno sevanje zadostno.

Kako se sončna energija razvija v Rusiji?

Žal naša država še vedno s polno paro kuri premog, plin in nafto, Rusija pa bo zagotovo med zadnjimi, ki bo popolnoma prešla na alternativno energijo.

Do danes sončna proizvodnja predstavlja le 0,03% energetske bilance Ruske federacije. Za primerjavo, v Nemčiji je ta številka več kot 20-odstotna. Zasebni podjetniki niso zainteresirani za naložbe v sončno energijo zaradi dolge vračilne dobe in ne tako velike donosnosti, ker je plin pri nas veliko cenejši.

V gospodarsko razviti Moskvi in Leningradske regije sončna aktivnost je nizka. Tam gradnja sončnih elektrarn preprosto ni praktična. Toda južne regije so precej obetavne.

Princip pretvorbe sončne energije, njegova uporaba in možnosti

Tradicionalnih virov energije je na svetu vse manj. Zaloge nafte, plina in premoga se izčrpavajo in vse gre v smeri tega, da jih bo prej ali slej zmanjkalo. Če do tega trenutka ne bodo najdeni alternativni viri energije, se bo človeštvo soočilo s katastrofo. Zato v vseh razvitih državah potekajo raziskave za odkrivanje in razvoj novih virov energije. Najprej je to sončna energija. To energijo so ljudje že od pradavnine uporabljali za osvetljevanje svojih domov, suhe hrane, oblačil itd. Sončna energija je danes eden najbolj obetavnih virov alternativna energija. Trenutno obstaja že precej modelov, ki omogočajo pretvorbo sončne energije v električno ali toplotno. Panoga postopoma raste in se razvija, vendar ima, tako kot povsod drugje, svoje težave. Vse to bo obravnavano v tem gradivu.

Sončna energija je eden najbolj dostopnih obnovljivih virov na Zemlji. Uporaba sončne energije v narodnem gospodarstvu pozitivno vpliva na državo okolju, saj za pridobitev ne zahteva vrtanja vrtin ali razvijanja rudnikov. Poleg tega je ta vrsta energije brezplačna in nič ne stane. Seveda so stroški povezani z nakupom in namestitvijo opreme.

Težava je v tem, da je sonce občasen vir energije. Torej zahteva kopičenje energije in njeno uporabo v povezavi z drugimi viri energije. Glavna težava danes je, da ima sodobna oprema nizko učinkovitost pri pretvorbi sončne energije v električno in toplotno energijo. Zato je ves razvoj usmerjen v povečanje učinkovitosti takšnih sistemov in zmanjšanje njihovih stroškov.

Mimogrede, veliko virov na planetu izvira iz sončne energije. Na primer veter, ki je še en obnovljiv vir, ne bi pihal brez sonca. Izhlapevanje vode in njeno kopičenje v rekah poteka tudi pod vplivom sonca. In vodo, kot veste, uporablja hidroenergija. Tudi biogoriva ne bi obstajala brez sonca. Sonce torej poleg neposrednega vira energije vpliva tudi na druga področja energije.

Sonce pošilja sevanje na površje našega planeta. Iz širokega spektra sevanja Zemljino površje dosežejo 3 vrste valov:

• Svetloba. V emisijskem spektru jih je približno 49 odstotkov;
• Infrardeči. Tudi njihov delež je 49 odstotkov. Zahvaljujoč tem valovom se naš planet segreje;
• Ultravijolično. V spektru sončnega sevanja jih je približno 2 odstotka. Našim očem so nevidni.

Ekskurzija v zgodovino

Kako se je sončna energija razvila do danes? O uporabi sonca pri svojih dejavnostih je človek razmišljal že v pradavnini. Vsi poznajo legendo, po kateri je Arhimed v bližini svojega mesta Sirakuze zažgal sovražno floto. Za to je uporabil goreča ogledala. Pred več tisoč leti so na Bližnjem vzhodu vladarske palače grele z vodo, ki jo je segrevalo sonce. V nekaterih državah izhlapimo morska voda dobili so sol na soncu. Znanstveniki so pogosto izvajali poskuse z grelnimi napravami na sončno energijo.

