В чем польза солнечной энергии
Солнечная энергетика – активно развивающееся направление в энергоснабжении частных и общественных зданий. Каковы плюсы и минусы такого природного источника энергии, как солнечное излучение?
Преимущества солнечной энергии
1. Возобновляемость
Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это – возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива – угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться – приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется.
2. Обильность
Потенциал солнечной энергии огромен – поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней.
3. Постоянство
Кроме того, солярная энергия неисчерпаема и постоянна – ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений.
4. Доступность
Помимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира – не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах. Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом.
5. Экологическая чистота
В свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика – это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от невозобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления. Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии – это почти что нулевое воздействие на окружающую среду.
6. Бесшумность
За счет того, что в системах на солнечном ресурсе нет никаких движущихся узлов, как, например, в генераторах, выработка электроэнергии происходит бесшумно.
7. Экономичность, низкие эксплуатационные расходы
Перейдя на солнечные батареи в качестве автономного источника энергии, собственники частых домов получают ощутимую экономию. Немаловажно и то, что обслуживание систем энергоснабжения на солнечных батареях характеризуется низкими затратами – необходимо лишь несколько раз в год подвергать чистке солнечные элементы, а гарантия производителя на них, как правило, составляет 20-25 лет.
8. Обширная область применения
Солнечная энергия обладает широким спектром приложений – это и выработка электроэнергии в регионах, где отсутствует подключение к централизованной системе электроснабжения, и опреснение воды в Африке, и даже снабжение энергией спутников на околоземной орбите. Не напрасно солярную энергию последнее время называют “народной” – это название отражает простоту ее интегрирования в систему электроснабжения дома, как в случае с фотоэлектрическими, так и с тепловыми элементами.
9. Инновационные технологии
С каждым годом технологии в сфере производства солнечных батарей становятся все более совершенными – тонкопленочные модули вводятся непосредственно в строительные материалы еще на этапе возведения сооружений. Японский концерн Sharp – лидер в производстве солнечных панелей, недавно внедрил инновационную систему прозрачных накопительных элементов для оконного остекления. Современные достижения в области нанотехнологий и квантовой физики позволяют говорить о возможном увеличении мощности солнечных панелей в 3 раза.
Недостатки солнечных источников энергии
1. Высокая стоимость
Бытует мнение, что солнечная энергия относится к разряду дорогостоящего ресурса – это, пожалуй, самый спорный вопрос из всех положительных и отрицательных аспектов ее использования. За счет того, что обустройство дома солнечными накопительными элементами обходится в немалую сумму на начальном этапе, многие государства (но пока не Россия) поощряют использование данного экологически чистого источника энергии путем выдачи кредитов и оформления договоров о лизинге.
2. Непостоянство
За счет того, что солнечный свет отсутствует в ночное время, а также в пасмурные и дождливые дни, солнечная энергия не может служить основным источником электроэнергии. Но, по сравнению с ветрогенераторами, это, все-таки, более стабильный вариант.
3. Высокая стоимость аккумулирования энергии
Аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию и сглаживать, в какой-то мере, нестабильность поступления солнечной энергии, отличает высокая цена, доступная не каждому домовладельцу. Упрощает ситуацию тот факт, что пик потребления электроэнергии приходится как раз на светлое время суток.
4. Незначительное загрязнение окружающей среды
Несмотря на то, что по сравнению с производством и переработкой других видов энергоресурсов солнечная энергия наиболее дружественна к природной среде, некоторые технологические процессы изготовления солнечных панелей сопровождаются выбросом парниковых газов, трифторида азота и гексафторида серы.
5. Применение дорогостоящих и редких компонентов
Выпуск тонкопленочных солнечных панелей требует введения теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди индия галлия (CIGS), которые являются редкими и дорогостоящими – это влечет за собой удорожание системы альтернативного энергоснабжения в целом.
