Energia solară este o direcție de energie alternativă bazată pe utilizarea directă a radiației solare pentru a produce energie sub orice formă. Energia solară folosește o sursă de energie regenerabilă [1] și este „prietenoasă cu mediul”, adică nu produce deșeuri nocive în timpul fazei active de utilizare [2] . Producția de energie folosind centrale solare este în acord cu conceptul de producție distribuită de energie . Energie solară termică - încălzirea unei suprafețe care absoarbe razele soarelui și distribuția și utilizarea ulterioară a căldurii (focalizarea radiației solare pe un vas cu apă sau sare pentru utilizarea ulterioară a apei încălzite pentru încălzire, alimentare cu apă caldă sau în generatoare de energie cu abur) . Ca tip special de stații de energie solară termică, se obișnuiește să se evidențieze sistemele solare de tip concentrat (CSP - Concentrated solar power). În aceste instalații, energia razelor solare este focalizată într-un fascicul de lumină concentrat folosind un sistem de lentile și oglinzi. Acest fascicul este folosit ca sursă de energie termică pentru încălzirea fluidului de lucru. 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]
Fluxul de radiație solară care trece printr-o zonă de 1 m², situată perpendicular pe fluxul de radiație la o distanță de o unitate astronomică de centrul Soarelui (la intrarea în atmosfera Pământului ), este egal cu 1367 W / m² ( constanta solara ). Datorită absorbției, în timpul trecerii masei atmosferice a Pământului, fluxul maxim de radiație solară la nivelul mării (la Ecuator) este de 1020 W/m². Cu toate acestea, valoarea medie zilnică a fluxului de radiație solară printr-o singură zonă orizontală este de cel puțin π ori mai mică (datorită schimbării zilei și nopții și modificării unghiului soarelui deasupra orizontului). Iarna, în latitudinile temperate, această valoare este de două ori mai mică.
Producția posibilă de energie este redusă din cauza diminuării globale - o scădere a fluxului de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului.
| Producerea anuală de energie electrică în lume la SPP | |||
|---|---|---|---|
| An | Energie GWh | 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 [7] [8] [9] | |||
În 1985, capacitatea totală instalată a lumii era de 0,021 GW.
În 2005, producția de celule solare 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] :
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] , printre țările individuale - China. În ceea ce privește capacitatea totală pe cap de locuitor, liderul este Germania.
În 2010, 2,7% din energia electrică a Spaniei provenea din energia solară [14] .
În 2011, aproximativ 3% din energia electrică a Italiei provenea din instalații fotovoltaice [15] .
În decembrie 2011, Ucraina a finalizat construcția ultimului, al cincilea parc solar de 20 de megawați din Perovo , în urma căruia capacitatea totală instalată a crescut la 100 MW [16] . 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). Completand primele cinci cele mai mari parcuri fotovoltaice din lume se află centrala electrică Okhotnikovo de 80 de megawați din regiunea Saki din Crimeea.
În 2018, Arabia Saudită și-a anunțat intenția de a construi cea mai mare centrală solară din lume, cu o capacitate de 200 GW [17] .
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 [18] .
În lume, creșterea anuală a energiei în ultimii cinci ani a fost în medie de aproximativ 50% [19] . 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] .
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 [20] .
Cu toate acestea, conform previziunilor, costul de producere a energiei electrice de către centralele solare până în 2020 va scădea până la costul de generare folosind combustibili fosili și trecerea la utilizarea centralelor solare va deveni viabilă din punct de vedere economic [21] .
Datorită eficienței lor scăzute, care ajunge la 30% în cel mai bun caz, panourile solare se încălzesc foarte mult. Restul de 70% din energia solară încălzește panourile solare la o temperatură medie de aproximativ 50-70 °C. [22] .
Factorii tipici de cost pentru energia solară pentru un caz fotovoltaic includ costul modulelor, structurile pentru a le găzdui, cablajul, invertoarele, costul forței de muncă, orice teren care poate fi necesar, conexiunea la rețea, întreținerea și gradul de izolație solară. pe care o va plasa centrala solara.
Sistemele fotovoltaice nu folosesc combustibil, iar modulele au de obicei o durată de viață de 25 până la 40 de ani. Astfel, costurile inițiale de capital și financiare sunt de la 80 la 90% din costul energiei solare [23] .
Costul modulelor solare de mare putere a scăzut semnificativ de-a lungul timpului. În SUA, începând din 1982, costul per kW a fost de aproximativ 27.000 USD, iar în 2006 costul a scăzut la aproximativ 4.000 USD per kW. Un sistem fotovoltaic în 1992 costa aproximativ 16.000 USD/kW, dar în 2008 a scăzut la aproximativ 6.000 USD/kW [24] .
În SUA în 2021, energia solară rezidențială a costat între 2 și 4 dolari pe watt (dar țiglele solare erau mult mai scumpe) [25] , iar instalațiile solare de utilități costau aproximativ 1 dolari pe watt [26] .
Productivitatea energiei solare în regiune depinde de radiația solară, care variază pe parcursul zilei și anului și depinde de latitudine și climă. Puterea de ieșire a unui sistem fotovoltaic depinde, de asemenea, de temperatura ambiantă, viteza vântului, spectrul solar, condițiile locale de poluare și alți factori.
