Теория:
Солнечная энергия - это энергия солнца, которая преобразуется в тепловую или электрическую энергию. Солнечная энергия является самым чистым и наиболее распространенным из доступных источников возобновляемой энергии в мире. Солнечные технологии могут использовать эту энергию для различных целей, в том числе для выработки электроэнергии, обеспечения освещения или поддержания комфортной температуры, а также для нагрева воды для бытовых, коммерческих или промышленных нужд.
Каждый час солнце излучает на Землю энергии больше, чем человечеству необходимо в год.
Каждый час солнце излучает на Землю энергии больше, чем человечеству необходимо в год.
Рис. Солнце
Солнечная энергия является основой жизни. Человечество научилось ее использовать как в виде тепла, так и преобразовывать в другие виды – электрическую и механическую.
Изобретенные человеком технологии, контролирующие и преобразовывающие солнечную энергию, называются солнечной энергетикой.
Первые солнечные панели были использованы для питания спутников, вращающихся вокруг Земли. В 1958 году в США был запущен спутник Vanguard I (Авангард 1), на котором размещалось шесть солнечных батарей мощностью около 1 Вт.
Рис. Космическая станция на солнечных батареях
Многие знакомы с так называемыми фотоэлементами, или солнечными батареями, которые установлены на портативных калькуляторах. Ячейки сделаны из полупроводниковых материалов, подобных тем, которые содержатся в компьютерных чипах. Когда солнечный свет попадает в ячейки, он выбивает электроны из их атомов. Когда электроны проходят через ячейку, они генерируют электричество.
У солнечных тепловых электростанций масштаб гораздо больше. Они используют различные методы для концентрации солнечной энергии в качестве источника тепла. Тепло используется для кипячения воды и последующего приведения в действие паровой турбины, которая вырабатывает электроэнергию практически так же, как угольные и атомные электростанции.
Помимо того, что солнечная энергия – неисчерпаемый источник, не оказывающий воздействия на окружающую среду, он еще и универсален. Именно солнечные элементы генерируют энергию в отдаленных местах, куда невозможно проложить кабель от электростанции. Мобильные же конструкции, к которым относятся солнечные элементы, можно перевезти и установить в любом месте. Фотоэлементы легко могут питать и обеспечивать обогрев здания в центре города. Сегодня солнечные батареи применяются для обеспечения бесперебойного питания пунктов метеорологических наблюдений и базовых станций сотовых операторов.
В солнечных странах, где электроэнергия стоит дорого, собственники частных домов и владельцы офисов устанавливают на крышах солнечные панели и используют солнечное электричество.
У солнечных тепловых электростанций масштаб гораздо больше. Они используют различные методы для концентрации солнечной энергии в качестве источника тепла. Тепло используется для кипячения воды и последующего приведения в действие паровой турбины, которая вырабатывает электроэнергию практически так же, как угольные и атомные электростанции.
Помимо того, что солнечная энергия – неисчерпаемый источник, не оказывающий воздействия на окружающую среду, он еще и универсален. Именно солнечные элементы генерируют энергию в отдаленных местах, куда невозможно проложить кабель от электростанции. Мобильные же конструкции, к которым относятся солнечные элементы, можно перевезти и установить в любом месте. Фотоэлементы легко могут питать и обеспечивать обогрев здания в центре города. Сегодня солнечные батареи применяются для обеспечения бесперебойного питания пунктов метеорологических наблюдений и базовых станций сотовых операторов.
В солнечных странах, где электроэнергия стоит дорого, собственники частных домов и владельцы офисов устанавливают на крышах солнечные панели и используют солнечное электричество.
Рис. Автономное получение энергии
Есть разные способы использования солнечной энергии.
Один из них заключается в следующем. Длинные желоба с U-образными зеркалами фокусируют солнечный свет на масляной трубе, проходящей через середину, труба и находящееся в ней масло нагреваются. Горячее масло кипятит воду, посредством чего и вырабатывается электроэнергия. Другой способ основан на использовании подвижных зеркал для фокусирования солнечных лучей на башне коллектора, где находится приемник. Расплавленная соль, протекающая через ресивер, нагревается и запускает генератор, который и вырабатывает энергию
Есть и пассивные способы. Большие окна на солнечной стороне здания позволяют солнечному свету проникать в помещение и нагревать стены и пол. Нагретые за день поверхности выделяют тепло ночью, что помогает поддерживать комфортную температуру в здании. Точно так же абсорбирующие пластины на крыше могут нагревать жидкость в трубах, снабжающих дом горячей водой.