Prvi modeli takšnih grelnikov so bili proizvedeni v 17.-17. Zlasti raziskovalec N. Saussure je predstavil svojo različico grelnika vode. Gre za leseno škatlo, pokrito s steklenim pokrovom. Voda v tej napravi je bila segreta na 88 stopinj Celzija. Leta 1774 je A. Lavoisier uporabil leče za koncentriranje sončne toplote. In pojavile so se tudi leče, ki so omogočile lokalno taljenje litega železa v nekaj sekundah.

Baterije, ki sončno energijo pretvarjajo v mehansko, so ustvarili francoski znanstveniki. Konec 19. stoletja je raziskovalec O. Musho razvil izolator, ki je fokusiral žarke s pomočjo leče na parnem kotlu. Ta kotel je služil za obratovanje tiskarne. V ZDA je bilo takrat mogoče ustvariti enoto na sončno energijo z zmogljivostjo 15 "konjev".

Dolgo časa so izolatorje izdelovali po shemi, ki je za pretvorbo vode v paro uporabljala sončno energijo. In pretvorjena energija je bila uporabljena za opravljanje dela. Prva naprava, ki pretvarja sončno energijo v električno energijo, je nastala leta 1953 v ZDA. Postal je prototip sodobnih sončnih kolektorjev. Fotoelektrični učinek, na katerem temelji njihovo delo, so odkrili že v 70. letih 19. stoletja.

V tridesetih letih prejšnjega stoletja je akademik ZSSR A. F. Ioffe predlagal uporabo polprevodniških fotocelic za pretvorbo sončne energije. Učinkovitost baterije je bila takrat manjša od 1%. Minilo je veliko let, preden so bile razvite sončne celice z izkoristkom 10-15 odstotkov. Potem so Američani zgradili sodobne sončne celice.

Za več moči solarni sistemi nizka učinkovitost se kompenzira s povečano površino fotocelic. A to ni rešitev, saj so silicijevi polprevodniki v sončnih celicah precej dragi. Z večjo učinkovitostjo se povečajo stroški materiala. To je glavna ovira za široko uporabo sončnih kolektorjev. Ker pa bodo viri izčrpani, bo njihova uporaba postajala vse bolj donosna. Poleg tega se raziskave za povečanje učinkovitosti fotocelic ne ustavijo.

Vredno je povedati, da so baterije na osnovi polprevodnikov precej trpežne in ne zahtevajo kvalifikacij za njihovo nego. Zato se najpogosteje uporabljajo v vsakdanjem življenju. Obstajajo tudi cele sončne elektrarne. Praviloma nastajajo v državah z velikim številom sončni dnevi na leto. To je Izrael Savdska Arabija

, južne ZDA, Indija, Španija. Zdaj je nekaj absolutno fantastičnih projektov. Na primer sončne elektrarne zunaj ozračja. Tam sončna svetloba še ni izgubila energije. To pomeni, da se predlaga zajem sevanja v orbiti in nato pretvorba v mikrovalove. Nato bo v tej obliki energija poslana na Zemljo.

Pretvorba sončne energije

Najprej je vredno govoriti o tem, kako je mogoče izraziti in oceniti sončno energijo.

Kako lahko ocenite količino sončne energije?

Strokovnjaki za oceno uporabljajo vrednost, kot je sončna konstanta. To je enako 1367 vatov. Točno toliko energije sonca pade na kvadratni meter planeta. Približno četrtina se izgubi v atmosferi. Največja vrednost na ekvatorju je 1020 vatov na kvadratni meter. Upoštevajoč dan in noč, spremembe vpadnega kota žarkov, je treba to vrednost zmanjšati še trikrat.

O virih sončne energije so bile izražene različne različice. Trenutno strokovnjaki trdijo, da se energija sprosti kot posledica pretvorbe štirih atomov H2 v jedro He. Proces poteka s sproščanjem znatne količine energije. Za primerjavo si predstavljajte, da je energija pretvorbe 1 grama H2 primerljiva s tisto, ki se sprosti pri sežigu 15 ton ogljikovodikov.

Metode pretvorbe Ker znanost danes nima naprav na sončno energijočista oblika , ga je treba pretvoriti v drugo vrsto. V ta namen so bile ustvarjene naprave, kot so sončne celice in kolektor. Baterije pretvarjajo sončno energijo v električno. In zbiralec proizvaja toplotna energija

• Spodaj so predstavljeni glavni načini pretvorbe sončne energije:
• fotoelektrični;
• sončna toplota;
• sončne balonske elektrarne.

