Солнечная энергия: неисчерпаемая альтернатива

Ф. Топорков
Солнечная энергия – самый распространенный энергетический ресурс на Земле. Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли за один час, примерно такое же, как и количество энергии, расходуемое на всю человеческую деятельность в течение года. В отличие от традиционных источников энергии ее запасы поистине неисчерпаемы.

Прямое преобразование солнечного света в электричество в фотоэлектрических преобразователях (ФЭП) является одной из трех основных активно развивающихся технологий с использованием солнечной энергии, две из которых концентрируют солнечную энергию (concentrating solar power, CSP) и солнечные тепловые коллекторы для отопления и охлаждения (solar thermal collectors, SHC).

Сегодня фотоэлектрические системы (photovoltaic, PV) обеспечивают 0,1% от общего объема производства электроэнергии в мире. Однако фотоэлектрические системы очень быстро развиваются благодаря эффективной энергетической политике некоторых государств Европы, стран Персидского залива и Китая, а также намечающимся трендом сокращения издержек и расходов по строительству солнечных электростанций в сегментах On-Grid и Off-Grid.

Подключенные к общественной сети солнечные установки (On-Grid) работают совместно с другими мощностями по генерации электроэнергии – из возобновляемых и традиционных источников энергии. Можно сказать, что такие PV-станции, в зависимости от установленной мощности, подключены к общей энергосистеме (местной или региональной) и, непосредственно, влияют на генерацию в стране.

Сегмент On-Grid, помимо стандартного набора – солнечные панели, контроллер заряда, батареи, инвертора, блока управления и кабеля, представляет собой совокупность технических средств подключения к государственной электрической сети с возможностью получения денежных средства за подачу выработанной электрической энергии в государственную сеть по «зелёному» тарифу.

Сегмент Off-Grid – это автономные решения, которые решают задачу энергообеспечения там, где нет линий электропередач или они имеют недостаточную мощность. То есть, электрогенерация на установках Off-Grid не охватывается «зеленым» тарифом. Системы Off-Grid всегда имеют те или иные системы хранения электроэнергии (системы аккумуляторов) или системы автономной генерации из другого источника (например, дизель-генераторы). Это позволяет солнечным установкам (вместе с резервным электропитанием) преодолеть присущую суточную и сезонную неравномерность генерируемой мощности.

Обратим внимание, что лишь незначительная часть из 51% падающей на Землю солнечной энергии (см. рис. 1) может быть потенциально использована для генерации экологически чистого электричества [1]. Тем не менее, эта часть настолько огромна, что для всего нынешнего энергопотребления человечества только за счет фотоэлектрических станций понадобится очень небольшая площадь поверхности.TOP_11

Рис. 1. Схематическое представление солнечногоэнергетического бюджета Земли

Журнал «Шпигель» (статья: Parabolspiegel in der Wüste Wie Europa von Kohle und Gas loskommt, автор: Jens Lubbadeh) опубликовал изображение, на какой площади пустыни Сахара уместится PV-станция, работающая по самой распространенной сейчас технологии панелей из кремниевых пластин, мощности которой будет достаточно для удовлетворения всей нынешней потребности всего человечества в энергии. Площадь такой единой «глобальной» PV-станции уместилась бы в «квадратик» 250 × 300 км (см. рис. 2).Top_22

Рис. 2. Размеры площади «условной» PV-станции для удовлетворения нужд в энергии (слева направо): всего мира, 28 стан ЕС, Германии. Размер наибольшего квадрата – 250 × 300 км.

Согласно прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА) в 2030 году фотоэлектрические системы будут обеспечивать 5% мирового потребления электроэнергии, а в 2050 году этот показатель вырастет до 11% [2].

Экологические аспекты использования солнечной энергии и понимание того, что запасы традиционных видов топлива (уголь, газ, нефть) ограничены [3], также стимулируют как крупных инвесторов, так и частных лиц к установке и эксплуатации солнечных элементов генерирования электроэнергии. Сравнение годового мирового потребления энергии с известными используемыми запасами (резервами) полезных ископаемых, а также ядерных источников энергии и годовой потенциал альтернативных возобновляемых источников энергии, представлено на рис. 3.

Объём каждой сферы на рис. 3 представляет общий объём энергии от природных ископаемых и возобновляемых источников энергии в год.

Top_33 Рис.3. Расчётные энергетические резервы возобновляемых и невозобновляемых источников энергии Земли.

На рисунке 2, пунктирной линией вокруг сферы «Уран», представлен ядерный потенциал, который был бы достижим, если бы 100% всех продуктов деления были идеально переработаны. Пунктирная линия вокруг сферы «Геотермальные источники» демонстрирует годовой энергетический потенциал с использованием обычных технологий и технологий будущего. Солнце – наибольший источник энергии для Земли!

Практическое использование солнечной энергии в домохозяйствах, в коммунальном секторе и в промышленности – вопрос не времени, а продуманного инвестирования и диверсифицированного финансирования «умных» энергоэффективных технологий совместно с возобновляемой энергетикой. Важный вопрос – хранение энергии от ВИЭ, полученной на пике генерации и использование ее, когда по естественным причинам выработка возобновляемой энергии периодически уменьшается. В 2016 г. рост вложений в решение этих проблем вырос на 29% до нового глобального рекорда.

Мировой тренд – развитие комбинированных технологий – совместное использование самых экономичных традиционных технологий и возобновляемых источников, в первую очередь солнечных и ветровых генераторов. Уровень инвестиций частного и венчурного капитала в подобные «интеллектуальные» энергетические технологии вырос за прошлый год на 50%. Особенный рост инвестиций наблюдается на глобальном уровне именно в «малые проекты» ВИЭ с установленной мощностью менее 100 кВт. Статистика внедрения солнечных установок в Украине в 2016-2017 гг. подтверждает эту глобальную тенденцию.



Оставьте комментарий