Проблемы с солнечными батареями

Плюсы и минусы солнечной энергии

Как снабжать человечество электроэнергией без вреда для окружающей среды – главный вопрос, которым не так давно задавались современные исследователи. Мы уже научились добывать энергию с помощью сооружения волновых, приливных, геотермальных, ветряных и солнечных электростанций. Прогресс технологий подарил нам уникальную возможность использовать Солнце с помощью установленной системы либо же портативных батарей в индивидуальных целях. В этой статье мы рассмотрим плюсы и минусы солнечной энергии, а также коротко расскажем о том, что собой представляют гелиопанели и где их используют.

Устройство солнечных батарей

Возможность использования солнечной энергии подарила нам такая наука, как гелиоэнергетика. Именно она исследует и разрабатывает устройства, которые занимаются преобразованием излучения Солнца в электрическую и тепловую энергию.

К таким устройствам относится солнечная батарея. Это плоская, с защитным покрытием конструкция из фотоэлементов, являющихся полупроводниками. Они обеспечивают процесс преобразования солнечной энергии в электрическую. Благодаря разнообразию размеров, их применяют в различных сферах жизнедеятельности.

Например, для обеспечения электричеством частного дома потребуется установка, которая включает следующие составляющие:

С помощью инвертора постоянный ток, который создается в ясный день, проходит процесс преобразования в переменный, а далее распределяется на потребителей электричества. Нерасходуемое электричество накапливается в аккумуляторах и используется ночью или в непогоду. Контроллер следит за зарядом аккумуляторов.

Рассмотрим подробно плюсы и минусы солнечных батарей.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

• доступность источника энергии;
• постоянное и независимое энергоснабжение;
• бесплатное потребление;
• экологичность;
• бесшумность;
• высокая износостойкость.

Каждое из этих достоинств мы опишем более подробно.

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть. Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание. Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Недостатки использования солнечных батарей

Солнечная энергия, а именно ее использование, предусматривает также и минусы, не смотря на вышеописанные плюсы.

К недостаткам относят следующие факторы:

• высокая цена;
• низкий КПД;
• большая площадь, занимаемая системой;
• зависимость работы от погодных условий.

Стоимость монтажа системы, которая сможет удовлетворить индивидуальные потребности человека, непомерно высока. Не говоря уже о том, чтобы снабдить электроэнергией целый дом. Это объясняется следующим пунктом.

Низкий КПД

Продуктивность солнечных батарей намного ниже, по сравнению с традиционными источниками электроэнергии. Например, панель средней работоспособности, площадью в 1 м 2 производит мощность около 120 Вт. Этого должно хватить только для зарядки планшета или телефона. Из этого вытекает следующий пункт.

Большая площадь, занимаемая системой

Чтобы обеспечить ваши минимальные потребности в электроэнергии, вам понадобится очень большая площадь. Если, конечно же, речь не идет о зарядке телефонов, планшетов или работы приборов с потреблением низкой мощности.

Зависимость работы от погодных условий

КПД солнечных батарей снижается в пасмурный, облачный день, зимой, при низких температурах и т.д. Ночью, в отсутствие Солнца, источника энергии, производство электричества прекращается. На работу панелей также влияет расположение вашего дома и окон.

Использование солнечной энергии

Помимо удовлетворения индивидуальных запросов потребителей электричества, солнечную энергию используют в различных сферах жизнедеятельности:

1. Авиация. Благодаря солнечной энергии, самолеты могут не расходовать топливо на протяжении некоторого времени.
2. Автомобилестроение. Панели могут использоваться для зарядки электромобилей.
3. Медицина. Благодаря разработкам южнокорейских ученых, мир увидел солнечную батарею, которую используют для приборов, поддерживающих функциональность организма человека, путем вживления под кожу.
4. Космонавтика. Гелиопанели устанавливаются, например, на спутниках и космических телескопах.

Это всего лишь несколько примеров. Кроме этого, солнечные панели широко используют для обеспечения электроэнергией зданий, а также целых населенных пунктов.

Надеемся, что вышеописанные преимущества и недостатки использования солнечных батарей помогут вам определиться с решением, стоит ли вам обратиться к альтернативным источникам энергии.

Источник

Глобальные проблемы солнечной энергетики

Электроэнергетика

78 млн тонн токсичных отходов от отживших свой век солнечных батарей накопится на Земле к 2050 году. Колумнист Forbes и эксперт в области охраны окружающей среды Майкл Шелленбергер уверен: чтобы предотвратить настоящую экологическую катастрофу в будущем, решать эту проблему нужно уже сегодня.

В последние годы всё чаще раздаются вопросы о том, что происходит с солнечными панелями после того, как они отслужат свой срок. На этот счёт можно услышать такие мнения:

«Проблема переработки солнечных панелей встанет в полный рост через 20–30 лет и разрушит окружающую среду, ведь переработать эту гору мусора не так-то просто».