Prva metoda je najpogostejša. Tu se uporabljajo fotonapetostni paneli, ki ob izpostavljanju soncu proizvajajo električno energijo. V večini primerov so izdelani iz silicija. Debelina takšnih plošč je desetinke milimetra. Takšni paneli so združeni v fotovoltaične module (baterije) in nameščeni na soncu. Najpogosteje so nameščeni na strehah hiš. Načeloma nič ne preprečuje, da jih postavite na tla. Potrebno je le, da okoli njih ni velikih predmetov, drugih zgradb ali dreves, ki bi lahko metala senco.

Poleg fotocelic pridobiti električna energija tanek film ali se uporabljajo. Njihova prednost je majhna debelina, slabost pa zmanjšana učinkovitost. Takšni modeli se pogosto uporabljajo v prenosnih polnilnikih za različne pripomočke.

Metoda toplotne pretvorbe zraka vključuje pridobivanje energije iz zračnega toka. Ta tok se pošlje v turbogenerator.

V aerostatskih elektrarnah pod vplivom sončne energije v cilindru aerostata nastaja vodna para. Površina balona je prekrita s posebnim premazom, ki absorbira sončno svetlobo. Takšne elektrarne lahko zaradi rezerve pare v balonu delujejo v oblačnem vremenu in ponoči.

Sončna energija temelji na segrevanju površine nosilca energije v posebnem kolektorju. To je lahko na primer ogrevanje vode za sistem ogrevanja doma. Kot hladilno sredstvo se lahko uporablja ne samo voda, ampak tudi zrak. Lahko se ogreva v kolektorju in dovaja v hišni prezračevalni sistem.

Vsi ti sistemi so precej dragi, vendar se njihov razvoj in izboljšave postopoma nadaljujejo.

Prednosti in slabosti sončne energije

• Prednosti
• Zastonj. Ena glavnih prednosti sončne energije je, da zanjo ni stroškov. Sončne plošče so narejene iz silicija, ki ga je v izobilju; št stranski učinek
• . Proces pretvorbe energije poteka brez hrupa, škodljivih emisij in odpadkov ter brez vpliva na okolje. Tega ne moremo reči za termo, hidro in jedrsko energijo. Vsi tradicionalni viri tako ali drugače škodijo OS;
• Varnost in zanesljivost. Oprema je vzdržljiva (zdrži do 30 let). Po 20-25 letih uporabe fotocelice proizvedejo do 80 odstotkov svoje nominalne vrednosti;
• Enostaven za vzdrževanje. Oprema je precej enostavna za namestitev in deluje avtonomno;
• Dobro prilagojen za uporabo v zasebnih domovih;
• Estetika. Lahko se namesti na streho ali fasado stavbe, ne da bi pri tem ogrozil njen videz;
• Dobro integriran kot pomožni sistem napajanja.

Kaj običajno imenujemo sončna energija? To je energija, ki jo proizvaja sonce v obliki svetlobe in toplote. Poleg tega obstajajo sekundarne oblike sončne energije, kot sta energija vetra in valov. Vse imenovane vrste energije sestavljajo večina obnovljiva energija Zemlje.

Zemlja prejme 174 petavatov (PW) sončnega sevanja v zgornjih plasteh ozračja. 30 % se odbije nazaj v vesolje, ostalo pa absorbirajo oblaki, oceani in kopno. Zemljina površina, oceani in ozračje absorbirajo sončno sevanje, kar poveča njihovo temperaturo. Topel zrak, ki vsebuje vodo iz oceanov, se dviga, kar povzroča konvekcijo. Ko zrak doseže visoko nadmorsko višino, kjer je temperatura nizka, se vodna para kondenzira v oblake in povzroči dež. Latentna toplota kondenzacije vode povečuje konvekcijo, kar povzroča veter. Energijo absorbirajo oceani in kopno, pri čemer ohranjajo povprečno temperaturo površine okoli 14 C.

Zelene rastline pretvarjajo sončno energijo v kemično energijo s fotosintezo. Naša proizvodnja hrane je v celoti odvisna od sončne energije. Po svojem življenju rastline umrejo in razpadejo v Zemljo, tako sončna energija zagotavlja biomaso, ki je ustvarila fosilna goriva, ki jih poznamo.

