Альтернативные источники энергии

Полупрозрачный  фасад 

Система PV интегрирована  в фасаде 

8. Время энергетической  окупаемости модулей  постоянно уменьшается.  
Это означает что время, требуемое для окупаемости модуля солнечной батареи очень мало, оно изменяется от 1,5 до 3 лет. Поэтому модуль производит в 6 - 18 раз больше энергии, чем ее необходимо произвести для окупаемости.

9. Создание тысяч  проектов.  
Сектор PV, со средним ежегодным ростом более 40 % в течение прошлых лет, все более и более способствует к созданию тысяч проектов по всей Европе и во всем мире.

10. Улучшение безопасности  энергоснабжения  Европы. 
Чтобы покрывать 100% требуемой электроэнергии в Европе, необходимо всего лишь 0,7% общей площади континента Европы занять модулями солнечных батарей. 
Поэтому солнечная энергетика играет крайне важную роль в улучшении безопасности энергоснабжения Европы.

Перспективы солнечной энергетики и фотовольтаики

Немного теории: об устройстве и видах солнечных  панелей.

На сегодняшний  день существует множество различных  видов солнечных батарей, преобразующих  солнечную энергию в электрическую, и классифицировать их можно по-разному. В первую очередь стоит обратить внимание на технологию изготовления фотоэлектрических преобразователей, из которых они собираются.

Наиболее  широко распространены кристаллические  фотоэлектрические  преобразователи, изготовленные  из моно- или мультикремния, а также тонкопленочные солнечные элементы на основе таких материалов, как аморфный кремний, теллурид кадмия, арсенид галлия, фосфид индия и некоторых других соединений. По последним оценкам рыночная доля кристаллических солнечных элементов составляет около 93%, а тонкопленочных – около 7%, соответственно.

Также существуют такие более экзотические направления  как концентраторные и электрохимические солнечные элементы, но их доли еще очень малы. Такие разработки относятся больше к сфере научных исследований, чем к производству в промышленных масштабах.

Кроме того, солнечные  батареи можно классифицировать по сфере их применения – наземного или космического назначения. Самым массовым сегментом являются, конечно же, кристаллические кремниевые солнечные батареи наземного назначения. В первом приближении, конструкция таких батарей представляет собой «многослойный пирог» из защитного стекла, спаянных между собой солнечных элементов, нескольких слоев клеющих и защитных материалов. Все это герметично собрано и упаковано в алюминиевую раму, снабжено небольшой распределительной коробкой и выводами для подключения к нагрузке.

Важно помнить:

Стекло на лицевой  стороне модуля выполняет защитную функцию, пропуская при этом излучение  до рабочих фотоэлементов. При эксплуатации рабочую поверхность батарей  необходимо держать открытой и чистой, иначе их эффективность резко  падает. Часто потребители спрашивают, что будет, если на поверхность батареи, например, попадут листья или ляжет  снег. Ни в том, ни в другом случае ничего страшного не произойдет. Просто временно снизится эффективность выработки  электроэнергии, т.е. упадет мощность системы. Но солнечные батареи монтируются  под некоторым углом к горизонту, поэтому любым загрязнениям не просто удержаться на их поверхности. Но техническое  обслуживание в виде периодической  очистки поверхности, безусловно, необходимо.

Если говорить о сроке эксплуатации современных  солнечных батарей, то он приближается к отметке 30 лет. Гарантийный же срок зависит от производителя, обычно это 1 год или 2 года.

Плюсы и минусы использования  солнечных систем:

Среди преимуществ  «солнечной» электроэнергии в первую очередь можно выделить тот факт, что такие системы на протяжении всего срока эксплуатации генерируют значительно больше энергии, чем было затрачено при их производстве. Например, кремниевые солнечные батареи, работающие в таких солнечных странах как Испания, возвращают энергию, потраченную на их производство, в течение первых 2-х лет, а служат – не менее 20 лет.

Следующим преимуществом  является постоянное снижение стоимости  солнечной электроэнергии, которая  по прогнозам аналитиков сравняется со стоимостью традиционной не позднее 2015 года. Кроме того, массовая выработка  «солнечной» электроэнергии не требует  использования полезных и зачастую дорогих земель, так как батареи  могут монтироваться на крышах или  фасадах существующих зданий и сооружений, защитных заграждениях автобанов и  т.п.

