Солнечная энергетика

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы. Но, тем не менее, станции-преобразователи солнечной энергии строят, и они работают.

Солнечная энергия преимущественно используется для горячего водоснабжения, сушки сельскохозяйственной продукции, опреснения вод, других технологических целей, а также преобразования ее в электрическую энергию. В дальнейшем на первое место должны выйти технологии по преобразованию солнечной энергии в электрическую и химическую энергию. Находит применение солнечная энергия также на наземных транспортных средствах, водных просторах и в воздухе. В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрастает, поскольку потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Солнечная энергетика, пожалуй, - одно из наиболее динамично развивающихся направлений в мире. 13 апреля 2000 года была создана European Renewable Energy Council (EREC) - зонтичная организация европейских компаний, работающих в области производства, продажи и исследований устройств возобновляемой энергетики: солнечной- , гидро- , био- , геотермальной и ветроэнергетики. EPIA, как одна из входящих в организацию компаний, - это самое крупное в мире отраслевое объединение на рынке солнечной энергетики. EPIA расшифровывается как European Photovoltaic Industry Association. Его секретариат находится в “Renewable Energy House” в самом сердце Европы - Брюсселе (рисунок 1). Целями EPIA являются продвижение PV на национальном, европейском и мировом уровнях, поддержка членов ассоциации в развитии бизнеса в Европейском Союзе и за его пределами. Организация информирует о новых законах в области солнечной энергетики, занимается также и прогнозированием рынка. Благодаря уже многолетним связям с производителями устройств солнечной энергетики (далее просто PV), энергетическими компаниями, политическими образованиями стран по всему миру, EPIA удается создавать довольно точные прогнозы по развитию PV в странах мира: краткосрочные и долгосрочные. «The EPIA Global Market Outlook for Photovoltaics (PV) from 2010 to 2014» - наиболее известная публикация EPIA.

Интересное замечание: если покрыть хотя бы 0.7% земной поверхности солнечными батареями, КПД которых составляет всего 10% (напомню, что в среднем КПД современных батарей около 15%), то полученная энергия обеспечит потребности всего человечества более чем на 100%: 20ТВт против потребляемых 14ТВт. Вообще говоря, используют не Вт, а Втп (от английского Wp - Watt peak) - пиковую мощность, то есть номинальную мощность в нормальных условиях (максимальную номинальную мощность при световом потоке в 1000 Вт/м², спектр которого приближен к солнечному, температуре 25°C получают измеряя ток и напряжение в цепи батареи). Но далее мы будем писать Вт (МВт,ГВт,ТВт), подразумевая Втп.

Суммарная мощность установленных и функционирующих на планете PV составила 16 ГВт, и к концу 2013 - 23 ГВт. При этом 70% мирового PV составляет европейский.

Первую позицию в европейском рейтинге занимает Германия, второе - Италия. Этому способствовали как государственная политика, работа множественных высокотехнологичных PV компаний, так и осведомленность граждан Германии о PV-технологиях. Feed-in Tariff сыграл немалую роль в развитии солнечной энергетики в Германии: заманчива возможность продать излишки PV энергии по более высоким ценам и окупить приобретенный PV. Однако теперь, похоже, придется затянуть пояса - согласно принятому закону Feed-in Tariff в Германии уменьшается на 11-15%, а для земельного сектора его и вовсе снимают. Немецкий рынок PV продолжит расти, хотя его динамика по прогнозам экспертов должна снизиться. Италия по результатам 2012 года заняла второе место в Европе и мире по продвижению PV на энергетический рынок.

Германия продолжает оставаться одним из наиболее развивающихся секторов рынка солнечной энергетики в мире. Необходимо отметить, что в ряде стран введен так называемый Feed-in Tariff (FiT) - политика государства направленная на поощрение внедрения потребителями источников экологически безопасной электроэнергии, в том числе и PV, путем законодательного регулирования. А именно, государство обязывает региональные и национальные энергетические компании покупать излишнее электричество у потребителей по ценам выше средних рыночных в сети самой компании (купленное электричество затем, очевидно, продается промышленным компаниям, ведь цены на электроэнергию для промышленности выше, чем для частного потребителя). Очевидно, эта политика направлена прежде всего на частный сектор потребления электроэнергии, дабы обеспечить электричеством саму семью, а излишки - продать энергетическим компаниям.

Испания заметно сдала свои позиции по сравнению с предыдущим годом. Экономический кризис, бюрократическая система сдержали рост PV в 2009. Испания, по прогнозам EPIA, медленно попытается вернуться на докризисный уровень. Сокращение Feed-in Tariff, снижение спроса на солнечную энергию в промышленном секторе также сыграли немалую роль в сложившейся ситуации.

В Великобритании солнечная энергетика развивается довольно плавно, без резких скачков и падений. Однако, по замечаниям экспертов, всесторонняя поддержка государства могла бы еще больше усилить рост PV в стране.

