Солнечные батареи польза для экологии
19.08.2019
В наших умах закрепилось устойчивое мнение о безопасности и экологичности солнечной энергии и технологии СЭС вообще. Действительно, панели не дымят, не требуют топлива и не повышают радиационный фон, но делает ли это их безопасными? Исследованию отрицательных эффектов СЭС посвящены многие научные статьи и опыты, результаты которых могут подорвать веру человечества в чистую возобновляемую энергию. Наблюдается ли отрицательное влияние солнечной энергии на окружающую среду и насколько это опасно для человека?
Взаимодействие солнечной энергетики и экологии
На данный момент массово используются 2 “солнечных” технологии — фотоэлектрические панели для генерации энергии и солнечные коллекторы для подогрева воды. Эти устройства оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на окружающую среду, правда последнее афишируется меньше. Исследования по каждой технологии приведены ниже.
Влияние солнечных электростанций на окружающую среду
Как и уверяют продавцы и производители СЭС — солнечные панели вырабатывают энергию без загрязнения окружающей среды и выброса вредных веществ, однако при этом не афишируются особенности производства фотоэлектрических элементов.
Для изготовления 1м2 солнечных батарей требуется примерно 600 кВт/часов энергии, а модуль площадью 1м2 в год вырабатывает 200 кВт/часов. То есть солнечная электростанция на 1 квт (примерно 6,5 м2) требует для своего производства 3900 квт/час (среднегодовое потребление небольшого дома или квартиры), которые отработает только через 3 года. Более того, к примеру, солнечные электростанции китайского производства изготавливаются на заводах, подключенных к ТЭС, то есть для их производства требуются дополнительные выбросы в атмосферу.
Кроме чисто энергетических проблем также появляются экологические вопросы. При производстве кремния (основы для фотоэлектрических элементов) образуются побочные химические вещества, опасные для человека и окружающей среды. Ядохимикаты характерны и для производственного процесса свинцово-кислотных АКБ для СЭС, которые до сих пор распространены в Индии и Китае.
Американские ученые в качестве проблемы даже называют обеспечение достаточного количества воды для мытья панелей, но вряд ли для СЭС потребуется 150 000 м3 воды в сутки — именно столько потребляет средней мощности ТЭС для образования пара и охлаждения системы.
Все указанные выше проблемы носят технический характер и во многом зависят от государства. Если обеспечен полный цикл переработки и утилизации ядохимикатов — влияние на экосистему минимизируется в несколько раз и не идет в сравнение с ТЭС и АЭС, которые отравляют гектары земли и миллионы тонн пресной воды. Кроме того, совершенствуется и сама технология производства — те же тонкопленочные модули требуют при производстве в 10 раз меньше кремния, чем твердотельные аналоги.
Что касается того как солнечная энергия и ее влияние проявляются при производстве энергии , то отмечается 3 отрицательных фактора:
- В местности, где работают солнечные электростанции средняя температура ниже на 5 градусов, чем по региону, что может сказаться на растениях и частично фауне;
- СЭС требуют много земли (в 8 раз больше, чем ТЭС) на производство 1 кВт энергии и часто это земли, на которых обитает флора и фауна. При отсутствии возможности изменить ареал некоторые виды могут пострадать;
- Электростанции-концентраторы убивают отраженными лучами птиц, что наблюдалось в Калифорнии при запуске СЭС на 320 тысяч зеркал.
Но опять же, это характерно только для крупных сетевых электростанций, занимающих большие площади. Применение солнечных модулей на фасадах зданий городов и частных домохозяйств не вызывает таких изменений в экосистеме.
Влияние солнечных коллекторов на окружающую среду
В отличие от солнечных электростанций, по коллекторам столь подробные исследования отсутствуют. Можно отметить, что это безопасная технология, которая оказывает меньше влияния на окружающую среду и вот почему:
- Производство коллекторов требует меньше редкоземельных металлов и опасных химических веществ, необходимых при изготовлении фотоэлектрических элементов;
- Солнечные коллекторы устанавливаются в основном на крышах и фасадах зданий, поэтому не занимают плодородные земли;
- Утилизация трубчатых коллекторов более проста, чем фотоэлектрических модулей — стекло и металл из которых они состоят, легко перерабатываются;
- В отличие от СЭС, коллекторы не концентрируются на большой площади (централизованных коллекторных станций нагрева просто нет) и не могут влиять на экосистему даже на локальном уровне.