Načini izrabe sončne energije

Ljudje največ uporabljamo sončno energijo različne oblike: za ogrevanje in hlajenje prostorov, proizvodnja destilacije pitne vode, dezinfekcija, razsvetljava, proizvodnja topla voda in kuhanje. Načini izkoriščanja sončne energije so omejeni le s človeško iznajdljivostjo.

Solarne tehnologije so pasivne ali aktivne, odvisno od načina zajemanja energije, ki se nato pretvori in porazdeli.

Aktivne solarne tehnologije

Aktivne solarne tehnologije vključujejo fotovoltaični paneli in sončni toplotni kolektorji.

Pasivne solarne tehnologije

Pasivne metode vključujejo usmerjenost objekta proti Soncu za sprejem največja količina dnevna svetloba in toplote ter izbor materialov z želenimi toplotnimi lastnostmi.

Našo trenutno odvisnost od fosilnih goriv počasi nadomeščajo alternativni viri energije. Nekatera goriva lahko sčasoma postanejo neuporabna, vendar sončna energija ne bo nikoli zastarela, nadzorovana s strani tujih sil ali zmanjkalo. Sonce izkorišča lastne zaloge vodika, bo proizvedlo koristno energijo dokler ne eksplodira. Naloga, ki je pred ljudmi, je ujeti to energijo, doslej največ na preprost način za to ostane le uporaba fosilnih goriv.

O sončni energiji in možnostih njenega razvoja že vrsto let potekajo debate in razprave. Večina ljudi meni, da je sončna energija energija prihodnosti, upanje celotnega človeštva. Resne naložbe potekajo v gradnjo sončnih elektrarn veliko število podjetja. Številne države po svetu si prizadevajo za razvoj sončne energije, saj jo smatrajo za glavno alternativo tradicionalnim virom energije. Nemčija, ki je daleč od sončna dežela, je na tem področju postal vodilni v svetu. Skupna zmogljivost SPE v Nemčiji iz leta v leto narašča. Z razvojem na področju sončne energije se resno ukvarjajo tudi na Kitajskem. Po optimistični napovedi Mednarodne agencije za energijo bodo sončne elektrarne do leta 2050 lahko proizvedle do 20-25 % svetovne električne energije.
Alternativni pogled na perspektivnost sončnih elektrarn temelji na dejstvu, da so stroški, potrebni za izdelavo solarnih panelov in baterijskih sistemov, večkrat višji od dobička od električne energije, proizvedene v sončnih elektrarnah. Nasprotniki tega stališča trdijo, da je ravno nasprotno. Sodobni solarni paneli lahko delujejo brez novih kapitalskih vlaganj več deset ali celo sto let; skupna energija, ki jo proizvedejo, je neskončna. Zato bo dolgoročno električna energija, pridobljena s pomočjo sončne energije, postala ne le dobičkonosna, ampak izjemno dobičkonosna.
Kje je resnica? Poskusimo to ugotoviti skupaj z vami, dragi bralci. Bomo razmislili sodobnih pristopov na področju sončne energije in nekaj najsijajnejših idej, ki so danes že uresničene. Poskušali bomo ugotoviti izkoristek trenutno delujočih sončnih kolektorjev in razumeti, zakaj je danes ta izkoristek precej nizek.

Učinkovitost sončnih kolektorjev v Rusiji
Po sodobnih raziskavah je sončna energija približno 1367 vatov na 1 m² (sončna konstanta). Na ekvatorju le 1020 vatov doseže zemljo skozi ozračje. Na ozemlju Rusije lahko s pomočjo sončnih elektrarn (pod pogojem, da je učinkovitost sončnih celic danes 16%) v povprečju dobite 163,2 vatov na kvadratni meter.
Upoštevanje vremenskih razmer, dolžine dneva in noči ter vrste namestitve solarnih panelov (izkoristek solarne baterije ni upoštevan).
Če je v Moskvi kvadratni kilometer sončnih kolektorjev nameščen pod kotom 40 stopinj (kar je optimalno za Moskvo), bo letna količina proizvedene električne energije 1173 * 0,16 = 187,6 GWh. Pri ceni električne energije 3 rublje na kW/h je pogojni strošek proizvedene električne energije 561 milijonov rubljev.

