Generare solară

Generarea solară  este una dintre direcțiile energiei alternative , bazată pe primirea energiei electrice din energia soarelui . Generarea solară se realizează prin transformarea razelor solare în energie electrică , atât direct utilizând dispozitive fotovoltaice ( fotovoltaice ), cât și indirect folosind energie solară concentrată (energie solară termică ). Sistemele de concentrare a energiei solare folosesc lentile sau oglinzi , precum și sisteme de urmărire care permit dispozitivului să maximizeze zona punctului de lumină solară. Fotoconvertitoarele transformă lumina solară în curent electric prin efectul fotoelectric [1] .

Generarea solară este considerată o modalitate de a genera energie electrică, al cărei avantaj este absența emisiilor nocive în timpul funcționării [2] .

În 2020, capacitatea totală instalată a tuturor panourilor solare operaționale de pe Pământ a fost de 760 GW . [3] În 2019, capacitatea totală instalată a tuturor panourilor solare operaționale de pe Pământ a fost de 635 GW . [4] În 2019, panourile solare în funcțiune pe Pământ au produs 2,7% din electricitatea mondială. [5]

Direcții de cercetare științifică

Cercetare de bază

Cercetare aplicată

Probleme de mediu

În producția de fotocelule, nivelul de poluare nu depășește nivelul admisibil pentru întreprinderile din industria microelectronică. Celulele solare moderne au o durată de viață de 30-50 de ani. Utilizarea cadmiului legat în compuși în producția unor tipuri de celule fotovoltaice în scopul creșterii eficienței conversiei ridică problema dificilă a eliminării acestora , care, de asemenea, nu are încă o soluție acceptabilă din punct de vedere ecologic, deși astfel de elemente sunt de puțin folos, iar compușii de cadmiu din producția modernă se găsesc deja un înlocuitor potrivit.

Recent, a fost dezvoltată în mod activ producția de fotocelule cu peliculă subțire, care conțin doar aproximativ 1% siliciu , în raport cu masa substratului pe care sunt depuse filmele subțiri. Datorita consumului scazut de materiale pentru stratul absorbant, aici fotocelulele de siliciu, siliciu cu film subtire sunt mai ieftine de fabricat, dar pana acum au o eficienta mai scazuta si o degradare ireparabila a caracteristicilor in timp. În plus, producția de celule fotovoltaice cu peliculă subțire bazate pe alte materiale semiconductoare se dezvoltă, în special Smig , un concurent demn al siliciului. De exemplu, în 2005, Shell a decis să se concentreze pe producția de celule cu peliculă subțire și și-a vândut afacerea fotovoltaică cu siliciu monocristalin (nefilm subțire).

Concentratoarele solare determină suprafețe mari de umbrire a terenului, ceea ce duce la schimbări puternice ale condițiilor de sol, vegetație etc. Un efect nedorit de mediu în zona stației determină încălzirea aerului atunci când radiația solară trece prin acesta, concentrată de către reflectoare de oglindă. Aceasta duce la o modificare a echilibrului termic, umidității, direcției vântului; în unele cazuri, sistemele care utilizează hub-uri se pot supraîncălzi și ia foc, cu toate consecințele care decurg. Utilizarea lichidelor cu punct de fierbere scăzut și scurgerea lor inevitabilă în sistemele de energie solară în timpul funcționării pe termen lung poate duce la o contaminare semnificativă a apei potabile. Un pericol deosebit sunt lichidele care conțin cromați și nitriți, care sunt substanțe foarte toxice.

Modalități

Modalități de a genera energie electrică din radiația solară:

Dezvoltare

Producerea anuală de energie electrică în lume la SPP
An Energie TWh Creștere anuală Distribuie la toate
2004 2.6 0,01%
2005 3.7 42% 0,02%
2006 5.0 35% 0,03%
2007 6.8 36% 0,03%
2008 11.4 68% 0,06%
2009 19.3 69% 0,10%
2010 31.4 63% 0,15%
2011 60,6 93% 0,27%
2012 96,7 60% 0,43%
2013 134,5 39% 0,58%
2014 185,9 38% 0,79%
2015 253,0 36% 1,05%
2016 301,0 33% 1,3%
Sursa - BP Statistical Review of World Energy, 2015-2017 [8] [9]

În 1985, capacitatea totală instalată a lumii era de 0,021 GW.

În 2005, producția de celule fotovoltaice în lume era de 1.656 GW.

La începutul anului 2010, capacitatea globală totală a energiei solare fotovoltaice era de doar aproximativ 0,1% din producția globală de energie electrică [10] .

