Почему у нас не используются солнечные батареи

Вредны ли солнечные батареи?

В мире сокращается запас природных ископаемых для производства электричества. В поисках

альтернативных источников энергии человечество давно обратило свой интерес к Солнцу. Ежедневно Земля получает огромное количество солнечной энергии — 173000 Тераватта. Это в 10000 раз больше всей электроэнергии, потребляемой населением планеты. Но для ее преобразования нужно специальное оборудование.

Существующие способы использования солнечной энергии для получения электричества и тепла.

1. Применение систем солнечных батарей и электростанций;
2. Использование коллекторов, нагреваемых солнечными лучами, для использования разогретой воды в отоплении и электрогенераторах;
3. Термовоздушные электростанции, преобразующие солнечную энергию для раскручивания турбогенераторов;
4. Аэростатные солнечные электростанции.

Солнечная энергия доступна и бесплатна, ее не нужно добывать, она неисчерпаема. Но есть у гелиоэнергетики и недостатки.

Недостатки использования солнечной энергии

• Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие;
• В пасмурные дни и ночью солнечная энергия недоступна;
• Необходимость использования больших площадей под солнечные источники энергии;
• Содержание токсичных веществ в фотоэлементах;
• Низкий КПД солнечных батарей, среднее значение эффективности не превышает 20%;
• Высокая стоимость солнечных фотоэлементов;
• Поверхность солнечных панелей и зеркал (для термовоздушных ЭС) нужно очищать от попадающих загрязнений;
• При нагреве солнечных элементов, значительно падает эффективность их работы;
• Сложная утилизация солнечных панелей.

Несмотря на имеющиеся недостатки, солнечная энергетика является самой быстрорастущей альтернативной энергетической отраслью, она составляет лишь 1% энергии, используемой сегодня. Но, по оценкам Международного энергетического агентства, солнечная энергия может обеспечить 20-25% глобальной энергии к 2050 году.

Создание солнечных батарей

Солнечные батареи – относительно новая технология получения электрической и тепловой энергии, берущая свое начало с 70-х годов прошлого столетия. Но человечество научилось пользоваться силой Солнца уже очень давно. Еще древние греки и римляне использовали энергию Солнца для получения огня с помощью увеличительного стекла и специально изогнутых зеркал. Так они могли зажигать факелы для религиозных ритуалов, и даже топить корабли врагов. Направляя зеркала под определенным углом, подогревали воду в термах и освещали темные помещения.

Создатель солнечных панелей Беккерель

В 1839 году французский ученый Беккерель обнаружил фотогальванический эффект. Экспериментируя с электролитами он заметил, что больше электричества было произведено, если гальванические элементы были подвержены солнечному свету.

Процесс создания и первые прототипы солнечных панелей

Первая солнечная батарея, похожая на современную, была выпущена в 1908 году, через 3 года после публикации статьи о фотоэлектрическом эффекте, за которую Эйнштейн получил Нобелевскую премию. В 1954 году был создан первый кремниевый фотогальванический элемент. В 1970 году была введена менее дорогая версия кремниевого солнечного элемента, что ознаменовало начало коммерциализации солнечных батарей. С начала 2000 годов, ученые сосредоточили внимание на способах сделать солнечные панели более эффективными и удобными. В результате технология стала более доступной для всех. Конечная цель — сделать солнечную энергию столь недоргой, как традиционные источники энергии, поскольку она по-прежнему недостаточно конкурентоспособна.

Производство и утилизация солнечных панелей

Производство солнечных панелей является энергоемким процессом. В настоящее время большая часть энергии, используемой для создания солнечных панелей, связана с переработкой ископаемого сырья, поэтому даже производство этих экологически полезных продуктов может способствовать загрязнению и глобальному потеплению.

Приблизительно 600 кВтч энергии используется для производства каждого квадратного метра солнечных батарей, чего достаточно для освещения 1000 лампочек мощностью 60 Вт в течение десяти часов. Средняя энергосистема использует около двух или трех панелей, каждая из которых имеет площадь около 2 м2. При установке в выгодном месте солнечная панель может производить до 200 кВтч на квадратный метр электроэнергии в год. Поэтому энергия, используемая в процессе производства панели, компенсируется только через несколько лет эксплуатации.

Исходным материалом для изготовления солнечных батарей служит трихлорсилан, ядовитый и взрывоопасный продукт. При его перегонке и восстановлении при помощи водорода, получают чистый кремний. Побочным продуктом, на этом этапе производства, является соляная кислота. Далее, кремний плавят и получают слитки, из которых делают элементы солнечных батарей.

