Ми живемо у світі майбутнього, хоч не у всіх регіонах це помітно. У будь-якому разі можливість розвитку нових джерел енергії сьогодні всерйоз обговорюється у прогресивних колах. Одним із найперспективніших напрямків виступає сонячна енергетика.

На даний момент близько 1% електроенергії на Землі утворюється внаслідок переробки сонячного випромінювання. То чому ми досі не відмовилися від інших «шкідливих» способів і чи відмовимося взагалі? Пропонуємо ознайомитися з нашою статтею та спробувати самостійно відповісти на це запитання.

Як сонячна енергія перетворюється на електрику

Почнемо з найважливішого – яким чином сонячні промені переробляються на електроенергію.

Сам процес має назву Сонячна генерація . Найбільш ефективні шляхи його забезпечення такі:

• фотовольтарика;
• геліотермальна енергетика;
• сонячні аеростатні електростанції.

Розглянемо кожен із них.

Фотовольтарика

У цьому випадку електричний струм з'являється внаслідок фотовольтаричного ефекту. Принцип такий: сонячне світло потрапляє на фотоелемент, електрони поглинають енергію фотонів (часток світла) і починають рухатися. У результаті ми отримуємо електричну напругу.

Саме такий процес відбувається у сонячних панелях, основу яких складають елементи, що перетворюють сонячне випромінювання на електрику.

Сама конструкція фотовольтаричних панелей досить гнучка і може мати різні розміри. Тому у використанні вони дуже практичні. До того ж панелі мають високі експлуатаційні властивості: стійкі до дії опадів та перепадів температур.

А ось як влаштований окремий модуль сонячної панелі:

Про застосування сонячних батарей як зарядних пристроїв, джерел живлення в приватних будинках, для облагородження міст і в медичних цілях можна почитати в .

Сучасні сонячні панелі та електростанції

З недавніх прикладів можна відзначити сонячні панелі компанії SistineSolar. Вони можуть мати будь-який відтінок та текстуру на відміну від традиційних темно-синіх панелей. А це означає, що ними можна «оформити» дах будинку так, як Вам заманеться.

Інше рішення запропонували розробники Tesla. Вони випустили у продаж не просто панелі, а повноцінний покрівельний матеріал, що переробляє сонячну енергію. містить вбудовані сонячні модулі і може мати найрізноманітніше виконання. При цьому сам матеріал набагато міцніший за звичайну покрівельну черепицю, у Solar Roof навіть гарантія нескінченна.

Як приклад повноцінної СЕС можна навести нещодавно збудовану в Європі станцію з двосторонніми панелями. Останні збирають як пряме сонячне випромінювання, і відбиває. Це дозволяє підвищити ефективність сонячної генерації на 30%. Ця станція має виробляти на рік близько 400 МВт*год.

Інтерес викликає і найбільша плавуча СЕС у Китаї. Її потужність складає 40 МВт. Подібні рішення мають 3 важливі переваги:

• немає потреби займати великі наземні території, що є актуальним для Китаю;
• у водоймах зменшується випаровування води;
• самі фотоелементи менше нагріваються та працюють ефективніше.

До речі, ця плавуча СЕС була побудована на місці покинутого вугледобувного підприємства.

Технологія, заснована на фотовольтаричному ефекті, є найперспективнішою на сьогодні, і, за оцінками експертів, сонячні панелі вже в найближчі 30-40 років зможуть виробляти близько 20% світової потреби електроенергії.

Геліотермальна енергетика

Тут підхід трохи інший, т.к. Сонячне випромінювання використовується для нагрівання посудини з рідиною. Завдяки цьому вона перетворюється на пару, яка обертає турбіну, що призводить до вироблення електрики.

За таким же принципом працюють теплові електростанції, тільки рідина нагрівається у вигляді спалювання вугілля.

Найбільш наочний приклад використання цієї технології – це станція Іванпа Солару пустелі Мохаві. Вона є найбільшою у світі сонячною геліотермальною електростанцією.

Працює вона з 2014 року та не використовує жодного палива для виробництва електрики – лише екологічно чиста сонячна енергія.

Котел з водою розташований у вежах, які Ви можете бачити в центрі конструкції. Навколо розташоване поле із дзеркал, що спрямовують сонячні промені на вершину вежі. У цьому комп'ютер постійно повертає ці дзеркала залежно від розташування сонця.

