Енергозбереження. Сонячна енергетика

Проблеми енергозбереження, ефективного використання енергії сьогодні, як ніколи актуальні. В Україні зростають тарифи на комунальні послуги і кожен споживач змушений заощаджувати тепло, воду, а отже і кошти. Аби йти в ногу з часом і використовувати передові технології ми розпочинаємо цикл публікацій про енергозбереження, альтернативні види енергії та ощадливість. Це не просто модна тема — настав час насправді економити. Ми не тільки збережемо кошти, а й нашу планету, бо використовуючи менше енергії, ми будемо менше забруднювати природу.

Отже, з чого все починається? З Сонця. Саме завдяки сонячній енергії на Землі утворилися корисні копалини, які людство вже більше ста років успішно видобуває і спалює. Існуюча система енергетики у світових масштабах на 90% використовує енергію невідновлювальних джерел: вугілля, нафти, газу і лише на 10% гідро на інші джерела енергії. Якщо таке використання буде продовжуватися і далі, то за найоптимістичнішими прогнозами ресурсів вистачить на 100 — 120 років. А шкода, завдана озоновому шару та глобальне потепління зроблять життя на планеті Земля просто нестерпним ще швидше. Саме тому використання альтернативних джерел енергії стає все більш популярним у багатьох країнах. Уряди підтримують програми, спрямовані на заміщення використання невідновлювальних джерел енергії.

Сьогодні ми розглянемо лише першоджерело — сонячну енергетику. Інші відновлювальні джерела проаналізуємо в наступних публікаціях. Отож, що таке сонячна енергетика. Однією з найбільш цікавих її складових є пряме перетворення сонячної енергії у електричну. І тут розпочинається фізика: сонячне випромінювання дуже інтенсивне. Відома так звана «сонячна стала» — величина сонячного випромінювання біля поверхні земної кулі до входу атмосферу. Вона дорівнює 1360Вт/м.кв.,  але після входу в атмосферу Землі сонячне випромінювання поглинається частинками самої атмосфери: озоном, парою, вуглекислим газом. До земної поверхні доходить випромінювання зі зміненим спектром та меншою інтенсивністю. Саме це зумовлює природні умови та клімат. І саме цю вже зменшену енергію сонця потрібно перетворити у електричну, оскільки це найбільш доцільно для людства.

На допомогу приходить явище, яке дістало назву фотоефект. Воно відоме науці давно — відкривачем фотоефекту був Генріх Герц, а основи теорії фотоефекту заклав Альберт Ейнштейн ще у далекому 1905 році. І тільки в наш час людство спромоглося використовувати ці корисні відкриття за призначенням.

Сама суть відкриття доволі проста: кванти сонячного світла поглинаються у напівпровіднику і створюють електрони у зоні провідності та дірки у валентній зоні. Але це відбувається лише за умови, коли енергія кванту світла буде більшою, ніж ширина забороненої зони напівпровідника, а сам напівпровідник має мати pn перехід в контакті метал – напівпровідник при двох різних напівпровідниках. Ця структура дістала назву гетероперехід. Оце і є найпростіша сонячна батарея. При чому її потужність залежить від кількості фотонів сонячного світла і ширини забороненої зони напівпровідника. Чим більша кількість перших і менше значення останньої, тим більша потужність буде у сонячного елемента. Ідеальним напівпровідником, який відповідає таким характеристикам є арсенід галію. Але його практичне використання надто дороге для виробництва сонячних елементів. Тому вирішили використовувати кремній, який хоч і має гірші характеристики, проте значно дешевший. Сьогодні доля використання кремнію у сонячній енергетиці становить 90%. Але все ж конструкція сучасних сонячних батарей дещо складніше від тої, яку описував Ейнштейн. Їх виготовляють на основі монокристалу кремнію, але вводять додаткові елементи: втравлюють мікронні піраміди для розподілу світла, або покривають відбиваючими діелектричними сумішами. Все це зумовлює ціну такого приладу. Звичайно, вона поки що залишається високою, а виробництво електроенергії з відновлювальних джерел дешевшим.

Існує ще ряд невирішених проблем у використанні сонячних батарей. Основна з них це місце. Зрозуміло, що чим більше площа сонячного елементу, тим більшу потужність він здатен розвинути, особливо у наших помірних широтах, де кількість сонячного світла не є такою великою, як скажімо у екваторіальній області. Саме тому для нарощування необхідної потужності потрібно збільшувати площу самих елементів, а це додаткові витрати, зумовлені не тільки вартістю самих сонячних батарей, але й організацією площі, на які вони будуть розміщені. Друга проблема в суто бюрократична: власники міні сонячних електростанцій змогли б віддавати надлишок енергії в загальну мережу. Цей надлишок з‛являється в моменти максимального сонячного світла, тобто тоді коли в приватному секторі стільки енергії не потрібно, а натомість у вечірній час її навпаки — мало. Проте, енергогенеруючим компаніям та власникам електромереж така ситуація невигідна і їх лобі на державному рівні стримує прийняття відповідних нормативних документів. Але попри всі негаразди сонячна енергетика має непогані перспективи. Вона навіть в таких умовах демонструє зростання. Щороку у світі виробляється все більша кількість сонячних елементів. Хоча зараз вони використовуються у випадках, коли потрібна невелика кількість енергії чи в місцях де підключення до мережі традиційним способом надто дороге, або й взагалі неможливе. Вселяють надію і локальні проекти які проводять уряди розвинених країн: США, Німеччина, Японія. Вони стимулюють населення до ширшого використання сонячної енергії. Саме тому вже зовсім скоро сонячна енергетика вийде на якісно новий рівень. І тут варто не прогавити момент, адже в України є всі можливості для повного циклу виробництва сонячних батарей. Такі підприємства як «Квазар», «ІРВА», Хартрон», «Гравітон», «Позитрон», «Електроавтоматика» можуть і повинні виготовляти фотомодулі. Ринок збуту завжди знайдеться схоже зовсім скоро країни Африки розпочнуть активніше використовувати сонячну енергетику, а власних технологій для виготовлення такої апаратури у них просто немає. А зважаючи на постійне подорожчання енергоресурсів, різниця між вартістю кіловат-години, виробленої на традиційній електростанції та через систему сонячних батарей буде не такою вже й великою. Саме тому ми повинні з впевненістю дивитися у майбутнє у якому неодмінно буде сонячна енергетика.   

Енергію сонця можна використовувати по-різному. Наступні способи стануть темою інших публікацій.

 

 

 

Вхід на сайт

Увійти  \/  Зареєструватися  \/ 

Ввійти на сайт

Зареєструватися * * Обов'язкове поле

Введене вами ім'я недійсне.
Будь ласка, введіть допустиме ім'я користувача. Без пробілів, у всякому випадку 2 , НЕ повинно бути символів: < > " ' % ; ( ) &
Пароль недійсний.
Ваші паролі не збігаються. Будь ласка, введіть Ваш пароль в поле пароля та повторно введіть його в полі підтвердження.
Недійсна адреса електронної пошти
Адреси електронної пошти не збігаються. Будь ласка, введіть Вашу адресу електронної пошти в поле адреси електронної пошти та повторно введіть адресу у полі підтвердження.