Для производства солнечных панелей требуется использование многих опасных химических веществ. Яды, такие как мышьяк, хром и ртуть, также являются побочными продуктами производственного процесса. Эти химические вещества могут нанести серьезный ущерб окружающей среде, если их правильно не утилизировать.

Утилизация вредных элементов солнечных панелей должна сопровождаться специалистами по переработке

При соблюдении технологий улавливания и очистки токсичных газов и жидкостей, производство не будет вредным, но часто, особенно в развивающихся странах, такое оборудование не устанавливается на предприятиях, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Энергия, используемая в производстве солнечных панелей, не является единственной энергетической затратой. Необходимо также учитывать энергию, используемую для их транспортировки, особенно если панели импортируются из другой части мира. Утилизация солнечных батарей — большая проблема. Многие из материалов, используемых для их изготовления, трудно перерабатывать, а сам процесс рециркуляции требует большого количества энергии.

Вред экологии

Несмотря на экологическую безвредность применения солнечных батарей, их производство и утилизация может навредить окружающей среде и здоровью людей. Солнечные панели содержат металлы, такие как свинец, медь, галлий и кадмий, синтетические материалы. Их основа изготавливается из алюминия. Все это требует грамотной утилизации. Также, размещенные на больших площадях, они могут влиять на климат, нарушая естественный температурный режим.

Само производство фотоэлементов и панелей является химически грязным. Стоки и отработанные газы пагубно влияют на экологию. Земля, вода и воздух могут содержать вредные вещества, что является угрозой для всего живого вокруг этих предприятий.

Так стоит ли причислять солнечные панели к предметам причиняющим вред экологии?

Количество солнечных электростанций растет. Если технологии не будут развиваться в сторону наименьшего причинения вреда планете и людям, человечество ждет еще одна рукотворная экологическая проблема.

Источник

Солнце и предубеждение: почему солнечная энергетика не приживается в России?

В начале февраля 2019 года в Госдуме прошел первое чтение законопроект, который разрешает частным владельцам солнечных панелей сдавать излишки полученной электроэнергии и экономить на оплате счетов. Для остального мира это давно не новость. Например, в Германии аналогичный закон был принят 28 лет назад и сейчас наравне с физлицами дает преференции даже владельцам коммерческой недвижимости.

Рынок альтернативной энергетики растет. По данным аналитиков SolarPower Europe и PV Market Alliance, в минувшем году в мире было возведено порядка 104,1 ГВт солнечных электростанций. Это на 5% больше показателя 2017 года.

Европейский рынок вырос еще внушительнее. В 2018 году в странах ЕС появилось на 36% больше солнечных электростанций, чем годом ранее. Лидером стала Германия, которая ввела в строй порядка 3 ГВт станций. За ней следуют Турция, Нидерланды и Франция.

Растущий спрос на новые технологии объясним: солнечная энергетика сегодня стоит дешевле, чем другие источники энергии. Чтобы не быть голословным, приведем результаты недавнего тендера на строительство солнечного парка в Саудовской Аравии. По его результатам победила местная компания, предложившая цену в 2,36 цента за кВт/ч. (эквивалентно 1,56 рубля). При этом цена для покупателей будет зафиксирована на 25 лет. Для сравнения, в Москве потребитель платит за электроэнергию в 3,5 раза больше (5,47 руб./кВт.ч), в Краснодарском крае — в 3 раза (4,69 руб./кВт.ч), в Омской области — в 2,5 раза (3,92 руб./кВт.ч). И это без учета дополнительных затрат на получение технических условий (ТУ) на подключение здания, а также скорости возведения станции.

Почему солнечную энергетику выбирают в странах мира

За исключением России, спрос на солнечные панели примерно одинаковый по всему миру. Однако причины его возникновения везде разные.

В Африке спрос обусловлен недостатком ресурсов, обилием солнца и отсутствием энергетической инфраструктуры как таковой. Строительство солнечной электростанции с нуля в сравнении с традиционными тепловыми электростанциями обходится дешевле настолько, что поддерживается даже на уровне госпрограмм.

В странах Европы, Америки и Азии дела обстоят иначе, и спрос подталкивают уже высокая стоимость электроэнергии и стремление сократить операционные расходы. Например, в Германии киловатт-час обойдется владельцу недвижимости в 30 центов (19,8 руб.), в США — от 9 до 30 центов (от 5,9 до 19,8 руб.), в Японии — 26 центов (17,2 руб.) При таких ценах инвестиции в солнечные панели окупаются за 2-3 года и позволяют владельцам получить требуемую мощность для своего здания.