С технической  точки зрения преимущества солнечных  систем заключаются в отсутствии необходимости использовать любые  виды топлива, а также в отсутствии движущихся частей, которые шумят  и изнашиваются. Нет необходимости  в проведении трудоемкого технического обслуживания инсталлированных систем для поддержки их в работоспособном  состоянии.

Что касается недостатков, то главное – это неспособность  в настоящее время конкурировать  по стоимости с традиционными  видами электроэнергии. Без государственной  поддержки использовать солнечные  системы в местах, где есть нормальный доступ к сети, сегодня нецелесообразно. И это хорошо видно в странах  СНГ, где стоимость инсталляции  простой системы для загородного  дома достигает нескольких десятков тысяч евро с соответствующими немалыми сроками окупаемости вложений.

Независимость и престиж.

Применение солнечной  электроэнергетики имеет экономический  смысл там, где существует государственная  поддержка этого направления. Среди  стран, проводящих подобную политику, самую заметную роль играют Германия, Испания, Италия, США, Южная Корея и Япония. Именно они и формируют сегодня мировой рынок солнечной энергетики.

В странах СНГ  же солнечные батареи используются пока очень слабо. Есть всего несколько  успешно завершенных проектов, но их все можно пересчитать по пальцам.

Частные лица в  основном ставят солнечные панели для  резервного энергообеспечения коттеджей  или используют их для организации  ландшафтного освещения. Но цена вопроса  для них все еще остается очень  высокой. Говорить о целесообразности использования солнечных систем в СНГ пока можно лишь в нескольких случаях:

Во-первых, если для этого есть острая необходимость, т.к. объект удален от централизованной линии электропередач, и проложить кабель будет неоправданно дорого или для этого нет физической возможности.

Во-вторых, если есть желание получить определенную независимость, т.е. получать «бесплатную» и чистую энергию от собственной автономной электростанции и при этом не зависеть от государства.

В-третьих, если нужно обеспечить стабильность и экологическую чистоту электрообеспечения, т.е. если в доме часто пропадает свет и есть проблемы с надежностью подачи электроэнергии, но при этом нет никакого желания ставить дизель-генератор (шум, неприятные запахи, необходимость регулярного технического обслуживания и т.п.).

В-четвертых, если необходимо воплотить дизайнерское решение – например, вы хотите, чтобы все ландшафтное освещение и подсветка вашего дома работали от солнца.

В-пятых, если есть желание и возможность идти в ногу со временем – вы помешаны на энергосбережении, экологии и новых технологиях.

Ну  и последнее – если нужно подчеркнуть собственный престиж и выделиться среди знакомых, т.к. мало кто сегодня может позволить себе фишку в виде полноценной солнечной системы электрообеспечения своего дома.

Сегодняшние реалии возрастающих глобальных энергетических проблем делают все более актуальными  вопросы перехода к альтернативным источникам энергообеспечения. Имеющая  место ориентация на нефть, газ и  ядерную энергию может привести некоторые страны к серьезной  энергетической зависимости от крупнейших мировых поставщиков сырья и  уже сегодня ставит под угрозу экономическую безопасность этих стран. Очевидно, что альтернативные источники  энергии не смогут решить в ближайшие  годы все проблемы, но ориентация на них и, в том числе, на развитие солнечной энергетики даст реальную возможность укрепить в будущем  и повысить энергетическую безопасность.

Очевидно, что  по отдельности ни инициативы частного бизнеса, ни попытки вмешательства  государств в эту отрасль к  быстрому результату не приведут. Поэтому  приходит время объединять усилия в  этом направлении. Тем более, что солнечная энергетика является сегодня одним из наиболее быстрорастущих секторов энергетики. Например, Европейская ассоциация фотоэлектрической промышленности в Европейском Союзе прогнозирует, что к концу 2010 года суммарные объемы электроэнергии, полученной прямого преобразованием солнечного излучения, превысят показатели 2006 года практически в три раза. А при более широком временном охвате видно, что мировой рынок фотовольтаики ежегодно возрастает на 25-30% и такая тенденция по оценкам экспертов сохраниться как минимум до 2035 года.