6. Малая плотность мощности
Одним из важных параметров источника электроэнергии выступает средняя плотность мощности, измеряемая в Вт/м2 и характеризующая количество энергии, которое можно получить с единицы площади энергоносителя. Данный показатель для солнечного излучения составляет 170 Вт/м2 – это больше, чем у прочих возобновляемых природных ресурсов, но ниже, чем у нефти, газа, угля и в атомной энергетике. По этой причине, для выработки 1 кВт электроэнергии из солнечного тепла требуется значительная площадь солнечных панелей.
Солнце – это природный огромный источник энергии. Внутри этого газового шара ежеминутно протекают сотни различных процессов. Без Солнца невозможна жизнь на Земле, так как оно является источником энергии для всех живых организмов. Все земные природные процессы осуществляются благодаря солнечной энергии. Циркуляция атмосферы, круговорот воды, фотосинтез, теплорегуляция на планете – все это было бы невозможным без Солнца. Использование солнечной энергии на Земле такое же привычное явление, как вдох и выдох для человека. Но оно может дать человечеству еще больше. Его успешно можно использовать для получения промышленной энергии, тепловой или электрической.
Потенциал, которым обладает солнечная энергетика
Разработки по использованию солнечной энергии начались в еще в 20 веке. С тех проведено сотни исследований учеными со всех уголков мира. Ими было доказано, что эффективность использования солнечной энергии может быть очень и очень высокой. Данный источник может обеспечить энергоснабжение на всей планете гораздо лучше, чем все существующие на сегодняшний день ресурсы в совокупности. При этом такой вид энергии является общедоступным и бесплатным.
Использование энергии солнечного света
Запасы природных ископаемых, способных обеспечить энергоснабжение на Земле, сокращаются с каждым днем. Поэтому в настоящее время ведутся активные разработки различных способов использования солнечной энергии. Данный ресурс является отличной альтернативой традиционным источникам. Поэтому исследования в этой сфере невероятно важны для общества.
Достижения, которые существуют на данный момент, дали возможность создать системы использования солнечной энергии, которые делаться на два типа:
- Активные (фотоэлектрические системы, солнечные электростанции и коллекторы).
- Пассивные (подбор стройматериалов и проектировка помещений для максимального применения энергии солнечного света).
Преобразование и использование солнечной энергии таким образом дало возможность применять неиссякаемый ресурс с высокой продуктивностью и окупаемостью.
Принцип работы пассивных систем
Существует несколько видов пассивного использования солнечной энергии. Большинство из них невероятно просты в применении, но при этом достаточно эффективны. Также существуют и более замысловатые варианты, которые помогают получать больше выгоды. Например:
- Первое, что приходит на ум, это емкость, в которой хранится вода. Если покрасить ее в темный оттенок, то таким нехитрым образом солнечная энергия будет преобразовываться в тепловую, и вода будет нагреваться.
- Следующий вариант не под силу выполнить обычному человеку самостоятельно, так как он требует скрупулезного анализа специалиста. Данная технология должна приниматься во внимание еще на этапе проектирования и строительства дома. Основываясь на климатических условиях, здание проектируется таким образом, что само работает как солнечный коллектор. После чего подбираются необходимые материалы, способствующие максимальной аккумуляции энергии солнечных лучей.
Благодаря таким методам становится возможным использование солнечной энергии для отопления и освещения помещений. Также подобные разработки способствуют энергосбережению. Так как подобное проектирование способно не только преобразовывать солнечную энергию, но и сохранять тепло внутри здания, что также позволяет значительно сократить расходы.
Способы активного использования солнечной энергии
Основой данного принципа энергоснабжения являются коллекторы. Такое оборудование поглощает энергию и перерабатывает ее в тепло, с помощью которого можно отапливать дом или подогревать воду, а также преобразовывает солнечную энергию в электрическую. Коллекторы широко применяются как в промышленном объеме, так и на частных участках и сельском хозяйстве.
Помимо коллекторов еще одним оснащением активной системы можно назвать панели с фотоэлементами. Данное устройство позволяет использовать солнечную энергию в быту и в промышленных масштабах. Такие панели очень просты, неприхотливы в обслуживании и долговечны.