Сонячне світло концентрується на вежі

Під впливом концентрованої сонячної енергії вода у вежі нагрівається і стає парою. Так виникає тиск, і пара починає обертати турбіну, внаслідок чого виділяється електрика. Потужність цієї станції – 392 мегават, що цілком можна порівняти із середньою ТЕЦ у Москві.

Цікаво, що такі станції можуть працювати і вночі. Це можливо завдяки приміщенню частини розігрітої пари в сховищі та поступовому його використанні для обертання турбіни.

Сонячні аеростатні електростанції

Це оригінальне рішення хоч і не набуло широкого застосування, але все ж таки має місце бути.

Сама установка складається з 4 основних частин:

• Аеростат – розташовується у небі, збираючи сонячне випромінювання. Всередину кулі надходить вода, яка швидко нагрівається, стаючи парою.
• Паропровод – по ньому пара під тиском спускається до турбіни, змушуючи її обертатися.
• Турбіна - під впливом потоку пари вона обертається, виробляючи електричну енергію.
• Конденсатор і насос - пара, що пройшла через турбіну, конденсується у воду і піднімається в аеростат за допомогою насоса, де знову розігрівається до пароподібного стану.

У чому переваги сонячної енергетики

• Сонце даватиме нам свою енергію ще кілька мільярдів років. При цьому людям не потрібно витрачати кошти та ресурси для її видобутку.
• Генерація сонячної енергії – повністю екологічний процес, який не має ризиків для природи.
• Автономність процесу. Збір сонячного світла та вироблення електроенергії відбувається з мінімальною участю людини. Єдине, що потрібно робити, це стежити за чистотою робочих поверхонь чи дзеркал.
• Сонячні панелі, що виробили свій ресурс, можуть бути перероблені і знову використані у виробництві.

Проблеми розвитку сонячної енергетики

Незважаючи на реалізацію ідей щодо підтримки роботи сонячних електростанцій у нічний час, ніхто не застрахований від капризів природи. Затягнуте хмарами небо протягом кількох днів значно знижує вироблення електрики, адже населенню та підприємствам необхідна його безперебійна подача.

Будівництво сонячної електростанції – задоволення не з дешевих. Це зумовлено необхідністю застосовувати рідкісні елементи у їх конструкції. Не всі країни готові витрачати бюджети на менш потужні електростанції, коли є робітники ТЕС та АЕС.

Для розміщення таких установок потрібні великі площі, причому в місцях, де сонячне випромінювання має достатній рівень.

Як розвинена сонячна енергетика у Росії

На жаль, у нашій країні поки що на всю палю вугілля, газ і нафту, і напевно Росія буде серед останніх, хто повністю перейде на альтернативну енергетику.

На сьогоднішній день сонячна генерація складає всього 0,03% енергобалансу РФ. Для порівняння у тій же Німеччині цей показник становить понад 20%. Приватні підприємці не зацікавлені у вкладенні коштів у сонячну енергетику через довгу окупність і не таку високу рентабельність, адже газ у нас обходиться набагато дешевше.

У економічно розвинених Московській та Ленінградській областях сонячна активність на низькому рівні. Там будівництво сонячних електростанцій просто недоцільне. А ось південні регіони досить перспективні.

На сьогоднішній день проблема витрати енергії стоїть досить гостро – ресурси планети не нескінченні і за час свого існування людство неабияк спустошило те, що було дано природою. На даний момент активно проводиться видобуток вугілля та нафти, запаси яких з кожним днем ​​стають дедалі меншими. дозволила людству зробити неймовірний крок у майбутнє і використовувати атомну енергію, привнісши разом із цим благом величезну небезпеку для довкілля.

Не менш гостро стоїть питання екологічне - активний видобуток ресурсів та їх подальше використання згубно позначається на стані планети, змінюючи не лише природу ґрунтів, а й навіть кліматичні умови.

Саме тому особлива увага завжди приділялася природним джерелам енергії, таким, як вода або вітер. Зрештою, через стільки років активних досліджень та розробок людство «доросло» до використання енергії Сонця на Землі. Саме про нього і йтиметься далі мова.