Najpogostejši načini pridobivanja električne energije s pomočjo sonca so:

Sončne termoelektrarne
Ogromna ogledala takšnih sončnih elektrarn z obračanjem lovijo sonce in ga odbijajo na kolektor. Načelo delovanja takšnih elektrarn temelji na pretvorbi toplotne energije sonca v mehansko elektriko termodinamičnega stroja, bodisi z uporabo plinskega bata Stirlingovega motorja bodisi s segrevanjem vode itd.

Kot primer vzemimo elektrarno Ivanpah (zmogljivost 392 megavatov), ​​v katero je vložil vsemogočni Google. V izgradnjo sončne elektrarne v kalifornijski puščavi Mojave so vložili več kot dve milijardi ameriških dolarjev. Za 1 kW instalirane moči sončne elektrarne je bilo porabljenih 5.612 $. Mnogi menijo, da so ti stroški, čeprav višji od stroškov gradnje elektrarn na premog, precej nižji od stroškov gradnje jedrskih elektrarn. Toda ali je to res? Prvič, jedrska elektrarna stane med 2.000 in 4.000 $ na kW svoje instalirane moči, kar je ceneje od stroškov, ki so šli v gradnjo Ivanpaha. Drugič, letna proizvodnja električne energije sončne elektrarne znaša 1079 GWh, torej je njena povprečna letna moč 123,1 MW. Poleg tega je sončna elektrarna sposobna proizvajati sončno energijo le v dnevne ure. Tako »povprečni« stroški izgradnje sončne elektrarne dosežejo 17.870 dolarjev na 1 kW, kar je precejšnja cena. Morda bi bila edina stvar, ki bi stala več, proizvodnja električne energije v vesolju. Stroški gradnje klasičnih elektrarn, ki delujejo na primer na plin, so 20-40-krat nižji. Še več, za razliko od sončnih elektrarn lahko te elektrarne delujejo stalno in proizvajajo elektriko takrat, ko jo potrebujemo, in ne le v tistih urah, ko sije sonce.
Vemo pa, da so sodobne sončne termoelektrarne sposobne proizvajati elektriko 24 ur na dan, pri čemer uporabljajo veliko količino segrete vode v celotnem dnevne ure hladilna tekočina. Samo poskušajo ne oglaševati preveč stroškov gradnje teh postaj, verjetno zato, ker so pomembni. In če v ceno projektiranja in gradnje sončnih elektrarn, predvsem gradnje črpalnih elektrarn, vključite baterije, potem se znesek poveča do fantastičnih razsežnosti.

Silicijeve sončne celice
Danes se za delovanje sončnih elektrarn uporabljajo polprevodniške fotocelice, ki so velikopovršinske polprevodniške diode. Svetlobni kvant, ki leti v pn spoj, ustvari par elektron-luknja in na izhodih fotodiod nastane padec napetosti (približno 0,5 V).
Učinkovitost silicijeve sončne baterije je približno 16 %. Zakaj je učinkovitost tako nizka? Za tvorbo para elektron-luknja je potrebna določena količina energije. Če ima prihajajoči svetlobni kvant nizko energijo, do generiranja parov ne bo prišlo. V tem primeru bo svetlobni kvant preprosto šel skozi silicij, kot skozi običajno steklo. Zato je silicij prozoren za infrardečo svetlobo nad 1,2 mikrona. Če svetlobni kvant prispe z večjo energijo, kot je potrebno za nastanek ( zelena luč), par se oblikuje, a odvečna energija preprosto ne bo šla nikamor. Pri modri in ultravijolični svetlobi (katere energija je zelo visoka) kvant morda ne bo imel časa, da bi dosegel zelo globine p-n prehod.