Безопасность солнечных коллекторов подтверждается их распространенностью. Так, еще с 80-х в Израиле новые дома в обязательном порядке комплектуются солнечным водонагревателем, с 2006-го коллекторы обязаны устанавливать на новых постройках в Испании, а в Китае уже в 2007-м работало более 60 000 000 этих устройств.
Последствия развития солнечной энергетики: пользы больше чем вреда
Действительно, солнечная энергетика не так “чиста”, как ее пытаются представить производители солнечных панелей и владельцы СЭС, однако данная технология превосходит по экологичности все существующие на данный момент аналоги.
Состоянием на 2013-й год СЭС вырабатывали 160 тВт/ч электроэнергии в год. При генерации такого же количества энергии на традиционных ТЭС в атмосферу уходит порядка 140 000 000 тонн загрязняющих веществ. По прогнозам в 2019-м производительность СЭС возрастет до 390 тВт/часов, а в 2022 до 870 тВт/часов, а это предотвратит выброс еще примерно 700 000 000 тонн загрязняющих веществ в год.
Недостатки, связанные с производственным процессом фотоэлектрических модулей присутствуют, однако:
- Это технологический вопрос, который затрагивает всю сферу производства. Такие вещества как кадмий выделяются и при изготовлении карманных фонариков, но это мало кого беспокоит. По мере открытия новых материалов технология производства будет совершенствоваться, что минимизирует вред производственного процесса;
- Опасные побочные продукты характерны для всех отраслей энергетики. И если в СЭС они генерируются только на стадии производства, то АЭС каждый год оставляют такое количество отработанного топлива (плутония), что его хватило бы на создание примитивного ядерного оружия.
Однако, в отличие от карманных фонариков, компьютеров и АЭС, солнечные электростанции компенсируют выбросы и ядохимикаты за счет чистой генерации энергии. Это подтверждают опубликованные результаты исследований голландских ученых. В них сказано, что СЭС еще в 2011-м выработанной “чистой” энергией компенсировали выбросы, необходимые для их производства. К 2018-му солнечные панели и вовсе позволили снизить общий уровень выбросов в атмосферу.
Поэтому, говоря о солнечной энергетике можно перефразировать Черчилля — это не 100% “чистая” технология, но лучше мы пока не придумали.
Солнечные электростанции – это электростанции с добычей электроэнергии от постоянного источника энергии – Солнца. Сотни тысяч лет Солнце будет отдавало нам свою энергию, и по подсчетам ученых, еще примерно миллион лет это будет происходить. Поэтому получение такой энергии и применение ее в еще одной функции не будет лишним. Главными положительными факторами этой генерации энергетики являются экономическая составляющая, и экологическая. Экономическая заключается в том, что данная энергия бесплатна и неисчерпаема, ее можно получать стабильно и без риска. Экологическая, в свою очередь, – это влияние данных электростанций на окружающую среду. Сейчас мы разберемся как солнечные батареи влияют на экологию планеты.
Влияние солнечных электростанций на окружающую среду
Вопросы экологии последние 20 лет стоит очень остро не только в нашей стране, но и по всей планете. Состояние нашей Земли по экологии – катастрофическое. Ученые ежегодно уменьшают и уменьшают продолжительность жизни нашей планеты, поэтому изобретаются различные выходы улучшения экологической обстановки. Солнечные электростанции – это один из выходов, ведь она совсем не вносит загрязнений в атмосферу, почву, например это делают атомные или гидро электростанции. В Украине эта проблема началась рассматриваться в начале 21 веке, ведь наша территория страны в силу исторических событий брала на себя много экологических катастроф. И восстанавливать экологию – это необходимая задача, но первым этапом этого, составляет остановки ухудшения ситуации.