În 2012, capacitatea totală a centralelor solare din lume a crescut cu 31 GW, depășind 100 GW.

Cei mai mari producători de celule solare în 2012 [11] :

  1. Yingli  - 2300 MW
  2. First Solar  - 1800 MW
  3. Trina Solar  - 1600 MW
  4. Canadian Solar  - 1550 MW
  5. Suntech  - 1500 MW
  6. Sharp  - 1050 MW
  7. Jinko Solar  - 900 MW
  8. SunPower  - 850 MW
  9. REC Group  - 750 MW
  10. Hanwha SolarOne  - 750 MW

În 2013, la nivel global au fost instalate 39 GW de capacitate fotovoltaică. Ca urmare, capacitatea totală a instalațiilor fotovoltaice la începutul anului 2014 a fost estimată la 139 GW [12] .

Lider în ceea ce privește capacitatea instalată este Uniunea Europeană [13] , în rândul țărilor individuale - China: din ianuarie până în septembrie 2017, 42 GW de noi instalații de generare fotovoltaică [14] au fost puse în funcțiune în țară . În ceea ce privește capacitatea totală pe cap de locuitor, liderul este Germania.

Răspândirea energiei solare

În 2010, 2,7% din energia electrică a Spaniei provenea din energia solară [15] .

În 2011, aproximativ 3% din energia electrică a Italiei provenea din instalații fotovoltaice [16] .

În decembrie 2011, în Ucraina a fost finalizată construcția ultimului, al cincilea parc solar de 20 de megawați din Perovo , în urma căruia capacitatea totală instalată a crescut la 100 MW [17] . Parcul solar Perovo, format din cinci faze, a devenit cel mai mare parc din lume în ceea ce privește capacitatea instalată. Este urmată de centrala electrică canadiană Sarnia (97 MW), italianul Montalto di Castro (84,2 MW) și germanul Finsterwalde (80,7 MW). Închide primele cinci cele mai mari parcuri fotovoltaice din lume - centrala electrică de 80 de megawați " Okhotnikovo " în regiunea Saki din Crimeea [18] .

În 2018, Arabia Saudită și-a anunțat intenția de a construi cea mai mare centrală solară din lume, cu o capacitate de 200 GW [19] .

În 2018, capacitatea tuturor centralelor solare fotovoltaice din UE a fost de 115 GW, acestea producând 5% din toată energia electrică. În 2019, capacitatea acestora a crescut cu încă 17 GW. Prețurile panourilor solare au scăzut din 2010 până în 2020. mai mult de patru ori. [douăzeci]

Locuri de muncă

La mijlocul anului 2011, industria fotovoltaică din Germania a angajat peste 100.000 de oameni. 93,5 mii de oameni au lucrat în energia solară în SUA [21] .

Perspective pentru energia solară

În lume, creșterea anuală a energiei în ultimii cinci ani a fost în medie de aproximativ 50% [22] . Energia derivată din radiația solară va putea, ipotetic, să asigure 20-25% din nevoile umanității de energie electrică până în 2050 și să reducă emisiile de dioxid de carbon. Potrivit experților de la Agenția Internațională pentru Energie ( AIE ), energia solară în 40 de ani, cu un nivel adecvat de diseminare a tehnologiilor avansate, va genera aproximativ 9 mii terawatt-oră - sau 20-25% din toată energia electrică necesară, iar aceasta va reducerea emisiilor de dioxid de carbon cu 6 miliarde de tone anual [10] .

Procentul de satisfacere a nevoilor omenirii până în 2050 cu energie electrică primită de la centralele solare este o chestiune de costul de 1 kWh la instalarea unei centrale solare la cheie și dezvoltarea sistemului energetic global, precum și de atractivitatea comparativă a altor modalități de producere a energiei electrice. Ipotetic, aceasta poate fi de la 1% la 80%. Unul dintre numerele din acest interval se va potrivi exact cu adevărul.

Rambursarea energiei unei centrale solare este mult mai mică de 30 de ani. Pentru SUA, cu o putere medie de radiație solară de 1700 kWh pe m² pe an, recuperarea energiei unui modul de siliciu policristalin cu o eficiență de 12% este mai mică de 4 ani (date pentru ianuarie 2011) [23] .

Perspectivele utilizării soarelui pentru a genera energie electrică se deteriorează din cauza costurilor ridicate. De exemplu, CET Aiwonpa costă de patru ori mai mult și generează mult mai puțină energie electrică decât centralele pe gaz. Potrivit experților, pe viitor, energia electrică generată de această stație va costa de două ori mai mult decât cea primită din surse convenționale de energie, iar costurile vor fi, evident, transferate către consumatori [24] .