Что касается остальных стран, то более или менее стабильно ведут себя Бельгия, Болгария, Чехия, Франция. На юге Европейского союза - Греция и Португалия - как наиболее благоприятном с географической точки зрения месте - затишье. Греция не может оправиться от кризиса, а бюрократические преграды еще более сдерживают развитие солнечной энергетики.

В общем, ситуацию в области солнечной энергетики в Европе и мире за последние годы можно считать удовлетворительной. Заметен подъем отрасли и внимание со стороны государств, частных компаний по производству и продаже PV устройств. В некоторых странах солнечная энергетика застряла в кризисном состоянии (Испания, Греция), где-то еще не определилась (неоднозначная ситуация в Германии), а где-то и набирает обороты (яркий пример - Соединенное Королевство).

Мировыми лидерами по развитию солнечной энергетики являются США и Япония. Япония поставила перед собой задачу - достичь к 2020 году 28 ГВт установленных PV и к 2030 году - 53 ГВт установленных PV. По мнению же экспертов более реалистичной цифрой является 7 - 12 ГВт к 2014 году. Обещающими выглядят планы США и Индии. Кроме того, Канада и Австралия, а также ЮАР, Бразилия, Мексика, Египет, Израиль и Марокко - в списке, на который с надеждой смотрит EPIA в своем ежегодном отчете.

Таков взгляд European Photovoltaic Industry Association на развитие солнечной энергетики в мире, появившийся на страницах «The EPIA Global Market Outlook for Photovoltaics (PV) from 2010 to 2014» в марте этого года. [5].

3. Развитие солнечной энергетики в Республике Беларусь

Беларусь максимально эффективно планирует инвестировать в развитие нетрадиционной энергетики. В частности, энергия не только воды и ветра, но и солнца должна замещать часть углеводородного сырья.

К нормативным документам, определяющим реализацию государственной политики в области солнечной энергии и энергосбережения в Республике Беларусь, относятся:

· Регулирование Министерства Экономики республики Белоруссии от 30 июня 2011 № 100 “О тарифах на электроэнергию, произведенную из возобновляемых источников энергии и отмены Определенных Резолюций Министерства Экономики

· Закон республики Белоруссии «О возобновляемых источниках энергии» от 27 декабря 2010 № 204-З.

· .Национальная Программа развития местных и возобновляемых источников энергии на 2011 - 2015 (одобренный Регулированием Совета министров республики Белоруссии от 10 мая 2011 № 586)

· Государственная Сложная Программа для модернизации основных производственных фондов Белорусской системы власти, энергосбережения и увеличения использования внутреннего топлива и энергетических ресурсов до 2011 (президентский Декрет от 15 ноября 2007 №575).

· Государственная Сложная Программа для модернизации основных производственных фондов Белорусской системы власти, энергосбережения и увеличения использования внутреннего топлива и энергетических ресурсов до 2011 (президентский Декрет от 15 ноября 2007 №575).

· Закон республики Белоруссии «О возобновляемых источниках энергии» от 27 декабря 2010 № 204-З.

· Закон Республики Беларусь «Об энергосбережении» от 15.07.1998 № 190-З.

· Директива Президента Республики Беларусь «Экономия и бережливость - главные факторы экономической безопасности государства» от 14.06.2007 № 3.

· Государственная комплексная программа модернизации основных производственных фондов Белорусской энергетической системы, энергосбережения и увеличения доли использования в республике собственных топливно-энергетических ресурсов на период до 2011 года (Указ Президента Республики Беларусь от 15.11.2007 № 575).

· Республиканская программа энергосбережения на 2010-2015 гг. (утверждена постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 02.02.2006 г. № 137).

· Стратегия развития энергетического потенциала Республики Беларусь (утверждена постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 09.08.2010 № 1180)[3]

О перспективах использования в Беларуси гидроэлектростанций и ветроэнергетических установок уже неоднократно писалось, а вот об использовании энергии солнца - нет, потому что, по оценке метеорологов, в стране недостаточное количество ясных дней в году. По мнению экспертов, среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учетом ночей и облачности составляет всего лишь 243 калории на 1 см2 в сутки, что эквивалентно 2,8 кВт·ч на 1 м2. К слову, чтобы получить 45 млрд. кВт·ч электроэнергии, необходимо 450 км2 гелиостатов стоимостью $202,5 млрд. Тем не менее, на пленарном заседании международного симпозиума глава Национальной Академии наук Михаил Мясникович заявил, что «в Беларуси следует приступить к созданию производственной базы для развития солнечной энергетики незамедлительно». По его словам, в январе 2008 г. Академия Наук разработала проект концепции госпрограммы по созданию и развитию солнечной энергетики в стране. По мнению ученых НАН, развитие этого сектора необходимо начать с приобретения оборудования и создания производства как самих солнечных элементов, так и конечного изделия - фотоэлектрических модулей и систем. «Мы полагаем, что приступить к созданию собственных элементов по этим технологиям необходимо уже сегодня, иначе может быть поздно», - цитирует М. Мясниковича БелТа. В развертывание новой подотрасли промышленности могли бы включиться НПО «Интеграл», завод «Измеритель» и другие предприятия радиоэлектронного профиля.