Silikonska fotocelica in parabolično ogledalo
Izumitelji po vsem svetu si na vse načine prizadevajo povečati ekonomsko donosnost sončnih elektrarn. Če na primer vzamete majhno učinkovito silicijevo sončno celico in parabolično ogledalo (koncentrirana fotovoltaika), lahko namesto 16 dosežete izkoristek 40 %, pri čemer je ogledalo veliko cenejše od sončne celice. Toda sledenje soncu zahteva zanesljivo mehaniko. Ogromen zrcalni gramofon mora biti zanesljivo okrepljen in zaščiten pred močnimi sunki vetra in agresivnimi okoljskimi dejavniki. Druga težava je, da parabolična ogledala ne morejo fokusirati razpršene svetlobe. Če sonce zaide tudi za tanke oblake, bo proizvodnja energije s pomočjo paraboličnega sistema padla na nič. Običajni sončni paneli v teh pogojih prav tako resno zmanjšajo proizvodnjo toplotne energije, vendar ne na nič. Solarni paneli s paraboličnimi zrcali so predragi glede stroškov namestitve in dragi za vzdrževanje.

Okrogle sončne celice na strehah
Ameriško podjetje Solyndra je ob podpori vlade zasnovalo sončne fotovoltaične celice okrogla oblika. Nameščeni so bili na pobarvane strehe bela. Okrogle sončne celice so bile izdelane z naprševanjem prevodne plasti (v primeru Solyndre je bil uporabljen bakrov indij-galijev (di)selenid) na steklene cevi. Dejanski izkoristek okroglih baterij je bil približno 8,5 %, kar je manj kot pri cenejših silicijevih. Solyndra, ki je prejela državna jamstva za veliko posojilo, je šla v stečaj. Ameriško gospodarstvo je precej vlagalo v tehnologije, katerih ekonomska učinkovitost je bila že od samega začetka zelo vprašljiva. gotovina. »Uspešno« lobiranje neučinkovitih tehnologij ni le rusko znanje in izkušnje.

Velik problem sončna energija!
Znano je, da sončne elektrarne elektriko proizvajajo podnevi, medtem ko se velika potreba po električni energiji pojavi ravno v večernih urah. To pomeni, da brez baterij sončne elektrarne ne bodo učinkovite. V večernih konicah porabe električne energije bo treba uporabiti alternativne (klasične) vire električne energije. Čez dan bo treba nekatere tradicionalne elektrarne izključiti, nekatere pa ohraniti v topli rezervi, če slabo vreme. Če nad sončno elektrarno visijo oblaki, mora manjkajočo elektriko zagotoviti rezerva. Zaradi tega klasične proizvodne zmogljivosti stojijo v rezervi in ​​izgubljajo dobiček.

Uporaba baterij
Ugotovili smo, da je povprečna cena enega vata, ki ga proizvede sončna baterija, 0,5 USD. Čez dan (8 ur) je baterija sposobna ustvariti znotraj 8 Wh. To energijo je treba shraniti do večerne konice porabe električne energije.
Litijeve baterije, razvite na Kitajskem, stanejo približno 0,4 USD na Wh, tako da bi solarna celica, ki stane 0,5 USD na vat, zahtevala baterije, ki stanejo 3,2 USD, kar je šestkrat več od cene same baterije. Če upoštevamo, da je litijeva baterija zasnovana za največ 2000 ciklov polnjenja in praznjenja, kar je od tri do šest let, potem lahko zaključimo, da je litijeva baterija izjemno draga rešitev.
Najcenejši akumulatorji so svinčevi. Veleprodajna cena teh sistemov, ki še zdaleč niso najbolj okolju prijazni, je približno 0,08 USD na Wh. Svinčeve baterije, tako kot litijeve baterije, so zasnovane za 3-6 let delovanja. Učinkovitost svinčenega akumulatorja je 75 %. Ta baterija izgubi četrtino svoje energije v ciklu polnjenja in praznjenja. Za vzdrževanje dnevne proizvodnje sončne energije boste morali kupiti svinčeve baterije za 0,64 USD. Vidimo, da je to tudi več kot cena samih baterij.
Za sodobne sončne elektrarne so bile razvite črpalne elektrarne. Podnevi se vanje črpa voda, ponoči pa delujejo kot navadne hidroelektrarne. Toda izgradnja teh elektrarn (90-odstotni izkoristek) ni vedno mogoča in je izjemno draga.
Lahko potegnemo razočaranje. Danes so baterije dražje od samih sončnih elektrarn. Za velike sončne elektrarne niso predvideni. Ko elektriko proizvedejo, jo velike sončne elektrarne prodajo v distribucijska omrežja. Zvečer in ponoči elektriko proizvajajo klasične elektrarne.