У солнечной энергии есть и минусы: она не вырабатывается ночью при отсутствии накопителя (батареи), а облачная погода может сделать технологию ненадежной в течение дня.
Рис. Облачная погода мешает получению солнечной энергии
Кроме того, солнечные технологии все еще достаточно дорогостоящие и требуют выделения отдельных участков земли для установки панелей для сбора солнечной энергии.
Несмотря на недостатки, использование солнечной энергии в течение последних 15 лет стремительно растёт. По состоянию на 2011 год солнечная энергетика составляла менее 0,1% мировой потребности в энергии, а в 2017 году – уже 2%. В мире ежегодный прирост энергетики за последние пять лет составлял в среднем около 50 %. Полученная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20—25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы СО2.
Рис. Установка солнечных панелей
На данный момент лидерами по развитию солнечной энергетики являются Китай, США, Япония, Германия, Индия и Италия. Солнечные электростанции активно строятся и в других странах, в том числе в Беларуси.
Республика Беларусь за счёт собственных полезных ископаемых обеспечивает около 15−18 % своих потребностей в топливно-энергетических ресурсах. Недостающее количество топлива и энергии поставляется из России и других стран, на что ежегодно тратится около 2 млрд. долларов США. Поэтому для Беларуси очень актуален вопрос использования собственных экологически чистых источников энергии.
На территорию Беларуси за год от Солнца поступает около 31 000 кВт-часов (суммарная величина) солнечной энергии, что эквивалентно 40 миллиардам тонн углеродного топлива и более чем в 1000 раз превышает нынешнюю общую потребность страны в энергии.
Развитие солнечной энергетики напрямую зависит от инсоляции (количества световой энергии, падающей на единицу поверхности). Продолжительность открытого солнечного облучения в нашей стране составляет в среднем 1800 часов в год. В осенне-зимний период инсоляция очень мала; даже в солнечные дни, которых может быть не более 10 в месяц, открытое солнце наблюдается в среднем по 3 часа. Однако за май, июнь и июль отмечается почти 50% годового поступления солнечного излучения на территорию нашей страны, в то время как за ноябрь, декабрь и январь поступает лишь 5%. Конечно, по инсоляции Республика Беларусь отстаёт от территорий, близких к экватору, однако находится примерно на одном уровне с такими странами, как Германия, Япония, Канада, где солнечная энергетика развивается очень активно.
Таким образом, у ученых и практиков не осталось сомнений в том, что получать солнечную электроэнергию в странах, сопоставимых по инсоляции с Беларусью, вполне целесообразно.
Республика Беларусь за счёт собственных полезных ископаемых обеспечивает около 15−18 % своих потребностей в топливно-энергетических ресурсах. Недостающее количество топлива и энергии поставляется из России и других стран, на что ежегодно тратится около 2 млрд. долларов США. Поэтому для Беларуси очень актуален вопрос использования собственных экологически чистых источников энергии.
На территорию Беларуси за год от Солнца поступает около 31 000 кВт-часов (суммарная величина) солнечной энергии, что эквивалентно 40 миллиардам тонн углеродного топлива и более чем в 1000 раз превышает нынешнюю общую потребность страны в энергии.
Развитие солнечной энергетики напрямую зависит от инсоляции (количества световой энергии, падающей на единицу поверхности). Продолжительность открытого солнечного облучения в нашей стране составляет в среднем 1800 часов в год. В осенне-зимний период инсоляция очень мала; даже в солнечные дни, которых может быть не более 10 в месяц, открытое солнце наблюдается в среднем по 3 часа. Однако за май, июнь и июль отмечается почти 50% годового поступления солнечного излучения на территорию нашей страны, в то время как за ноябрь, декабрь и январь поступает лишь 5%. Конечно, по инсоляции Республика Беларусь отстаёт от территорий, близких к экватору, однако находится примерно на одном уровне с такими странами, как Германия, Япония, Канада, где солнечная энергетика развивается очень активно.
Таким образом, у ученых и практиков не осталось сомнений в том, что получать солнечную электроэнергию в странах, сопоставимых по инсоляции с Беларусью, вполне целесообразно.