Солнце - самый сильный источник энергии для нашей планеты, который может использоваться для множества задач. Одна из них - преобразование солнечной энергии в электрическую - в так называемое солнечное электричество. Для преобразования солнечного света в электричество используют солнечные батареи. Впервые солнечные батареи применили при освоении космоса в 1957 г. Они были установлены на спутнике и вырабатывали электрическую энергию для его работы. Основным элементом для производства батарей является кремний. По мнению ряда независимых экспертов и ученых, преобразование солнечной энергии в электрическую имеет массу достоинств. Прежде всего, это 100-процентная надежность - ведь солнце от нас никуда не денется еще несколько миллионов лет. Также это чистый и, соответственно, безопасный для здоровья источник энергии. И, что самое интересное, только благодаря солнцу мы и имеем практически все источники энергии. Исключением можно назвать энергию приливов и отливов, за которую ответственна луна, и радиоактивные элементы, которые используются на атомных станциях. Энергия ветра полностью зависит от солнца и разности температур, им же и создаваемой. Ученые утверждают, что того количества солнечной энергии, которая доходит от солнца до земли только за один день, хватит, чтобы полностью обеспечить весь мир энергией на год. И при этом мы все равно используем ископаемые источники энергии - нефть, уголь, газ. В наше время использование солнечного электричества уже широко распространено. В отдаленных местах, куда дотянуть кабель от электростанций стоит очень дорого, а иногда - и просто невозможно, используют солнечную энергию. Это отдаленные фермерские хозяйства, отдельно стоящие обитаемые острова, морские и космические станции. На данный момент примерно 7 млн домов по всему миру оборудованы солнечными батареями. Также в странах, где электрическая энергия стоит дорого и достаточное количество солнечных дней в году, хозяева частных домов и владельцы офисов устанавливают солнечные батареи на крышах зданий и используют солнечное электричество без ущерба для собственного бюджета. Солнце заменяет 40- 60% всех затрат на другие энергоносители. Иногда солнечного электричества полностью хватает на нужды дома и даже вырабатывается больше необходимого. Так, в Германии правительство покупает солнечное электричество, произведенное днем, у частных лиц, а вечером продает его обратно по более низкой цене, стимулируя тем самым установку солнечных батарей.

Вторым вариантом применения солнечного света является использование его по прямому назначению - для нагрева воды, отопления помещений, сушки различных материалов. Для этих целей используют тепловые коллекторы. Летом в средней полосе Европы производительность тепловых коллекторов с 1 м2 может достигать 50-60 литров воды в день, нагретой до температуры 60°-70°С. В Израиле 80% воды нагревается с помощью солнечной энергии. Основными странами - потребителями солнечной энергии являются Швеция, Дания, Германия, Австрия, Израиль. Суммарная площадь тепловых электростанций составляет уже более 8 млн м2. В данное время преобладает использование тепловых коллекторов в связи с доступностью по цене. Но получение электроэнергии намного заманчивее, чем получение тепла. Наука не стоит на месте, и в ближайшем будущем стоит ждать новых разработок в этом направлении. Они снизят затраты на производство солнечного электричества и обеспечат человечество дешевой и безопасной энергией. Председатель президиума НАН Михаил Мясникович подчеркнул, что, несмотря на более высокую стоимость проектов по альтернативной энергетике в сравнении с традиционными станциями, бестопливная энергетика является выходом в условиях истощения запасов углеводородного сырья. Ученые поддерживают планы правительства Беларуси по развитию ветроэнергетики в стране. Данное направление является перспективным и должно реализовываться на основе четко выстроенной стратегии развития. «В ближайшие годы мы должны не только выработать экономический механизм развития ветроэнергетики, но и как минимум на два порядка увеличить установленные мощности ветроэлектростанций», - сказал президент НАН. Напомним, что на заседании президиума Совета Министров рассматривался проект программы развития ветроэнергетической отрасли на 2008-2014 годы. К слову, создание ветроустановок в Беларуси мощностью 15 МВт позволит ежегодно замещать около 13 тысяч т.у.т. Согласно расчетам экспертов, ветроустановка мощностью в 1 МВт в течение 20 лет позволяет заместить примерно 29 тыс. тонн угля. М. Мясникович также сообщил, что важным направлением энергосбережения станет использование светодиодных источников освещения, которые наиболее эффективны, надежны и экологически безопасны. Отметим, что в 2006 г. учеными Академии Наук создано более 90 передовых технологий с экономическим эффектом 146,3 млрд рублей. Объем продаж новой продукции, произведенной в результате внедрения научных разработок, составил более 400 млрд. рублей. Приведенные цифры красноречиво свидетельствуют, что участие Академии Наук в государственных научно-технических программах обеспечивает высокий динамизм и эффективное развитие практически всех - и традиционных, и новейших - отраслей и производств страны. При этом доля Академии Наук не превышает 40-45% бюджетного финансирования науки. Национальная Академия наук участвует в Государственной программе инновационного развития страны до 2015 года.