Sončna energija – kakšna je njena cena danes?
Vzemimo za primer Nemčijo, ki je vodilna v svetu pri uporabi sončne energije. Kilovat proizvedene sončne energije (tudi podnevi, vendar je taka elektrika cenejša) pri nas odkupijo po ceni od 12 do 17,45 centa za kWh. Ker so plinske elektrarne v Nemčiji še v gradnji, obratovanju ali v topli rezervi, sončne elektrarne v tej državi pravzaprav le pomagajo varčevati z ruskim plinom.
Cena ruskega plina je danes 450 dolarjev za tisoč kubičnih metrov. Iz te količine plina (izkoristek proizvodnje 40 %) se lahko proizvede približno 4,32 GW električne energije. Posledično za 1 kWh električne energije, proizvedene iz sonca, ruski plin prihrani 0,104 $ ali 7,87 centov. Tukaj je poštena cena sončne neregulirane proizvodnje. Tako je sončna energija v Nemčiji trenutno 50-odstotno subvencionirana s strani države. Čeprav je treba opozoriti, da Nemčija pospešeno znižuje stroške pridobivanja električne energije iz sonca.

Oblikovanje zaključkov
Najbolj ekonomično sončno elektriko (0,5 USD za 1 vat) danes pridobivamo s pomočjo solarnih polikristalnih baterij. Vsi drugi načini pridobivanja električne energije z uporabo sončne energije so za red velikosti dražji.
Problem, ki je ključen za sončno energijo, ni učinkovitost solarnih panelov, niti cena, niti EROEI, ki je teoretično neskončen. Glavni problem je znižanje stroškov proizvodnje sončne energije, prejete podnevi, in varčevanje te energije za večerno konično porabo. Dejansko so trenutno baterijski sistemi, katerih življenjska doba je od tri do šest let, nekajkrat dražji od samih sončnih kolektorjev.
Proizvodnja sončne energije v znatnem obsegu se danes obravnava le kot način za prihranek majhnega dela tradicionalnih fosilnih goriv podnevi. Sončna energija še ne zmore popolnoma prevzeti obremenitev v večernih konicah porabe energije in zmanjšati števila jedrskih elektrarn, elektrarn na premog, plin in hidroelektrarn, ki morajo podnevi stati v rezervi in ​​prevzeti znatno energijska obremenitev zvečer.
Če se zaradi zaostrovanja tarif (zaradi česar se bo na primer proizvajalcem vodika in aluminija splačalo, da svojo proizvodnjo elektrolize izvajajo podnevi), se vrh porabe električne energije premakne na dnevne ure, potem bo sončna energija resnejša. možnosti za razvoj.
Stroški sončne proizvodnje, ki je »neregulirana«, niso primerljivi s stroški proizvodnje električne energije v klasičnih elektrarnah, ki jo lahko prosto proizvedejo kadarkoli, ko jo potrebujejo.
Stroški sončne električne energije ne smejo presegati stroškov fosilnih goriv, ​​prihranjenih z njeno pomočjo. Če na primer plin v Nemčiji stane 450 dolarjev, potem cena sončne proizvodnje v tej državi ne bi smela preseči 0,1 dolarja na kilovatno uro, sicer je sončna energija v tej državi nerentabilna. Dokler so fosilna goriva poceni in lahko dostopna, proizvodnja sončne energije ni ekonomsko upravičena.
Trenutno je uporaba sončne energije in dragih solarnih baterijskih sistemov ekonomsko izvedljiva samo za tiste regije in kraje, kjer ni drugih možnosti za priključitev na električno omrežje. Na primer na samotni, oddaljeni mobilni postaji.
Vendar ne pozabite na naslednje pomembni dejavniki, ki vlivajo optimizem pri razmišljanju o sončni energiji:
1. Stroški fosilnih goriv vztrajno naraščajo, saj se njihove zaloge zmanjšujejo.
2. Razumen javni red omogoča bolj donosno uporabo sončnih elektrarn.
3. Napredek ne miruje! Učinkovitost sončnih elektrarn narašča, razvijajo se nove tehnologije pri pridobivanju in shranjevanju električne energije.

Zato bi rad verjel, da bo čez 3-5 let mogoče napisati veliko bolj pozitivno oceno tega energetskega sektorja!