Ускорить возврат инвестиций в энергообеспечение недвижимости помогают и системы накопления энергии на базе Li-ion- аккумуляторов. Эти батареи могут использоваться даже без солнечных панелей, исключительно для компенсации мощности в часы пиковых нагрузок. В течение ночи аккумуляторы заряжаются от сети по низкому тарифу, а затем используются днем, когда киловатт-час обходится дороже.

Увеличивать площадь участка или недвижимости для установки солнечных панелей и аккумуляторов не нужно, поскольку в мире есть масса решений, интегрирующих их в элементы здания. Уже сейчас при строительстве объектов недвижимости используются разноцветные фасады и кровли, которые вместе с основным предназначением генерируют электроэнергию. Из таких материалов два года назад был построен кампус международной школы в Копенгагене общей площадью 6048 квадратных метров. А к 2020 году солнечные электростанции на кровле двух логистических центров установит автоконцерн Audi.

А как в России?

Как мы увидели, в мире уже давно идут по пути локальной генерации, в то время как Россия до сих пор централизованно производит тепло и электроэнергию, доставляя ее через полстраны. За неимением других решений в XX веке это было оправдано. Но сейчас, когда энергоресурсы продолжают дорожать, а компании по всему миру питают здания от солнечных панелей, происходящее в России вызывает недоумение.

В своей практике участники рынка солнечной энергетики сталкиваются с противодействием на каждом этапе работы, но не со стороны собственников недвижимости, а со стороны тех, кто отвечает за исполнение: энергетиков, проектировщиков, монтажников. Основная причина — недостаточная компетентность технических специалистов в России, большинство из которых до сих пор живут в парадигме той информации, которую усвоили в вузах 20-30 лет назад.

Вот некоторые из их заблуждений:

Стереотип №1: «Пока это стоит дорого»

Так можно было сказать в 80-е. Сегодня же солнечная энергетика стоит дешевле традиционных источников энергии, а операционные затраты стремятся к нулю. В этом вы могли убедиться выше.

Стереотип №2 «В России мало солнца»

Правда заключается в том, что в России гораздо больше солнца, чем во многих странах Европы, в частности в Германии. Например, в Воронежской, Челябинской, Новосибирской области и Хабаровском крае солнечная электростанция с правильным углом наклона выдаст порядка 1150 кВт*ч на 1 киловатт установленной мощности в год. В Ростовской области, Краснодарском крае или на Дальнем Востоке этот показатель уже 1300 кВт*ч на 1 кВт, что сопоставимо с Болгарией, Испанией и Францией.

Стереотип №3 «Это опасно и неизвестно»

Мировой опыт показывает, что в применении солнечной энергетики заинтересованы собственники: они экономят свои деньги. В России же сегодня позиция большинства отвечающих за это главных энергетиков простая: «Вы эти буржуйские штучки бросьте! Я не знаю, что это такое, и на себя ответственность не возьму». Тем не менее объекты, где используется солнечная энергетика, в России есть.

В качестве примера можно привести завод L’Oréal в Калужской области. Здание оборудовано солнечной электростанцией мощностью 500 киловатт. Еще один пример из нашей практики — солнечная электростанция мощностью 200 кВт для коммерческого объекта сельскохозяйственного назначения в Краснодарском крае. Огромную роль в принятии решения на этом объекте сыграла осведомленность главного энергетика о принципах работы солнечного оборудования, а также позиция собственника, бизнес которого работает по всему миру.

Что поможет изменить ситуацию?

Как мы смогли убедиться, даже если завтра Госдума разрешит сдавать излишки солнечной электроэнергии, перспективы этого сектора в России туманны. И они останутся таковыми до тех пор, пока не будут решены две проблемы:

1. Энергетики и главные инженеры проектов должны быть погружены в общемировую коммуникационную среду и знать английский. С этим у многих проблемы — они читают лишь ту информацию, что есть на русском языке, а ее актуальность весьма сомнительна.

2. Должно прийти новое поколение молодых энергетиков и главных инженеров проекта. Принципиально важно, чтобы это поколение не обучалось у специалистов старой закалки, знало английский, бывало на проектах за границей и интересовалось новыми технологиями. Зачастую приехавшие на стажировку выпускники иностранных вузов знают о технологиях в современной энергетике больше, чем специалисты, проработавшие в России десятки лет.

Пойдут ли наши соотечественники по этому пути? Для перспектив солнечной энергетики в России это вопрос первостепенной важности.

Источник