«Это стало проблемой уже сейчас, и ситуация будет только ухудшаться, если солнечная индустрия продолжит развиваться теми же темпами, что и последние 10 лет».

«Наиболее токсичные компоненты солнечных батарей – свинец и кадмий – могут быть полностью вымыты из ячеек за несколько месяцев, например, дождевой водой».

Сделаны ли эти выводы аналитиками правого Heritage Foundation? Или спонсируемыми Koch Industries противниками концепции глобального потепления? Или, быть может, редколлегией Wall Street Journal? Ничего подобного. Эти цитаты принадлежат видному китайскому чиновнику, отвечающему за развитие солнечной энергетики, американскому ветерану солнечной индустрии с 40-летним стажем и учёному Штутгартского института фотовольтаики.

Поскольку не так много журналистов, занимающихся проблемами окружающей среды, готовы написать о ВИЭ хоть что-то плохое, бить тревогу приходится учёным и промышленникам, выпускающим солнечные панели.

«Я работаю в солнечной индустрии с 1976 года и отчасти признаю свою вину, – рассказал изданию Solar Power World владелец консалтинговой компании Solar CowboyZ Сэм Вандерхуф. – Я участвовал в установке миллионов солнечных панелей, и сейчас все они разрушаются».

В 2016 году Международное агентство по возобновляемой энергетике (IRENA) оценило объём отходов от солнечных панелей в 250 тыс. метрических тонн. По мнению экспертов агентства, к 2050 году эта цифра может достичь 78 млн метрических тонн.

Солнечные панели нередко содержат свинец, кадмий и другие токсичные элементы, которые невозможно удалить, не демонтируя саму панель.

«Примерно на 90% фотоэлектрические модули состоят из стекла, – отмечает профессор государственного университета Сан-Хосе Дастин Малвани. – Однако переработать такое стекло обычным способом невозможно из-за присутствующих в нём примесей – пластмассы, свинца, кадмия и сурьмы».

Учёные Института электрической энергии (EPRI) провели исследование по заказу американских энергетических компаний, владеющих СЭС, и пришли к выводу, что «демонтаж (утилизация) солнечных панелей на обычных полигонах нежелателен из-за опасности протекания токсичных веществ в почву».

Правительство Калифорнии активно обсуждает, как удалить отработанные фотоэлектрические элементы с обычных мусорных полигонов, куда они поступали до сих пор. Калифорнийский Департамент по контролю за токсичными веществами (DTSC) в августе прошлого года провёл совместное совещание с представителями компаний, занимающихся переработкой мусора и производством солнечных панелей. На нём чиновники и промышленники в один голос говорили о том, насколько трудно тот или иной тип панелей отнести к опасным или безопасным отходам. В итоге было решено создать базу данных, содержащую информацию о степени токсичности всех известных моделей фотоэлектрических элементов.

Тот факт, что кадмий может быть просто вымыт из солнечных батарей обычной дождевой водой, всё сильнее тревожит американских защитников окружающей среды. Среди них – общественная организация «Обеспокоенные граждане Озера Фоун» из Вирджинии, где планируется построить СЭС площадью 25,7 км².

«Речь идёт почти о 2 млн панелей, содержащих 100 тыс. фунтов кадмия, – говорит экологический активист Шон Фогерти. – Всё это может попасть в почву, например, в результате шторма, торнадо или землетрясения».

Опасения экологов не напрасны: в 2015 году торнадо разрушил 200 тыс. солнечных модулей в южной Калифорнии на СЭС Desert Sunlight. По словам Дастина Малвани, множество токсичных осколков тогда просто смешалось с грунтом и камнями и не было должным образом переработано. Похожая ситуация сложилась в сентябре прошлого года в Пуэрто-Рико, где ураган «Мария» разметал вторую по величине СЭС в стране.

Разрушенная солнечная электростанция в Пуэрто-Рико

Многие отраслевые эксперты настаивают на обязательной переработке солнечных отходов и их последующем использовании. Основной вывод в отчете IRENA 2016 годасостоял в том, что «если систематически возвращать утилизированные и восстановленные компоненты панелей к жизни, к 2050 году мировая экономика дополнительно получит $15 млрд».

Однако исследование не содержит сравнения стоимости восстановленных материалов с затратами на новые компоненты СЭС. К тому же эксперты агентства признали, что сама по себе доступность сырья для панелей не будет проблемой в ближайшей перспективе.

Нынешняя стоимость переработки превосходит будущие доходы от восстановленных материалов – именно поэтому солнечные панели по большей части заканчивают свой жизненный цикл на обычной свалке.