Солнечные электростанции положительно влияют на экологию благодаря таким фактам:
- Их выделки не требует привлечения экологически опасных веществ;
- Эксплуатация солнечных панелей атмосферу никоим образом не затрагивают, потому, что энергия генерируется с помощью физических процессов без выбросов остаток, наоборот, остатки – и есть полученной электроэнергией;
- Монтаж электростанций не вредит почвы и его поверхности;
- Обслуживание солнечных панелей происходит с помощью простых и безобидных действий, процессов (ремонте, мытья панелей водой);
- Высокий срок служения батарей и их ремонтопригодность положительно влияет на экологию.
Если принимать во внимание замену солнечными электростанциями атомных, то влияние на экологию будет невероятно высок, ведь никаких выбросов в атмосферу не происходит. Газовые и аэрозольные выбросы от атомной электростанции уменьшают срок службы нашей планеты в несколько раз. И поверьте, в других электростанциях, кроме альтернативных, не меньше. Такие выбросы влияют даже на жизнь людей поблизости.
Специалисты Ассоциации США по энергетике в 2018 году опубликовали статью, посвященную именно экологическому воздействию солнечных электростанций. Заключению которой можно с точностью назвать добыча электроэнергии и ее эксплуатации с помощью такого способа – экологически чистым. Только одной проблемой они указали утилизации оборудования использованных фотоэлектронных панелей.
Выработка солнечных панелей происходит из чистых материалов, не вредят экологии, а их работа полностью состоит в генерации солнечной энергии. Технологии достигли такого уровня, что при построении или поиске нового способа получения энергетики в первую очередь должно быть соответствующим экологическим стандартам.
Солнечные электростанции абсолютно экологически чистые и только с позитивом влияют на жизнь людей. Нужно понимать, что данное оборудование – это будущее, которое наступило в мировых государствах – лидерах, и Украина должна перехватывать такие тенденции для того благосостояния Земли.
Мир все больше и больше охватывает лихорадка производства так называемой «зеленой энергии». Государствами выделяются сотни миллиардов долларов на производство и разработку все более совершенных солнечных панелей, но мало кто задумывается, куда же девать отработавшие свой ресурс панели. А вопрос этот на самом деле довольно острый и вот почему.
yandex.ru
Если взглянуть на статистические данные, то уже в 2016 году было более 250 000 метрических тонн отходов солнечных панелей, а по самому скромному прогнозу уже к 2050 году эта цифра может увеличиться до 78 000 000 метрических тонн. Но есть более пессимистический прогноз, который говорит, что с таким большим объемом отходов мы столкнемся уже к 2035 году.
В США уже некоторые столкнулись с проблемой утилизации солнечного мусора. Так обанкротившиеся фирмы SoloPower Systems и Abound Solar Manufacturing обнажило перед жителями калифорнии довольно неприятную картину.
Территории, которые занимали эти фирмы, оказались просто захламлены испорченными и вышедшими из строя панелями. И просто собрать и вывезти на свалку оказалось невозможно, так как в панелях содержится свинец и кадмий.
yandex.ru
Взять и просто переплавить стекло так же нельзя было, так как в результате плавления выделялись все те же вредные вещества. Для того, чтобы очистить эти два полигона пришлось потратить более 3,5 млн. долларов.
На производство солнечных панелей затрачивается огромное количество ресурсов и если сравнить с другими энергетическими областями, то разница будет просто огромна.
Но не стоит также забывать, что солнечные панели выходят из строя не только после длительного срока работы. Они могут быть разрушены и в результате воздействия стихийных бедствий: град, ураган, землетрясение, торнадо, тайфун и т. д.
Например, в 2015 году разыгравшийся торнадо уничтожил около 200 000 панелей на калифорнийской солнечной станции Desert Sunlight Solar Farm. Пуэрториканская солнечная станция, которая вырабатывает около 40% всего электричества острова, была в значительной степени разрушена в результате урагана.
yandex.ru
Странно, но при расчете «солнечных отходов» такие явления вообще не учитываются и никак не входят в статистические отчеты.
Переработкой таких отходов нужно заняться в первую очередь потому, что в панелях содержится очень много довольно токсичных примесей и если панель повреждена, то время и дожди сделают свое дело, а, например, в 1,8 млн. солнечных панелей содержится 45 359 кг кадмия. И кадмий не менее токсичен, чем та же самая ртуть или мышьяк.
yandex.ru
Кроме этого в панелях содержится свинец, который оказывает негативное влияние на нервную систему человека.