În Rusia, perspectivele de dezvoltare a energiei solare rămân incerte, țara fiind de multe ori în urmă cu nivelul de generare al țărilor europene. Ponderea generației solare este mai mică de 0,001% în bilanțul energetic total. Până în 2020, este planificată să pună în funcțiune aproximativ 1,5–2 GW de capacități. Capacitatea totală de generare solară poate crește de o mie de ori, dar va fi mai mică de 1% în bilanțul energetic. Directorul Asociației de Energie Solară din Rusia Anton Usachev identifică Republica Altai , Regiunea Belgorod și Teritoriul Krasnodar drept cele mai dezvoltate regiuni din punct de vedere al energiei solare. În viitor, este planificată amplasarea de instalații în zone izolate de rețelele electrice [22] .

Tipuri de celule fotovoltaice

Stare solidă

În prezent, se obișnuiește să se distingă trei generații de celule solare [25] :

În 2005, celulele solare cu peliculă subțire reprezentau 6% din piață. În 2006, celulele solare cu peliculă subțire reprezentau 7% din cota de piață. În 2007, ponderea tehnologiilor cu peliculă subțire a crescut la 8%. În 2009, ponderea celulelor solare cu peliculă subțire a crescut la 16,8% [26] .

În perioada 1999-2006 , oferta de celule solare cu peliculă subțire a crescut anual cu o medie de 80%.

Nanoantene

Recent, s-au înregistrat progrese în crearea celulelor solare bazate pe nanoantene care convertesc direct energia electromagnetică a radiațiilor luminoase în curent electric. Promisiunea nanoantenelor se datorează eficienței lor teoretice ridicate (până la 85%) și costului potențial mai mic [27] .

Transport solar

Celulele fotovoltaice pot fi instalate pe diverse vehicule: bărci, vehicule electrice și hibride , avioane, dirijabile etc.

Celulele fotovoltaice generează energie electrică, care este utilizată pentru alimentarea cu energie la bordul vehiculului sau pentru motorul electric al vehiculelor electrice.

În Italia și Japonia, celulele fotovoltaice sunt instalate pe acoperișurile trenurilor feroviare. Ei produc energie electrică pentru aparatele de aer condiționat, iluminatul și sistemele de urgență.

Solatec LLC vinde celule fotovoltaice cu peliculă subțire pentru acoperișul vehiculului hibrid Toyota Prius . Fotocelulele cu peliculă subțire au o grosime de 0,6 mm, ceea ce nu afectează aerodinamica mașinii. Fotocelulele sunt concepute pentru a încărca bateriile, ceea ce vă permite să măriți kilometrajul mașinii cu 10%.

În 1981, aviatorul Paul Beattie MacCready a zburat cu un Solar Challenger alimentat doar cu energie solară, parcurgând o distanță de 258 de kilometri cu o viteză de 48 km/h [28] . În 2010, aeronava solară Solar Impulse a rămas în aer timp de 24 de ore. Armata este foarte interesată de vehiculele aeriene fără pilot ( UAV ) alimentate cu energie solară, care pot rămâne în aer pentru perioade extrem de lungi de luni și ani. Astfel de sisteme ar putea înlocui sau completa sateliții.