Що в цьому привабливого

Перш ніж переходити до конкретних прикладів, з'ясуємо, чим так сильно зацікавив цей вид видобутку енергії дослідників всього світу. Основним його надбанням можна назвати невичерпність. Незважаючи на численні гіпотези, ймовірність того, що зірка на кшталт Сонця згасне найближчим часом, вкрай мала. Отже, перед людством відкрито можливість отримувати чисту енергію цілком природним шляхом.

Друга безперечна перевага використання енергії Сонця на Землі полягає в екологічності цього варіанту. Вплив на навколишнє середовище за таких умов буде нульовим, що, у свою чергу, забезпечує всьому світові набагато світліше майбутнє, ніж те, що відкривається при постійному видобутку обмежених підземних ресурсів.

Нарешті, слід приділити окрему увагу тому факту, що Сонця становить найменшу небезпеку самої людини.

Як насправді

Тепер перейдемо до суті. Під дещо поетичною назвою «сонячна енергія» ховається насправді перетворення радіації на електрику за допомогою спеціально розроблених технологій. Цей процес забезпечують фотоелектричні елементи, які людство надзвичайно активно використовує у своїх цілях, причому досить успішно.

Сонячна радіація

Так уже склалося історично, що іменник «радіація» викликає в людини швидше негативні асоціації, ніж позитивні у зв'язку з тими техногенними катастрофами, які світові вдалося пережити за своє життя. Тим не менш, технологія використання енергії Сонця на Землі передбачає роботу саме з нею.

По суті, даний вид радіації є електромагнітним випромінюванням, діапазон якого знаходиться в проміжку від 2,8 до 3,0 мкм.

Такий сонячний спектр, що успішно використовується людством, складається насправді з трьох видів хвиль: ультрафіолетових (приблизно 2%), приблизно 49% складають світлові хвилі і, нарешті, ще стільки ж припадає на Сонячна енергія має невелику кількість інших складових, проте роль їх настільки незначна , Що особливого впливу життя Землі вони мають.

Кількість сонячної енергії, яка потрапляє на Землю

Тепер, коли склад спектра, що використовується на благо людства визначений, слід відзначити ще одну важливу особливість даного ресурсу. Використання сонячної енергії Землі здається дуже перспективним ще й тому, що вона доступна в досить великій кількості при практично мінімальних витратах на переробку. Загальна кількість випромінюваної зіркою енергії надзвичайно велика, проте до поверхні Землі сягає приблизно 47%, що дорівнює семистам квадрильйонам кіловат-годин. Для порівняння зазначимо, що всього одна кіловат-година зможе забезпечити десятирічну роботу лампочки потужністю в сто ват.

Потужність випромінювання Сонця та використання енергії на Землі, звичайно, залежить від цілого ряду факторів: кліматичних умов, кута падіння променів на поверхню, пори року та географічного положення.

Коли та скільки

Нескладно здогадатися, що добова кількість сонячної енергії, що потрапляє на поверхню Землі, постійно змінюється, оскільки безпосередньо залежить від положення планети по відношенню до Сонця і руху світила. Давно відомий той факт, що опівдні випромінювання максимально, в той час як вранці і ввечері кількість променів, що досягають, значно менша.

З упевненістю можна говорити про те, що використання енергії Сонця буде найбільш продуктивним у регіонах, максимально наближених до екваторіальної смуги, оскільки саме там різниця між вищими та нижчими показниками мінімальна, що говорить про максимальну кількість радіації, що досягає поверхні планети. Наприклад, на території пустельних африканських ділянок річна кількість випромінювання досягає в середньому 2200 кіловат-годин, тоді як на території Канади або, наприклад, Центральної Європи показники не перевищують 1000 кіловат-годин.

Сонячна енергетика в історії

Якщо мислити максимально широко, спроби «приручити» велике світило, що зігріває нашу планету, почалися ще в давнину за часів язичництва, коли кожна стихія була втілена окремим божеством. Однак, звичайно, тоді про використання сонячної енергії навіть не могло бути мови - у світі панувала магія.

Тема використання енергії Сонця Землі стала активно підніматися лише наприкінці XIV - початку ХХ століття. Справжній прорив у науці був здійснений в 1839 Олександром Едмоном Беккерелем, якому вдалося стати першовідкривачем фотогальванічного ефекту. Вивчення цієї теми значно посилилося, і вже через 44 роки Чарльз Фріттс зміг сконструювати перший в історії модуль, в основі якого був позолочений селен. Таке використання енергії Сонця на Землі давало невелику кількість електрики, що вивільняється - загальна кількість вироблення тоді склала не більше 1%. Проте для всього людства це стало справжнім проривом, який відкрив нові обрії науки, про які раніше не доводилося навіть мріяти.