Также способом активного применения энергии Солнца являются солнечные электростанции. Они подходят только для масштабного преобразования радиации в тепловую ил электроэнергию. За последние годы они значительно набрали популярность в мире и разработки в этой сфере позволяют расширять возможности и количество таких станций.
Использование солнечной энергии в быту
Говоря о том, что солнечная энергия помогает экономить на применении традиционных ресурсов, стоит заметить, что подобное преимущество станет действительно полезным людям, обладающим своими частными участками. Собственный дом дает возможность установить оборудование для преобразования энергии, которое сможет удовлетворять, даже если и не полностью, хотя бы часть энергетических потребностей. Это поможет значительно снизить потребление централизованного энергоснабжения и уменьшить расходы.
Солнечная энергия – это отличный источник для таких процессов:
- Пассивный обогрев и охлаждение дома.
Не следует забывать о том, что Солнце и так греет все, что существует на Земле, и ваш дом не исключение. Поэтому можно усилить благотворное воздействие, внеся на этапе строительства определенные поправки, и использовав специальные техники. Таким образом, вы получите дом с гораздо более комфортной теплорегуляцией без особых вложений.
- Нагрев воды с помощью солнечной энергии.
Применение энергии солнечных лучей для подогрева воды – это самый простой и дешевый способ, доступный человеку. Подобное оснащение можно купить по адекватным ценам. При этом они смогут окупить себя достаточно быстро, ощутимо снизив расходы на централизованное энергоснабжение.
- Освещение улиц.
Это самый простой и дешевый способ использования солнечной энергии. Специальные устройства, которые поглощают за день солнечную радиацию, а в темное время суток освещают участки, очень популярны среди владельцев частных домов и сейчас.
Как создать источник солнечной энергии своими руками?
Солнечная панель, к сожалению, не отличается всеобщей доступностью. Ее стоимость достаточно высока, но при этом, это удобный и выгодный энергетический ресурс, который успешно можно применять в российских широтах. Но если ваше финансовое положение не позволяет осуществить такую дорогостоящую покупку, вы сможете создать подобные панели самостоятельно.
Как это сделать?
- Первым делом вам будут нужны солнечные фотоэлементы. В среднем для одной панели их понадобится около 36 штук. Лучше выбирать элементы на монокристаллах, так как у них выше коэффициент полезного действия, и срок эксплуатации дольше.
- Сама панель производится из фанерного листа. Из него вырезается днище, размер которого вы определяете, смотря на количество фотоэлементов. Далее панель помещается в рамку из брусков.
- После чего требуется изготовить подложку, на которую будут накладываться фотоэлементы. Это можно сделать из ДВП.
- Далее вам необходимо сделать отверстия. Обязательно проследите, чтобы они были симметричны.
- Далее проводится процедура окрашивания и сушки, которая повторяется два раза.
- После того, как подложка высохнет, на нее выкладываются элементы, и производится распайка. Важный момент – выкладывайте их вверх ногами.
- В конечном этапе фотоэлементы выкладывают рядами, а потом уже соединяют все в комплексы. Все это по итогу крепится с помощью силикона.
Вот таким несложным способом вы можете создать своими руками оборудование, позволяющее использовать солнечную энергию в быту. Немного усилий и терпения, и у вас все получится.
Использование солнечной энергии в России
На каком этапе развития сейчас находится альтернативная энергетика в России? К сожалению, в нынешнее время это происходит на очень низком уровне. Пока страна не воплощает весь существующий потенциал в жизнь. На это имеет достаточно сильное влияние такой аспект, как наличие больших запасов полезных ископаемых, которые используются для традиционного энергоснабжения.
Тем не менее, успешное использование солнечной энергии в России возможно. Благодаря огромной площади, включающей в себя разные климатические зоны и рельеф, страна имеет возможность активно развивать выработку альтернативной энергии. При грамотном и всестороннем подходе можно обеспечивать весомый процент общего энергоснабжения именно с помощью энергии Солнца.