Vezi și

Note

  1. Surse de energie:  solare . Departamentul de Energie . energie.gov. Preluat la 2 aprilie 2015. Arhivat din original la 3 august 2011.
  2. Fomicheva, Anastasia. „Generația solară va crește” - Sari Baldauf, președintele consiliului de administrație al Fortum energy holding . Vedomosti (3 decembrie 2013). Consultat la 3 aprilie 2015. Arhivat din original pe 7 aprilie 2015.
  3. Sursa . Preluat la 12 august 2021. Arhivat din original la 15 iunie 2021.
  4. RAPORT FOTOVOLTAICĂ 4. Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară (16 septembrie 2020). Preluat la 15 iulie 2021. Arhivat din original la 9 august 2014.
  5. BP Global: Energie solară . Consultat la 5 aprilie 2018. Arhivat din original pe 6 decembrie 2018.
  6. Sistemul de informații geografice fotovoltaice (PVGIS)
  7. Philip Wolfe. Proiecte solare fotovoltaice pe piața principală a energiei // Oxford: Routledge. - 2012. - S. 240 . — ISSN 978-0-415-52048-5 .
  8. BP Statistical Review of World Energy June 2015, Renewables section , BP  (iunie 2015). Arhivat din original pe 7 iulie 2015. Preluat la 7 februarie 2017.
  9. World Energy Organisation Statistical Review 2017 , BP  (iunie 2017). Arhivat din original pe 6 decembrie 2018. Preluat la 5 aprilie 2018.
  10. 1 2 BFM.RU Tehnologiile solare vor asigura un sfert din energie electrică.
  11. Graficul zilei: primii zece furnizori de energie solară fotovoltaică din lume. 15 aprilie 2013 // RE neweconomy
  12. Sursa . Preluat la 7 februarie 2017. Arhivat din original la 12 noiembrie 2020.
  13. Gero Ryuter, Andrei Gurkov. Energia solară mondială: un an de referință . Deutsche Welle (29 mai 2013). Consultat la 15 iunie 2013. Arhivat din original pe 19 iunie 2013.
  14. Vladimir Sidorovich . Peste 50 GW de centrale solare vor fi puse în funcțiune în China în acest an , RenEn  (17 octombrie 2017). Arhivat din original pe 20 septembrie 2020. Preluat la 4 mai 2020.
  15. Paul Gipe Spania a generat 3% din energie electrică din energie solară în 2010 28 ianuarie 2011 . Data accesului: 7 februarie 2017. Arhivat din original pe 29 decembrie 2014.
  16. Paul Gipe Italia a depășit 7.000 MW din totalul instalat solar PV 22 iulie 2011 . Preluat la 7 februarie 2017. Arhivat din original la 15 iulie 2014.
  17. Activ Solar a construit cea mai mare centrală solară din lume în Crimeea (link inaccesibil) . Data accesului: 7 februarie 2017. Arhivat din original pe 19 iunie 2013. 
  18. Activ Solar a crescut capacitatea SPP „Okhotnikovo” și „Perovo” - UA Energy . www.uaenergy.com.ua Preluat la 11 octombrie 2017. Arhivat din original la 11 octombrie 2017.
  19. Deutsche Welle 30.03.2018 Arabia Saudită va înlocui petrolul cu panouri solare Arhivat 3 aprilie 2018 la Wayback Machine
  20. Gero Ruther, Vera Sosenkova Va ajuta boom-ul solar al UE la limitarea schimbărilor climatice? Arhivat 16 februarie 2020 la Wayback Machine // Deutsche Welle , 02.11.2020
  21. Stephen Lacey Green Jobs Are Real: industria solară germană și americană ambele angajează mai mulți oameni decât producția de oțel din SUA 17 iunie 2011 . Data accesului: 7 februarie 2017. Arhivat din original pe 17 iunie 2013.
  22. 1 2 Dmitri Nikitin. Calea grea către soare: energia solară va încălzi Rusia . RBC (17 iunie 2013). Consultat la 15 iunie 2013. Arhivat din original pe 20 iunie 2013.
  23. Rambursarea energiei fotovoltaice (ing.) . Consultat la 7 februarie 2017. Arhivat din original la 14 mai 2011.
  24. Cassandra Sweet (traducere de Alexei Nevelsky). O centrală solară gigantică din California ucide păsări. . Centrala solară termică de 2,2 miliarde de dolari ar putea fi ultimul astfel de proiect: încălzește aerul la 540 de grade Celsius, autoritățile de reglementare și biologii cred că aceasta este cauza morții a zeci de păsări . Vedomosti , tradus din The Wall Street Journal (13 februarie 2014) . Preluat la 6 iunie 2016. Arhivat din original la 4 septembrie 2016.
  25. IAA Cleandex - Rusia și Ucraina. Fotovoltaic Market Review 2011 . Consultat la 12 ianuarie 2017. Arhivat din original la 23 septembrie 2015.
  26. Top 10: Cele mai mari zece companii solare PV 29 iunie 2010 . Consultat la 12 ianuarie 2017. Arhivat din original la 21 decembrie 2014.
  27. Krasnok A E, Maksimov I S, Denisyuk A I, Belov P A, Miroshnichenko A E, Simovsky K R, Kivshar Yu S. Optical nanoantennas  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusă de Științe , 2013. - T. 183 , Nr. 6 . - S. 561-589 . - doi : 10.3367/UFNr.0183.201306a.0561 . Arhivat din original pe 13 august 2020.
  28. Britannica Book of the Year 2008 Arhivat pe 13 ianuarie 2017 la Wayback Machine : „MacCready, Paul Beattie”, pagina 140

Literatură

Link -uri