Вагомий внесок у розвиток сонячної енергетики зробив свого часу сам Альберт Ейнштейн. У сучасному світі ім'я вченого найчастіше пов'язують із його знаменитою теорією відносності, проте насправді Нобелівської премії він був удостоєний саме за вивчення

До наших днів технологія використання енергії Сонця на Землі переживає то стрімкі злети, то не менш стрімкі падіння, проте ця галузь знань постійно поповнюється новими фактами, і можна сподіватися, що вже в найближчому майбутньому перед нами відчиняться двері в абсолютно новий світ.

Природа проти нас

Про переваги використання енергії Сонця на Землі ми вже говорили. Тепер звернемо увагу на недоліки даного методу, яких, на жаль, не менше.

Через пряму залежність від географічного положення, кліматичних умов та руху Сонця вироблення сонячної енергії у достатній кількості потребує величезних територіальних витрат. Суть полягає в тому, що чим більше буде площа споживання та переробки сонячної радіації, тим більше екологічно чистої енергії ми отримаємо на виході. Розміщення таких величезних систем вимагає великої кількості вільної площі, що викликає певні труднощі.

Ще одна проблема, що стосується використання енергії Сонця на Землі, полягає у прямій залежності від часу доби, оскільки вироблення вночі буде нульовим, а в ранковий і вечірній час вкрай незначним.

Додатковим фактором ризику є сама погода – різкі зміни умов можуть вкрай негативно позначитися на роботі такого роду системи, оскільки викликають труднощі у налагодженні необхідної потужності. У певному сенсі ситуації з різкою зміною кількості поглинання та виробітку можуть бути небезпечними.

Чисто, але дорого

Використання сонячної енергії на Землі важко на даний момент через її дорожнечу. Фотоелементи, необхідні здійснення основних процесів, мають досить високу вартість. Звичайно, позитивні сторони використання такого роду ресурсу роблять його окупним, проте з економічної точки зору на даний момент не доводиться говорити про повну окупність грошових витрат.

Проте, як показує тенденція, ціна на фотоелементи поступово падає, тому згодом цю проблему можна повністю вирішити.

Незручність процесу

Використання Сонця як джерела енергії становить складне становище ще й тому, що даний спосіб обробки ресурсів досить трудомісткий і незручний. Споживання та переробка радіації безпосередньо залежить від чистоти пластин, яку забезпечити досить проблематично. Крім того, вкрай негативно на процесі позначається і нагрівання елементів, яке можна запобігти лише використанням найпотужніших систем охолодження, що потребує додаткових матеріальних витрат, причому чималих.

Крім того, пластини, що використовуються в геліоколекторах, після 30 років активної роботи поступово стають непридатними, а про вартість фотоелементів говорилося раніше.

Екологічне питання

Раніше говорилося, що використання такого роду ресурсу зможе позбавити людство від досить серйозних проблем із довкіллям у майбутньому. Джерело ресурсів та кінцевий продукт справді екологічно максимально чисті.

Проте використання енергії Сонця, принцип роботи геліоколекторів полягає у застосуванні спеціальних пластин з фотоелементами, для виготовлення яких потрібна маса отруйних речовин: свинцю, миш'яку або калію. Саме їх використання шкоди навколишньому середовищу не приносить, проте, враховуючи обмежений термін їх експлуатації, з часом утилізація пластин може стати серйозною проблемою.

Для обмеження негативного впливу на екологію виробники поступово переходять на тонкоплівкові пластини, які мають нижчу вартість і менш згубно позначаються на навколишньому середовищі.

Способи перетворення радіації на енергію

Фільми та книги про майбутнє людства дають нам майже завжди приблизно однакову картину даного процесу, яка, по суті, може суттєво відрізнятись від дійсності. Існує кілька способів перетворення.

Найпоширенішим можна назвати вже описане раніше використання фотоелементів.

Як альтернатива людство активно використовує геліотермальну енергетику, засновану на нагріванні спеціальних поверхонь, який дозволяє при належному напрямку отриманої температури нагрівати воду. Якщо спростити цей процес максимально, можна порівняти з баками, які використовуються для літнього душу в будинках приватного сектора.

