За солнечной энергией будущее

За солнечной энергией будущее

Мы живем в трудное время. Наша планета Земля как будто сошла с ума. В течении 2020-2021гг. жители разных стран пережили разные стихии природы, и в добавок еще переживаем новый вирус COVID-19. Заметим, что из-за пандемии воздух на нашей планете стал чище: выбросы на предприятиях и транспорте снизились, и, по данным NASA, концентрация диоксида азота в воздухе над планетой упала на 20%. Как долго продлится этот эффект, предсказать сложно, но один факт остается неоспоримым — за 2020 год резко увеличилось производства солнечной энергии, а также количество исследований и разработок, которые в будущем продвинут солнечную энергию вперед.

Солнечная энергия — энергия будущего. Это самый дешевый возобновляемый источник энергии, который, по некоторым прогнозам, в течение следующих 20 лет перегонит по объемам угольную и газовую энергетику в большинстве стран.

При этом технологии получения солнечной энергии решают сразу несколько проблем. Так, плавучие фотоэлектрические фермы (плавучие электростанции) на поверхности озер или лагун не только получают энергию, но и уменьшают испарения и берегут воду. А солнечные элементы, встроенные в здания и одежду, доказывают, что генерировать энергию можно практически на любой поверхности.

Все это возможно благодаря недорогим, легким органическим солнечным панелям, в которых используются проводящие полимеры, а не кремний.

Органические солнечные батареи собирают бóльшее количество света с меньшим количеством материалов и могут быть напечатаны как чернила на гибких или прозрачных пленках, подходящих для окон или стен. Несмотря на это, они не так стабильны, как кремниевые фотоэлектрические элементы, и быстрее разрушаются. Университет штата Флорида экспериментирует с минералом перовскитом, смешанным с различными элементами, для повышения эффективности, стабильности и общих характеристик.

Гибкие органические солнечные панели создают новые способы сбора и хранения энергии солнца. Фирма Solivus создала гибкие пленочные панели, которые собирают солнечный свет и накапливают энергию для автономного питания домов. Они весят в десять раз меньше традиционных панелей, не содержат редкоземельных или токсичных материалов и служат в течение 20 лет. В планы компании входит установить гибкие панели на крыши промышленных зданий и запустить в продажу отдельные «дуговые» блоки для домашнего использования.

SOLIVUS

Двусторонние солнечные панели — еще одно достойное нововведение. Эти элементы с двумя поверхностями собирают солнечный свет, отраженный от земли, и генерируют больше электричества, чем традиционные конструкции. К 2030 году более половины проданных фотоэлектрических систем, вероятно, будет двусторонними, включая прозрачные панели, которые могут работать на сельскохозяйственных, помогая в выращивании сельскохозяйственных культур.

Модернизация солнечных панелей может привести к еще большим улучшениям. Британские и португальские исследователи обнаружили, что если панель будет похожа на шахматную доску, то это улучшит дифракцию и количество поглощаемого солнечного света на 125 %. Подобный прорыв приведет к созданию более тонких, легких и гибких панелей, которые можно будет использовать для питания домов и в промышленности.

С

С каждым годом жители всё больше полагаются на технику, не могут даже и дня представить без них. При этом развитие технологий не стоит на месте, становятся компактными и очень требовательными к качеству электрической энергии. Следовательно, потребление электроэнергии стало больше, и будет расти каждый раз. А из-за нестабильности экономики в стране, цены, на потребляемую энергию, растут. Например, на сегодняшний день в России был произведён скачок в стоимости электроэнергии, потребляемой населением. Кроме ежегодного

«календарного» повышения её цены на 10 – 15 % добавлена плата за электропотребление общедомовых приборов (Интернет-провайдеров, домофонов и кабельных сетей, юридических лиц). Если так дальше продолжится, то в скором времени жильцы будут оплачивать потери энергии в квартальных трансформаторах, в линиях электропередачи и т.д. И это касается населённых пунктов и сельских промышленностей, расположенных отдалённо от больших городов.

Основным из возможных решений данной проблемы является альтернативные источники энергии. А именно солнечная энергия. У каждой страны существует ряд научных советов которые отвечают за использование солнечной энергии такие как Научный совет РАН по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, Комитет по проблемам использования возобновляемых источников энергии Российского Союза научных и инженерных общественных организаций, American Council On Renewable Energy: ACORE, The European Renewable Energy Council (EREC) и т.д.[5]

Каждый из этих научных советов для своего государства устанавливает план, в котором говорится об увеличении доли солнечной энергетики в общей энергетической системе. Так для России Министерство энергетики РФ

назначала план, к 2020-2021 году поднять долю солнечной энергетики в общей энергетической системе РФ до 0,9%( на данный момент она составляет 0,001%). Для реализации поставленного плана нужны благотворительные условия, дабы потраченные экономические затраты окупились за короткий промежуток времени. Если посмотреть на рисунок 1 и 2, то можно сказать, что не в каждой стране будут эффективны солнечные установки.