Абсолютно вся энергия, которую вырабатывают современные солнечные батареи, полностью безопасна и надежна. Ведь солнце – это лучший источник природного тепла, за счет чего считается лучшей альтернативой искусственному и дорогостоящему топливу. Использование солнечных батарей позволяет получать неоспоримые преимущества не только для финансовой экономии, но и для сохранности экосистемы.
На сегодняшний день существует 4 основных преимущества перехода на добычу солнечной энергии:
1. Открытие новых, высокооплачиваемых рабочих мест и рост экономики. Использование солнечной энергии, как и других источников природной энергии, позволяет создавать все новые и новые рабочие места. Эксперты провели исследование и установили, что на рынке добычи солнечной энергии работает более 3 млн. человек.
С 2010 году в США более 100 тыс. человек успешно работают в этой сфере. Кроме этого, были созданы высокооплачиваемые рабочие места не только на солнечных электростанциях, но и на производствах и в сфере продаж;
2. Прекрасная возможность замедлить процесс глобального потепления и стремительного загрязнения окружающей среды. Ведь именно солнце способно в полной мере обеспечить человечество необходимой энергией без рисков для здоровья человека и сохранности окружающей среды. К тому же, для работы панелей не нужна подача воды в отличие от добычи промышленного топлива, которое впоследствии негативно влияет на состояние водных ресурсов.
Известным на весь мир департаментом Национальной лаборатории США были проведены исследования воздействия различных источников добычи энергии на человека и окружающую среду. Многолетние наблюдения показали, что если 80% энергии будет поступать из возобновляемых источников, то уже к 2055 году общие показатели выброса в атмосферу разрушающего углекислого газа от выработки электроэнергии будут снижены минимум на 81%. Таким образом, именно солнечная энергия признана лучшим инструментом в борьбе со стремительным глобальным потеплением. Ведь она способна в полной мере заменить прежние углеродоемкие источники тепла, дабы побороть в итоге стремительно развивающийся парниковый эффект;
3. Снижение финансовых затрат на оплате электроэнергии. Каждый новый киловатт добытой энергии влияет на существенное снижение ежемесячного счета за потребляемую электроэнергию, как для обычных граждан, так и для масштабных предприятий.
В 2012 году в исследовательском центре Boston Consulting Group были проведены исследования, в результате которых удалось доказать, что ежегодно средняя стоимость 1 Вт добытой солнечной энергии снижается минимум на 7%. Такая тенденция продлится до 2020 года. А вот уже в конце 2015 года солнечная энергия составила хорошую конкуренцию ископаемому топливу;
4. Доступность оборудования. За последние 12 лет стоимость солнечных панелей и аналогичных форм добычи солнечной энергии существенно снизилась. С каждым годом для этого вида энергии разрабатывают все новые технологические процессы, такие как: фотоэлектричество либо же технология получения тепловой электроэнергии от солнца, обеспечивая тем самым высокую эффективность и доступную стоимость всей системы. К тому же, солнечные технологии по добыче энергии считаются чрезвычайно надежными, не требующими особых навыков обслуживания в процессе эксплуатации.
В недалеком будущем масштабная добыча солнечной энергии может существенно снизить финансовые растраты на транспортировке угля и газа из дальних регионов. К тому же, небольшие села, и поселки смогут беспрерывно пользоваться именно солнечной энергией с тех источников, которые расположены в других районах. Ведь она отличается более устойчивой электрической системой, которая поставляется через электросети на весьма большие географические площади.
В завершении можно сделать главный вывод, что в будущем природные источники энергии вытеснят своих предшественников, вопрос только в том, когда каждый взрослый человек примет для себя решение перейти на более экономичные и экологически чисты источники добычи энергии.
29/05/2017
Человечество все более интенсивно эксплуатирует невозобновляемые источники энергии – нефть, уголь, газ и торф. В недрах земли продолжают образовываться их запасы, но расходуются они гораздо быстрее, при этом добыча полезных ископаемых чревата ухудшением экологической ситуации. Наиболее перспективный выход из тупика – переход к использованию возобновляемых энергетических ресурсов – солнца, ветра и геотермальной энергии, при этом наиболее интенсивно развивается солнечная энергетика, с каждым годом расширяя свою географию.