Energia eoliană de pe uscat tinde să fie cea mai ieftină sursă de energie electrică din Eurasia de Nord , Canada , părți ale Statelor Unite și Patagonia din Argentina, în timp ce alte părți ale lumii folosesc în mare parte energie solară (sau mai puțin frecvent o combinație de vânt, solar și alte forme). de energie).cu conținut scăzut de carbon [27] .
Locurile cu cea mai mare radiație solară anuală sunt în zonele tropicale și subtropicale aride. Deșerturile situate la latitudini joase au de obicei puțini nori și pot primi lumina soarelui mai mult de zece ore pe zi [28] . [29]
Cu ajutorul razelor soarelui, puteți ilumina încăperile în timpul zilei. Pentru aceasta, se folosesc puțuri ușoare . Cea mai simplă versiune a unei fântâni de lumină este o gaură în tavanul unei iurte . Lampioanele luminoase sunt folosite pentru a ilumina încăperile care nu au ferestre: garaje subterane, stații de metrou, clădiri industriale, depozite, închisori, etc. O fântână de lumină cu un diametru de 300 mm este capabilă să ilumineze o suprafață de 8 m². O fântână face posibilă, în condiții europene, prevenirea emisiilor anuale de până la 7,4 tone de CO2 în atmosferă . Puțurile de lumină cu fibră optică au fost dezvoltate în 2004 în SUA . În partea superioară a unui astfel de puț se folosesc colectoare parabolice . Utilizarea puțurilor solare face posibilă reducerea consumului de energie electrică, iar iarna, reducerea lipsei de lumină solară pentru oamenii din clădire [30] .
Energia solară este utilizată pe scară largă atât pentru încălzirea apei, cât și pentru generarea de electricitate. Colectoarele solare sunt fabricate din materiale disponibile: oțel, cupru, aluminiu etc., adică fără utilizarea siliciului rar și scump. Acest lucru vă permite să reduceți semnificativ costul echipamentelor și energia produsă pe acesta. În prezent, încălzirea solară a apei este cea mai eficientă modalitate de a converti energia solară.
În 2001, costul energiei electrice generate în colectoarele solare a fost de 0,09 USD-0,12 USD per kWh. Departamentul de Energie al SUA prevede că costul energiei electrice produse de concentratoarele solare va scădea la 0,04-0,05 USD până în 2015-2020.
În 2007, în Algeria a început construcția de centrale hibride . În timpul zilei, electricitatea este produsă de concentratoare parabolice, iar noaptea din gaze naturale .
La începutul anului 2010, capacitatea globală totală a energiei solare termice (stații solare concentrate) a atins un gigawatt [10] . Până în 2020, țările UE intenționează să construiască 26,3 GW de capacitate termică solară [31] .
Colectorii solari pot fi folosiți pentru gătit. Temperatura la focarul colectorului ajunge la 150 °C . Astfel de aparate de bucătărie pot fi utilizate pe scară largă în țările în curs de dezvoltare. Costul materialelor necesare pentru producerea celei mai simple „bucătări solare” este de 3-7 USD.
Foarele tradiționale de gătit au o eficiență termică de aproximativ 10%. În țările în curs de dezvoltare, lemnul de foc este folosit în mod activ pentru gătit. Folosirea lemnului de foc pentru gătit duce la defrișări masive și dăunează sănătății. De exemplu, în India , peste 68 de milioane de tone de CO 2 sunt eliberate anual în atmosferă din arderea biomasei . În Uganda, o gospodărie medie consumă 440 kg de lemn pe lună. Gospodinele în timp ce gătesc inhalează o cantitate mare de fum, ceea ce duce la o creștere a morbidității căilor respiratorii. Potrivit Organizației Mondiale a Sănătății, în 2006, 800.000 de copii și 500.000 de femei au murit din cauza bolilor respiratorii în 19 țări subsahariane, Pakistan și Afganistan .
Există diverse programe internaționale de distribuție pentru bucătării solare. De exemplu , în 2008 , Finlanda și China au încheiat un acord pentru a furniza 19.000 de bucătării solare în 31 de sate din China. Acest lucru va reduce emisiile de CO 2 cu 1,7 milioane de tone în 2008-2012. În viitor, Finlanda va putea vinde cote pentru aceste emisii
Energia solară poate fi utilizată în diferite procese chimice. De exemplu:
Hidrogenul poate fi folosit pentru a genera energie electrică sau ca combustibil pentru transport.
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, pilotul Paul Beattie MacCready a zburat cu un Solar Challenger alimentat doar de energie solară, acoperind o distanță de 258 de kilometri cu o viteză de 48 km/h [32] . 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.
| Energie | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| structura pe produse si industrii | |||||||||||||||||||||||||||
| Industria energetică : electricitate |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Furnizare de căldură : energie termică |
| ||||||||||||||||||||||||||
Industria combustibilului : combustibil |
| ||||||||||||||||||||||||||
Energie promițătoare : |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Portal: Energie | |||||||||||||||||||||||||||
| Industrii | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||
