Солнечная радиация - это неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой энергии. Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах.
Сфера применения энергии солнца очень обширна, и с каждым годом она становится всё больше. Так, еще совсем недавно дачный душ с солнечным нагревателем воспринимался как нечто необыкновенное, а возможность использования солнечного света для домашних электросетей и вовсе казалась фантастикой. Сегодня же никого не удивишь не только автономной гелиостанцией, но и мобильными зарядками на солнечных батареях и даже мелкой техникой (например, часами), работающей на фотогальваническом эффекте.
Вообще же использование солнечной энергии очень востребовано в таких областях, как: сельское хозяйство; энергоснабжение санаториев и пансионатов; космическая отрасль; природоохранная деятельность и экотуризм; электрификация отдалённых и сложно доступных регионов; уличное, садовое и декоративное освещение; сфера ЖКХ (ГВС, придомовое освещение); мобильная техника (гаджеты и зарядные модули на солнечных батареях).
(В кратце)Солнечные элементы как источник энергии могут применяться:
- в промышленности (авиапромышленность, автомобилестроение и т.п.),
- в сельском хозяйстве,
- в бытовой сфере,
- в строительной сфере (например, эко-дома),
- на солнечных электростанциях,
- в автономных системах видеонаблюдения,
- в автономных системах освещения,
- в космической отрасли.
Гелиоэнергетика активно применяется не только для частных домов, но и для городских строений. Как человек использует солнечную энергию в мегаполисах, догадаться несложно. Она также применяется для обогрева и ГВС зданий, причём нередко – целых кварталов.
В последние годы активно развиваются и воплощаются концепции экодомов, полностью работающих на альтернативных источниках энергии. В них используются комбинированные системы, обеспечивающие эффективное получение солнечной, ветровой и тепловой энергии земли. Нередко такие дома не только целиком покрывают свои энергетические нужды, но и передают излишки в городские сети. Причём совсем недавно проекты таких эко - зданий появились и в России.
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.
Топ 10 стран, использующие энергию Солнца: Самые развитые страны нашей планеты уже давно поняли, что пора прибегать к неисчерпаемым альтернативным источникам энергии, в частности эффективно использовать солнечную энергию. Среди подобных стран, можно перечислить десять самых основных, то есть лидирующих стран по использованию солнечной энергии. Это Германия, Италия, Япония, США, Испания, Китай, Франция, Чехия, Бельгия и Австралия.
Все эти страны уже не один год используют все преимущества преобразования солнечной энергии в электрическую. Большинство этих стран имеют собственные огромные солнечный заводы, где вырабатывается необходимое для страны "топливо", то есть электроэнергия из преобразованной солнечной энергии.
Бесспорным мировым лидером по использованию солнечной энергии и выработке электроэнергии на ее базе является Германия. К 2050 году Германия планирует 100% обеспечить нужды страны в электроэнергии на базе одних лишь фотовольтаичных панелей и других солнечных инсталляций.
Остальные страны из этой десятки, хоть и немного отстают от Германии по преобразованию солнечной энергии в электрическую, но все же также в ближайшие годы планируют постепенно покрывать все свои нужды в электричестве за счет исключительно солнечной энергии, тем более, что все эти страны просто залиты Солнцем и не использовать этот неисчерпаемый источник энергии было бы просто глупо.
(Более подробно по странам):
1.Германия
Установленная мощность: 35,3 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 25,5%
Германия уже который год является «флагманом» мировой солнечной энергетики, однако в 2013 году рост мощностей в стране был минимальным. Связано это с сокращением государственных дотаций производителям солнечной энергии. Впрочем, планов к 2050 году вырабатывать 80% потребляемой энергии с помощью возобновляемых источников энергии руководство страны не отменяет. Уникальной особенностью производства солнечной энергии в Германии является то, что 90% всех панелей расположены на крышах домов. Кроме того, половина солнечных электростанций принадлежит частным лицам, а не генерирующим компаниям.
2.Китай
Установленная мощность: 19,9 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 14,3%
В 2013 году Китай совершил настоящий прорыв в использовании солнечной энергетики, заняв первое место в мире по суммарному увеличению мощности (12,9 ГВт). Этого удалось достичь благодаря огромным капиталовложениям в высокотехнологичное производство. Планы руководства КНР на 2015 год еще более амбициозны: довести мощность солнечных электростанций до 35 ГВт.
3.Италия
Установленная мощность: 17,5 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 12,5%
Бум солнечной энергетики в стране начался в 2003 году. Ежегодные дотации в эту отрасль доходили до 10 млрд евро, что делало их самыми большими в мире. С 2005 по 2010 год в Италии законодательно субсидировалась электроэнергия, вырабатываемая с помощью солнечных станций. В последний год темпы роста существенно снизились, но Италия по-прежнему остается одним из главных производителей солнечной энергии, обеспечивая с ее помощью
7% потребностей страны в электроэнергии.
4.Япония
Установленная мощность: 13,5 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 9,7%
После аварии на АЭС Фукусима Япония взяла курс на развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ). В 2011 году был принят закон, по которому энергетические компании обязали в течение 20 лет закупать электричество, полученное с помощью ВИЭ. К 2020 году в планах Страны восходящего солнца довести мощность солнечных электростанций до 28 ГВт.
5.США
Установленная мощность: 12,2 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 8,7%
США являются лидером в области финансирования исследований солнечной энергии. Кроме того, производители электроэнергии из ВИЭ пользуются широкой государственной поддержкой. Согласно оценкам Министерства энергетики США, на солнечную энергию к 2050 году будет приходиться 27% всей вырабатываемой страной электроэнергии (сейчас 1%).
6.Испания
Установленная мощность: 5,3 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 3,8%
Отличные погодные условия и щедрые государственные субсидии сделали Испанию одной из самых привлекательных стран Европы в плане развития солнечной энергетики. Сейчас на ее долю приходится 3% всей потребляемой в стране электроэнергии. Впрочем, в последние годы рост мощностей солнечных электростанций сильно замедлился из-за снижения правительственной поддержки и неблагоприятной экономической ситуации в стране.
7.Франция
Установленная мощность: 4,6 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 3,3%
Большинство солнечной энергии во Франции производится на небольших установках, подключенных к электрической сети. Согласно Национальному плану развития ВИЭ Франция к 2015 году планировала довести мощность солнечных электростанций до 3000 МВт и к 2020 году до 5400 МВт. Первая часть задуманного была с успехом реализована еще в 2012 году.
8.Великобритания
Установленная мощность: 3,4 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 2,4%
Великобритания является одной из немногих стран Европы, которая за последний год увеличила темпы развития солнечной энергетики. В 2014 году в стране была принята «Стратегия развития солнечной энергетики», по которой к 2020 году планируется довести мощность солнечных электростанций до 20 ГВт.
9.Австралия
Установленная мощность: 3,2 ГВт
Доля в общемировой солнечной генерации: 2,3%
Несмотря на благоприятные для развития солнечной энергетики климатические условия, в Австралии она находится в зачаточном состоянии. Первая солнечная электростанция промышленных масштабов начала работу лишь в 2011 году. Однако в последние годы благодаря государственной поддержке солнечная энергетика в стране развивается быстрыми темпами.
10.Бельгия
Установленная мощность: 2,8 ГВт
Доля в общемировой генерации: 2%
В планах Бельгии к 2025 году полностью отказаться от ядерной энергии, сосредоточившись на возобновляемых источниках. Большая роль в этом отводится развитию солнечной энергетики.