Чем шире будет применяться солнечная энергия для удовлетворения потребностей человечества в энергии, тем больше у него шансов спасти планету от разрушения. Ниже приведены интересные факты о солнечной энергетике, что поможет оценить весь потенциал отрасли.
Что представляет собой солнечная энергия?
Из всех поставщиков возобновляемой энергии солнечная энергия – самый мощный. Солнце освещает Землю уже миллиарды лет, и для всех форм жизни на планете из всего спектра солнечного излучения наиболее важны свет и тепло. В отличие от невозобновляемых горючих ископаемых, запасы восполняемых источников возобновляются естественно без ограничения их размеров. Первая страница истории солнечной энергетики была написана в 1839 году, и с каждым годом эта история пополняется новыми фактами.
Использование солнечной энергии
Из всех видов энергии солнечная – самая экологически чистая. Использование ее не требует больших капитальных вложений, энергия является фактически дармовой. Недостатком солнечного энергоснабжения является зависимость отдаваемой мощности энергоустановок от географической широты места их установки, времени года, времени суток, облачности, степени загрязнения атмосферы. Но там, где солнечная энергетика успешно внедрена, солнечные лучи нагревают воду, поставляют в дома и офисы тепло и электричество, и сфера применения дешевой энергии только расширяется по мере развития и совершенствования современных технологий.
30 наиболее интересных фактов о солнечной энергетике
- При скорости света 300 тысяч километров в секунду и среднем расстоянии Земли от Солнца 150 миллионов километров, поток солнечной энергии достигает Земли меньше чем за 9 минут. При этом достигающая поверхности Земли лучистая энергия бесплатна, общедоступна и неисчерпаема.
- Хотя мощность достигающей поверхности нашей планеты солнечной энергии существенно зависит от географической широты места установки солнечной станции, современные технологии позволяют эффективно использовать любое ее количество.
- Солнечную энергию можно использовать активно или пассивно. Проектирование строений с учетом климата, соответствующий выбор строительных материалов для использования энергии Солнца для освещения, поставки тепла, циркулирования воздуха в помещениях – все это примеры пассивного пользования солнечной энергией. А вот активное использование предполагает установку фотоэлектрических солнечных панелей и солнечных коллекторов.
- Солнечное излучение частично поглощается земной атмосферой, и наибольшая мощность его фиксируется за пределами атмосферы, составляя 174 петаватта (петаватт – это миллион миллиардов ватт). Поверхности океанов, облаков и суши достигает 70% этой мощности, что в десятки тысяч раз выше мощности всех земных электростанций.
- На Земле вода непрерывно циркулирует между океанами, сушей и атмосферой. Сконденсировавшаяся в облаках влага рано или поздно выпадает на землю в виде осадков. Все эти процессы обусловлены силой тяжести и солнечной энергией, и циркуляция воды позволяет изолировать в пределах планеты часть солнечной энергии.
- Проходящий под влиянием солнечного света фотосинтез в зеленых растениях ведет к накапливанию в них химической энергии. Разложение растений в земных недрах ведет к образованию полезных ископаемых – нефти, угля, торфа и газа, издавна и успешно используемых человечеством как источники тепла, света, а в перспективе и пищи.
- Биоинтенсивное сельское хозяйство использует в 100 раз меньше энергии, чем коммерческое сельское хозяйство, за счет создания смешанных посадок, круглогодичного выращивания специальных культур. Солнечная энергия используется при этом по максимуму.
- Еще наши предки научились подогревать воду на солнце. Там, где солнечное излучение наиболее интенсивно, удается успешно использовать его для нагрева воды и отопления зданий.
- Еще в древности применялись основанные на конвекции воздуха пассивные системы вентиляции и солнечные дымоходы. Основано это применение на том, что под воздействием солнечного тепла вертикальная труба нагревается и наблюдается эффект всасывания воздуха, что используется для охлаждения и проветривания помещений.