Ще одним способом застосування випромінювання для вироблення енергії є «сонячний вітрило», який може діяти тільки в такого роду система перетворює радіацію в

Проблема відсутності вироблення в нічний час доби частково вирішується сонячними аеростатними електростанціями, робота яких продовжується завдяки акумуляції енергії, що виділяється, і тривалості процесу охолодження.

Ми і сонячна енергія

Ресурси енергії сонця та вітру на Землі використовуються досить активно, хоча ми часто й не помічаємо цього. Раніше згадувалося простонародне нагрівання води в літньому душі. По суті найчастіше сонячна енергія використовується саме для цих цілей. Тим не менш, є безліч інших прикладів: майже в кожному магазині освітлювальної техніки можна знайти накопичувальні лампочки, які можуть працювати без електричного струму навіть вночі завдяки енергії, акумульованій за день.

Установки на основі фотоелементів активно використовуються на всіляких насосних станціях та вентиляційних системах.

Вчора сьогодні завтра

Один із найважливіших ресурсів для людства – сонячна енергія, і перспективи її використання надзвичайно великі. Ця галузь активно фінансується, розширюється та вдосконалюється. Наразі сонячна енергетика максимально розвинена в США, де деякі регіони використовують її як повноцінне альтернативне джерело харчування. Так само електростанції такого типу працюють в Інші країни давно взяли курс на даний вид отримання електроенергії, що незабаром, можливо, вирішить проблему забруднення навколишнього середовища.

Сонячна енергія- це світло, тепло і життя на нашій планеті, а ще сонячна енергія - головне альтернативне джерело, яке на кілька порядків перевищує весь існуючий енергетичний потенціал Землі, і він може повністю забезпечити всі її енергетичні потреби.

Як Сонце є нескінченним джерелом тепла і світла (умовно), і енергія сонячного випромінювання підтримує життя Землі не один мільйон років. Можливість забезпечувати всі життєво важливі процеси Сонце завдяки своєму складу. У відсотковому співвідношенні воно переважно складається з двох елементів: водню (73%) та гелію (25%). Докладніше про освіту та життєвий цикл Сонця можна прочитати, наприклад, у вікіпедії.

Реакції термоядерного синтезу, що відбуваються на Сонці, спалюють водень, перетворюючи його на гелій. Колосальна енергія сонячних променів, що виділяється під час таких процесів, випромінюється у космос. До речі, вчені намагаються повторити ці реакції на землі (реакція керованого термоядерного синтезу, міжнародний проект ТОКАМАК).

Всі організми, що використовують енергію сонячного світла, забезпечують з її допомогою свої процеси життєдіяльності – сонячне світло необхідне для початкової стадії процесу фотосинтезу. З її участю відбувається синтез таких речовин, як кисень та вуглеводні.

Кількість водню на Сонце поступово зменшується і рано чи пізно настане час, коли його запас на сонці буде вичерпаний. Однак через велику кількість водню цього не станеться принаймні в найближчі 5 мільярдів років.

Кожну секунду в ядрі Сонця близько 4 мільйонів тонн речовини перетворюються на променисту енергію, внаслідок чого генерується сонячне випромінювання та потік сонячних нейтрино.

Основний приплив енергії Сонця, що доходить до атмосфери Землі, знаходиться в спектральному діапазоні 0,1 4 мкм. У діапазоні 0,3-1,5-2 мкм атмосфера Землі майже прозора для сонячного випромінювання. Ультрафіолетові хвилі (довжина хвилі коротше 0,3 мкм) поглинаються шаром озону, що знаходиться на висотах 20-60 км. Рентгенівське та гамма-випромінювання до Землі майже не доходять.

Концентрація сонячної енергії характеризується величиною 1367 Вт/м 2 , що називається сонячною незмінною. Саме такий потік проходить через перпендикулярну площадку розміром 1 м 2 якщо її помістити на вході у верхній шар атмосфери Землі. При досягненні цим потоком рівня моря втрати енергії зменшують його до 1000 Вт/м 2 на екваторі. Але зміна дня та ночі знижує його ще втричі. Для помірних широт, з урахуванням зимового періоду, він становить половину від кількісного показника максимального потоку на екваторі.