В настоящее время различают 2 наиболее популярный способа преобразования солнечной энергии: фотовольтаика и гелиотермальная энергетика. Фотовольтаическая система уникальный вид получения электричества, посредством попадания дневного света на панели. Принцип выработки электричества основан на Фотовольтаическом эффекте. То есть, при пробивание светом поверхность вещества, электроды начинают перемещаться между анодом и катодом внутри панели. Как правило, панели состоят из нескольких слоёв полупроводниковых ма териалов. Чем больше концентрация света, тем больше выработка электричества. Данный вид выработки электричества применяется в автономной системе энергоснабжения на основании солнечных батарей.

Рис. – Схема работы автономной системы энергоснабжения

На рисунке изображено состав и принцип работы этой системы. Инвертор –это прибор для преобразования постоянного напряжения аккумуляторных батарей в переменное напряжение 220В. Основным недостатком инвертора является ограниченное время автономной работы, которое определяется емкостью аккумуляторных батарей и потребляемой мощностью. Контроллер- это прибор, который не позволяет аккумуляторам перезарядится или разрядиться раньше времени. Блоки аккумулирования служат для накопления вырабатываемого электричества. Основная проблема всех аккумуляторов, это малый объём ёмкости и не приспособленность к большим нагрузкам. Одна из главных причин не конкурентоспособности, это цена. Например, для установки в России автономной системы частному потребителю придётся заплатить в районе 180 тыс.руб.. А рентабельность и окупаемость полностью зависит от солнечных дней в году на месте установки. Эту систему применяют для бесперебойного питания автономных систем таких как освещение, охранная сигнализация и т.д. А так же в роли о сновного источника энергии (если потребитель находится очень далеко от подстанции) или совместно с приходящими линиями электропередачи.

Гелиотермальная энергетика – это системы позволяющая трансформация солнечной излучения в электрическую или тепловую энергию с помощью трёх технологий:

Первая технология одна из самых распространённый вариант снабжения теплом это использование солнечных коллекторов. Их располагают в неподвижном состоянии так, чтобы нагрев был максимально эффективный. Самым эффективным теплоносителем является воздух, вода или антифриз. Производится нагрев вещества на 45-50 оС выше температуры окружающей среды. Всё это происходит в коллекторе. Также можно использовать для кондиционирования воздуха, термообработки продуктов сельского хозяйс тва и опреснение морской воды. Такие солнечно обогревательные системы очень популярны в Японии и США . Однако в таких странах как Кипр и Израиль таких систем намного больше из расчёта населения. Примерно 1 млн. коллекторов обеспечивают 70% населения страны используют такой способ получения энергии. К такому прогрессу пытаются прийти Индия и Китай. Если посмотреть на рисунок 2 можно сказать что Африка идеальный претендент для использования такой системы, но из-за экономического положения их используют в основном для запуска насосных установок.

Вторая технология превращает солнечную энергию в электрическую с помощью солнечных батарей на основе кремния. Ей нашли применение в космической индустрии, а именно в кораблестроении. Первое массовое применение

было в Калифорнии. В настоящее время третья часть фотоэлектрических элементов рынка принадлежать Японии. В развитых странах её уже активно используют, при том факторе, что технология дорогая.

Третья технология основана на трансформации солнечной радиации в электрическую, используя зеркала , для концентрации лучей в одной точке. Такой способ используется в Солнечных электростанциях.

Факты для перехода на солнечную энергию.

Неограниченный запас топлива.

Бесшумное, безвредное выработка электроэнергии.

Автономные системы энергоснабжения безопасны и высоконадежны.

Материалы возможно без труда переработать и использовать повторно.

Несложное обслуживание оборудования.

Использование электричества отдалённо в сельских районах.

Модули могут быть частью дизайна здания.

Стремительное уменьшение времени энергетической окупаемости модулей.

Увеличивает надёжность энергоснабжения страны.

На основе поведённого исследования можно сделать вывод. Чтобы Солнечная энергия была конкурентоспособной нужны наработки для увеличения ёмкости аккумуляторов и увеличения мощности и больше исследований в плане концентрации солнечных лучей на солнечные панели, дабы увеличить их эффективность и уменьшить срок окупаемости. Стремительное развитие солнечной энергетики, с использование инновационных мировых технологий, является главным конкурентом и в 2050 г. будет преимущественным на рынке энергетически экологичных технологий, что обеспечит к концу века все потребности населения электрической энергией.

Статью подготовила - Бекоева М.З

учитель физики МБОУ СОШ№25 г.Владикавказа

15.11.2021г.