Не думаю, что  кто-то сможет назвать еще много  других отраслей, которые даже в  условиях кризиса показывают такую  впечатляющую позитивную динамику и  где уже сегодня отечественный  бизнес может реально конкурировать, показывая не только хорошие финансовые результаты, но и достойное качество на самом высоком техническом  уровне продукции. Благодаря кризису, вторая половина 2009 года – 2010 год стали  отличным временем для выхода на рынок  солнечной электроэнергетики. Инвестиции в фотовольтаику сегодня могут дать неплохой шанс застолбить свое место на одном из наиболее привлекательных перспективных высокотехнологических рынков. И шанс этот нельзя ни в коем случае упускать.

Органические  солнечные батареи из графена.

Группа ученых из Калифорнийского университета рассказала журналистам, какими будут экономичные  и гибкие солнечные батареи нового поколения в ближайшем будущем. После нескольких десятилетий работы над органическими фотоэлементами были изготовлены новые прототипы солнечных элементов, которые имеют легкий вес, гибкую подложку, низкую стоимость изготовления и технологическую эффективность. В настоящее время исследования проводятся именно над такими солнечными элементами.

Наиболее уникальным свойством органических фотоэлементов  являются прозрачные проводящие электроды. Это позволяет свету взаимодействовать  с активными веществами внутри элемента, генерируя при этом электричество. Сегодня для создания крупных  сборок гибких солнечных элементов  используют полимерные листы на основе графена ( Графен - двумерная аллотропная модификация углерода, слой атомов углерода толщиной в один атом. Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решётку ). Эти листы используются для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, обеспечивая полчение дешевой солнечной энергии.

Группа исследователей под руководством Chongwu Zhou, профессора электротехники из USC Viterbi School of Engineering выдвинула теорию, что графен как атом-лист толщиной в один атом углерода без труда может быть интегрирован в очень гибкие листы полимера, из которых, после нанесения термо-пластического слоя защиты, можно формировать ячейки органических солнечных элементов. А т.к. методом химического осаждения паров, качественный графен могут теперь получать в достаточном количестве - цена таких солнечных батарей - минимальна.

Традиционные  кремниевые солнечные элементы пока что более эффективны. Так, с их помощью 14 Вт электроэнергии будут генерироваться с 1000 Вт солнечного света, при этом органические солнечные батареи позволяют получить всего лишь 1,3 Вт энергии с 1000 Вт солнечного света. Но органические солнечные батареи будут компенсировать это за счет таких преимуществ как гибкость и ментшая стоимость.

По словам Gomez De Arco, может быть, в один прекрасный день можно будет запустить печатные машины для изготовления гибких органических солнечных элементов и это будет похоже на печать обыкновенных газет. Такие органические фотоэлементы могут быть как шторы висящие в домах, из них даже можно сделать ткань и носить как энергетическую одежду.

Гибкость ячеек  таких солнечных элементов дает дополнительное преимущество, они будут  работать и после многократных изгибов  в отличие от Indium-Tin-Oxide солнечных элементов. Низкая стоимость, электропроводность, стабильность, совместимость электродов с органикой и доступность наряду с гибкостью - все это дает ячейкам из графена решительные преимущества перед другими солнечными батареями.

Способы преобразования солнечной  энергии.

Очень давно  ещё древние греки использовали солнечную энергию для обогрева жилища. В 19 веке впервые изобрели солнечный коллектор, с помощью которого нагревали воду.

Нынешняя энергетика на основе солнечного тепла носит  название гелиоэнергетика, и начала развиваться она только в середине 20 века.

Солнечную энергию  можно преобразовать в электрическую  или тепловую с помощью трёх технологий:

Чаще всего  используется вариант снабжения  теплом при помощи солнечных коллекторов - водонагревателей. Их устанавливают  в неподвижном состоянии на крышах домов так, чтобы сохранялся определённый угол к горизонту. Теплоносителем может  служить воздух, вода или антифриз. Это вещество нагревается на 40-50 градусов больше температуры окружающего  пространства, что и обеспечивают вышеупомянутые коллекторы. Но такие  устройства могут применяться не только для обогрева. Ими кондиционируют воздух, сушат продукты сельского  хозяйства и даже делают пресной  морскую воду. Япония и США на сегодняшний день - лидеры по закупке  таких солнечнообогревательных систем. Но на Кипре и в Израиле этих установок несколько больше из расчёта на одного человека. В Израиле, например, 70% населения пользуются такой солнечной энергией, и всех их обеспечивает 1 млн. коллекторов. Индия и Китай тоже не обходятся без этого. В некоторых странах Африки солнечные коллекторы используются в основном, чтоб запустить насосные установки.