Еще одной проблемой является тот факт, что в погоне за прибылью производители панелей все больше снижают содержание серебра в панелях. Да, его содержание незначительно, но оно составляет 47% от стоимости самой панели.
А так как производители уменьшают его содержание, то предприятиям по переработке нужно обрабатывать все большее количество технологического мусора, чтобы выйти в безубыток.
То есть складывается такая ситуация, что гораздо дешевле испорченную или отработавшую свое панель просто выбросить или же закопать.
А ведь утилизация – это очень емкий процесс. По данным Toshiba Environmental Solution для того, чтобы полностью переработать солнечные панели, выпущенные в Японии, к 2020 году потребуется не менее 19 лет круглосуточной работы.
yandex.ru
А ведь к 2034 году планируемая мощность производства «ловцов солнца» увеличится в 80 раз.
Если взглянуть с этой стороны, то не так все радужно в стане “зеленой энергии”, а проблема утилизации уже стоит довольно остро и с каждым годом становится все острее и если не начать решать ее сейчас, то разгребать этот солнечный мусор будет уже другое поколение.
Понравилась статья, тогда оцените ее лайком и спасибо что уделили свое внимание!
Миллиарды киловатт лучистой энергии посылает на Землю Солнце – источник жизни на нашей планете. Использование этой энергии и преобразование в столь необходимое нам электричество решается применением в качестве преобразователей солнечных батарей. Солнечные батареи – один из самых перспективных источников электроэнергии как для промышленных предприятий, так и для бытового использования.
Солнечная батарея (модуль, панель) представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней орбиты атомов полупроводника, создавая при этом достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока. При замыкании цепи возникает электрический ток. Для получения требуемого количества мощности обычно одного или двух элементов недостаточно. Поэтому их объединяют в панели, где соединяют параллельно или последовательно для получения необходимых параметров по току и напряжению. Площадь таких панелей варьируется в диапазоне от нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных метров. При увеличении числа панелей увеличивается и производимая мощность. Эффективность преобразования солнечной энергии в электричество зависит не только от площади батареи, но и от интенсивности солнечного света и угла падения лучей, а значит КПД батареи определяется ее местоположением (географической широтой), погодой, временем года и суток.
Основным достоинством солнечной батареи, как и солнечной энергетики вообще, является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца).
Теоретически признанная экологическая безопасность солнечных батарей увеличивает число потенциальных потребителей солнечной энергии, особенно среди поклонников «зеленых» технологий. Здесь нельзя не отметить, что в производстве фотоэлементов и в используемых для их производства материалах, а также в дополнительном оборудовании для солнечных электростанций (аккумуляторах) зачастую используются токсичные вещества.
Солнечные батареи практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя.
Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик – 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования.
Функционирование солнечных батарей не зависит от технических неполадок энергопоставщиков.
Солнечным батареям не нужно топливо, что дает возможность не зависеть ни от цен на него, ни от проблем с транспортировкой.
Кроме того, солнечные батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от ветровых систем.
Энергия, генерируемая солнечными батареями фактически является бесплатной (одно «но» – все это только после того, как в солнечную энергосистему уже были вложен начальный капитал и она окупилась).
Одним из преимуществ фотоэлектрических систем является модульность. При увеличении энергопотребления и/или финансовых возможностей домовладелец, использующий солнечные батареи в качестве источника электроснабжения, может увеличивать мощность системы за счет добавления дополнительных фотоэлектрических модулей.
Однако, несмотря на весомое количество достоинств, солнечные батареи чаще используют в качестве вспомогательного источника электроснабжения.
Причин для этого несколько и наиболее значимыми из них является высокая стоимость солнечной батареи и недостаточный КПД. В среднем 1 кв. метр площади солнечной батареи прозводит не более 120 Вт полезной мощности. Этой энергии недостаточно даже для работы компьютера. В среднем КПД используемых для электроснабжения зданий солнечных батарей составляет 14%, что меньше КПД традиционных источников энергии.