«Если фабрики по переработке будут действовать строго по инструкции, их конечная продукция будет намного дороже вновь добытого сырья», – рассказал руководитель перерабатывающей компании Nanjing Fangrun Materials Тиан Мин в интервью изданию The South China Morning Post.

Кто заплатит за переработку?

В 2012 году компания First Solar прекратила перечислять часть от прибыли в Фонд долгосрочного управления отходами.

«Потребители могут воспользоваться нашими услугами, когда их панели отслужат свой срок, – прокомментировал это решение пресс-секретарь компании. – Мы эти панели переработаем, а они за это заплатят». Или не заплатят.

«Рыночные методы тут не сработают, процедура должна быть отрегулирована законодательно, – убеждена технический руководитель по солнечной энергетике Исследовательского института электрической энергии (EPRI) Кара Либби.

В июле прошлого года Вашингтон стал первым штатом США, потребовавшим от производителей солнечных панелей разработать план их переработки. В то же время законодатели не стали настаивать на том, чтобы сами компании за эту переработку и платили.

«В написании этого закона помогала компания Itek Energy, выпускающая солнечные панели», – отмечает издание Solar Power World.

«Обременение производителей строительством перерабатывающих центров или хранилищ для солнечных модулей во многих случаях может привести к финансовому краху этих компаний», – увереныв компании Milliman, предоставляющей актуарные и страховые услуги.

Финансирование затрат на переработку фотоэлектрических модулей за счёт текущих прибылей их производителей нельзя признать устойчивым решением, ведь когда темпы роста отрасли снизятся, эти издержки лягут на компании непереносимым бременем. В конечном счёте эту проблему всё равно придётся решать обществу.

Исследователи Штутгартского института фотовольтаики также выражают озабоченность ситуацией, складывающейся в бедных и развивающихся странах, где попросту нет инфраструктуры для переработки токсичных отходов.

«Это особенно актуально для так называемого глобального юга, который сама природа подталкивает к строительству СЭС», – пишут учёные.

Отношение к проблеме некоторых китайских мусоропереработчиков только подтверждает озабоченность экспертного сообщества.

«Мы можем перепродать их (панели) куда-нибудь на Ближний Восток, – признавалсяодин из «мусорщиков» Поднебесной изданию South China Morning News. – Наши покупатели там ясно дали понять, что им нужны не суперэффективные или современные, а дешёвые панели. В результате все будут довольны».

Иными словами, множество фирм могут рекламировать себя как переработчиков солнечных панелей, а на самом деле просто перепродавать отработанные модули в развивающиеся страны.

По данным доклада, подготовленного в рамках Программы ООН по защите окружающей среды в 2015 году, от 60 до 90% всех электронных отходов, включая лучевые трубки, батареи питания и пластиковые корпуса, незаконно перевозятся и складируются в беднейших странах.

Основная проблема солнечных отходов в том, что их слишком много. Для СЭС нужны сотни тысяч фотоэлектрических панелей, и по физическим причинам эта ситуация в обозримом будущем не изменится.

Солнечная энергетика требует в 15 раз больше материалов, чем ядерная

Переработка этой лавины из стекла, свинца, кадмия требует согласованных действий на международном, национальном и местном уровнях. Первым шагом на пути к решению проблемы могло бы стать введение дополнительного налога на солнечные панели. Поступающие таким образом средства следует перечислять в специальных фонд, из которого национальные и локальные правительства впоследствии будут финансировать переработку или долгосрочное хранение солнечных отходов.

Во-вторых, федеральное правительство должно поощрять граждан, контролирующих соблюдение законодательства в сфере эксплуатации, хранения и переработки солнечных батарей, с тем чтобы отработавшие панели не оказывались на обычных полигонах.

В-третьих, ответственным структурам ООН (Программа по защите окружающей среды, Глобальное партнёрство по управлению отходами) следует более внимательно отслеживать движение электронных отходов и стимулировать страны, импортирующие использованные солнечные батареи, к введению дополнительного налога на их переработку.

Безусловно, организовать всё это непросто, тем более что капитаны солнечной индустрии наверняка будут вставлять палки в колёса. Они будут справедливо указывать на то, что в мире полно и другого электронного мусора. На это можно возразить, что многие современные виды электронных отходов, например смартфоны iPhone, обладают заменяемыми частями (GPS-модулями, стереосистемами) и тем самым снижают свою долю в общем мусорном потоке. При этом ни одна другая отрасль электронной промышленности, кроме производства солнечных батарей, не притворяется экологически чистой.

«Если проблема отходов не будет превентивно решена, солнечная промышленность рискует повторить разрушительные для окружающей среды ошибки электронной индустрии, – предупреждает Дастин Малвани. – Если же производители солнечных батарей будут действовать предусмотрительно, это может привести к созданию целого ряда прорывных технологий, включая фотоэлектрические модули без вредоносных элементов и переработку редкоземельных металлов».

Источник