- Весьма давно и успешно работают солнечные опреснители морской воды, поставляющие пресную воду сельскому хозяйству, промышленности и жилому сектору.
- Солнечный свет, особенно при наличии в нем ультрафиолета – прекрасный дезинфектор и отбеливатель. На солнце хорошо сушить одежду и постельное белье, что их только освежает.
- На солнце, с использованием концентрирующих солнечное излучение коллекторов, можно готовить, сушить и пастеризовать пищу.
- Энергия солнца может преобразовываться в электрическую энергию прямым путем посредством солнечных элементов (панелей, батарей), и непрямым путем, с промежуточными стадиями преобразования энергии.
- Из биомассы метановым или водородным методом получаются биодизель, биогаз и другие виды углеводородного топлива, успешно используемые в отраслях народного хозяйства. Источником этой энергии является преобразованная посредством фотосинтеза энергия солнечного света.
- Материалы с высокой теплоемкостью (камень, галька, гравий, вода, соль, земля и пр.) позволяют накапливать тепловую энергию солнечного излучения с последующей ее отдачей. Возможно и накопление/отдача тепла при постоянстве температуры (со сменой агрегатного состояния – плавлении, испарении, отвердевании, конденсации).
- После мирового нефтяного кризиса 1973 года наметилась тенденция распространения и внедрения альтернативных источников энергии – геотермальной, ветровой и солнечной энергии.
- Солнечная энергия не связана с какой-либо формой биологической опасности, это наиболее естественный, экологически чистый и простой способ получения энергии; за ней, несомненно, будущее.
- Посредством особых конструкций солнечная энергия преобразуется в электричество или тепло, используемые в дальнейшем в промышленности или быту.
- Особенность солнечной энергии еще и в том, что при ее использовании не нарушается тепловой баланс планеты, не расходуются невосполняемые полезные ископаемые, а окружающей среде не наносится ущерб.
- Из всех возобновляемых источников энергии солнечная – наиболее широко используемый и надежный источник.
- Космическая отрасль невозможна без использования солнечного излучения. Благодаря солнцу работает аппаратура искусственных спутников, космических кораблей и автоматических межпланетных станций.
- В будущем эффективность (или коэффициент полезного действия) солнечных преобразователей будет только увеличиваться вследствие применения нанотехнологий, внедрения современных разработок и результатов научных исследований.
- В перспективе солнечная энергия станет основным источником снабжения энергией земной биосферы.
- Интенсивность солнечного излучения за пределами атмосферы Земли составляет 1366 ватт на квадратный метр.
- Из всех доступных способов получения альтернативной энергии наиболее распространенный – выработка ее на солнечных электростанциях. Самая крупная на Земле солнечная электростанция «Айванпа» площадью 13 кв. км. располагается в Калифорнии в пустыне Мохава. На этой станции производится 30% всей производимой в США термальной энергии.
- Существует и возможность покрывать солнечной энергией временные потребности. Так, защитный чехол смартфона с солнечными элементами полностью обеспечивает его энергетические потребности, существуют рюкзаки с солнечными батареями, солнечные наушники с возможностями беспроводной связью Bluetooth. Через USB-выход подобные устройства позволяют зарядить множество электронных устройств.
- Арифметические калькуляторы с солнечными элементами позволяют полностью избавиться от невозобновляемых химических источников тока (элементов и батарей).
- Солнечные панели и батареи практически не нуждаются в техническом обслуживании.
- Солнечная энергия бесплатна, для ее получения требуются лишь первоначальные затраты на приобретение оборудования. Многие государства стимулируют использование солнечной энергии, приняв соответствующие государственные программы и введя систему налоговых льгот, что существенно экономит средства владельцев солнечных энергоустановок.
- При использовании солнечной энергии исключаются проблемы транспортировки топливных ресурсов, исчезают расходы на их приобретение, при этом солнечная энергия никогда не иссякает и вседоступна.