Высокой стоимостью батарей обусловлен и длительный срок окупаемости, а, следовательно, и высокая цена производимой энергии в течение этого срока. С усовершенствованием существующих технологий и появлением новых разработок этот недостаток постепенно преодолевается. Вообще, солнечные батареи в современных российских условиях – пока еще дорогое удовольствие. На Западе ситуация лучше, благодаря государственным программам поддержки «зеленых» технологий и крупным инвестициям в солнечное производство.
Солнечные батареи малоэффективны в зимнее время, а также при пасмурной и туманной погоде. Зависимость от погодных условий вынуждает использовать солнечные батареи в совокупности с другими альтернативными источниками энергии в составе гибридных систем, а также применять аккумулирующие системы для сохранения энергии на случай непогоды.
Поток солнечной энергии на поверхность земли зависит от географической широты и климата местности. В разных местах земного шара количество солнечной энергии, падающей на землю, может очень сильно разниться.
Для приборов, потребляющих большую мощность, солнечные батареи неприменимы.
Использование энергосистем на основе солнечных батарей требует установки дополнительного оборудования (аккумуляторов, инверторов и т. д.) и наличия вспомогательных помещений для его размещения.
Солнечные электростанции не вырабатывают электроэнергию в ночное время и недостаточно эффективно работают при рассеянном солнечном излучении, по утрам и вечерам. Ориентировка солнечных батарей относительно Солнца, позволяет увеличить генерируемый ими ток, однако ежедневная ориентировка батарей довольно затруднительна. Существующие системы слежения за Солнцем (трекеры) в какой-то степени спасают положение и увеличивают эффективность системы, однако они дороги и требуют технического обслуживания. Поэтому их применение обычно ограничивается крупными энергосистемами. Учитывая, что пик электропотребления приходится на вечерние часы и возможны колебания мощности при изменении погоды необходимо либо использование эффективных электрических аккумуляторов (а это тоже пока является проблемой), либо строительство мощных гидроаккумулирующих станций, также занимающих немалые площади, либо использование концепции водородной энергетики, тоже пока далекой от совершенства. Необходимо отметить, что никель- кадмиевые аккумуляторы плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0° С приводит к значительному понижению их мощности.
Для размещения мощных электростанций промышленного назначения требуются огромные свободные территории. Например, для электростанции мощностью 1 ГВт требуется несколько десятков квадратных километров площади. Эта проблема сейчас успешно решается размещением солнечных батарей на крупных солнечных электростанциях на высоте 1,8 – 2,5 метра, что дает возможность использовать земли под электростанцией для различных сельскохозяйственных нужд, например, выпаса скота. К тому же в мире пока еще достаточно крупных, неосвоенных человеком, территорий (например, пустынь). Применение солнечных аэростатных электростанций также может являться решением проблемы нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции.
Поверхность солнечных панелей нужно периодически очищать от пыли и других загрязнений, что в случае крупных электростанций, занимающих несколько квадратных километров, вызывает определенные сложности.
КПД фотоэлементов уменьшается при их нагреве и, поскольку работают они под разогревающим их солнечным излучением, то возникает насущная необходимость установки систем охлаждения,как правило, водяных.
После 30 лет эксплуатации производительность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.
Существенным недостатком солнечных батарей является наличие ядовитых веществ в составе самих фотоэлементов (свинца, кадмия, галлия, мышьяка и т. д.) и применение токсичных веществ при их производстве, несмотря на экологическую чистоту получаемой при этом электроэнергии. Через 30-50 лет использования батарей неизбежно возникает проблема их утилизации, которая пока еще не разрешена с точки зрения экологии.
Типы солнечных кремниевых батарей.
Различают несколько типов солнечных кремниевых батарей, в зависимости от способа изготовления. Самый эффективный тип солнечных панелей изготавливают из монокристаллического кремния. Помимо незначительного потемнения технологического полимера, являющегося герметиком для пластин, солнечные батареи практически не изменяют своих технологических параметров в течение длительного срока эксплуатации.
Солнечные батареи из поликристаллического кремния имеют максимальный КПД до 15% и срок эксплуатации, приближенный к сроку эксплуатации монокристаллического кремния. Себестоимость поликристаллического кремния незначительно ниже монокристаллического.
При достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Нужно также отметить, что если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.
www.solarbat.info