Усереднений за часом і поверхнею Землі, цей потік становить 341 Вт/м 2 . У розрахунку повну поверхню, чи 1,74х10 17 Вт у розрахунку повну поверхню Землі. Таким чином, за добу Земля на поверхні отримає 4,176х10 15 кВтг енергії, більша частина якої повертається в космос у вигляді випромінювання.

За даними МЕА на 2015 рік, світове виробництво енергії становило 19099 Mtoe (еквівалент мегатонни нафти). У перерахунку на звичні кіловатгодини, ця цифра складе 6,07 х10 11 кВтг на добу.

Сонце дає землі енергії у 8 000 разів більше, ніж потрібно всьому людству. Очевидно, що перспективи застосування цього виду енергії дуже широкі. За її участю розвивається вітроенергетика (вітер виникає через різницю температур), застосовуються фотоелектричні перетворювачі та будуються гідроакумулюючі станції. Наявне широке використання сонячних батарей.

Потенціал застосування сонячної енергії дуже великий.

Переваги та недоліки використання сонячної енергії

Переваги використання сонячної енергіїпривели до того, що вже сьогодні ми бачимо її використання в різних видах людської діяльності.

Головними перевагами є:

• Невичерпність енергії сонця у найближчі 4 мільярди років;
• Доступність цього виду енергії - саме з ним безпечно та ефективно сьогодні працюють і фермери, і господарі приватних будинків, і заводи-гіганти;
• Безкоштовність та екологічна чистота енергії, що виробляється;
• Перспектива розвитку даного джерела енергії, що стає дедалі актуальнішим через зростання цін інші види енергії;
• Т.к. кількість щорічно вводиться в експлуатацію обладнання та його надійність зростає, зменшується вартість виробленої кіловат години сонячної енергії.

До умовних недоліків сонячної енергії можна віднести:

• Основним недоліком сонячної енергії є пряма залежність кількості одержуваного світла та тепла від впливу таких факторів, як погода, пора року або доби. Логічним наслідком у разі є необхідність акумулювати енергію, що збільшує вартість системи;
• Для виробництва елементів обладнання даного призначення застосовуються рідкісні, а отже, дорогі елементи.

Перспективи розвитку сонячної енергетики

Сьогодні технології, в яких використовується енергія сонячного світла, знаходять все ширше застосування. Найпоширеніші – це сонячні батареї. Фотоелектричні елементи успішно встановлюються різні види транспорту - починаючи від електромобілів і закінчуючи літаками. Японці практикують встановлення їх на потяги.

Успішно функціонуючи одна з європейських геліоелектростанцій забезпечує всі потреби Ватикану. Найбільша станція в Каліфорнії, джерелом для якої є сонячна енергія (фото дають уявлення про масштаби), вже зараз забезпечує штат цілодобовою роботою.

Впровадження таких технологій стикається з опором з боку лідерів вуглеводневої галузі – адже альтернативні джерела в енергетиці можуть незабаром витіснити їх представників із лідируючих позицій.

Якщо говорити про пряме перетворення, то найбільшого поширення набули такі пристрої перетворення сонячної енергії, як теплові труби (сонячні колектори) та батареї сонячних фотоелементів.

Економіка сонячної установки

При розгляді можливості встановлення сонячної електростанції основну увагу приділяють екологічним, а економічним аспектам. Звучать вони так:

1. Яка вартість сонячної установки?
2. Який термін її окупності?
3. Чи достатньо електроенергії генеруватиме установка?

Доцільно розглядати невеликі електростанції потужністю до 50 квт. Установки більшої потужності застосовують переважно на промислових об'єктах.

Чи достатньо електроенергії генеруватиме домашня сонячна електростанція?

Для відповіді на третє питання перед початком проектування сонячної установки визначає профіль енергоспоживання будинку. Його можна записати встановивши на об'єкті лічильник електроенергії з функцією збереження поточних параметрів: напруги мережі, струму, що споживається, поточної споживаної потужності, частоти. Через місяць, ви можете оцінити свій профіль споживання із середніми, максимальними та мінімальними значеннями параметрів.

Якщо такий прилад відсутній, профіль енергоспоживання можна оцінити так: потрібно записати всі прилади, які можуть використовуватися в будинку і змоделювати можливі варіанти їх щоденного використання. Після цього, озброївшись калькулятором, ви зможете розрахувати добове споживання електрики та пікові значення потужності.

Істотну роль грає регіон, де розташована будівля. Енергія, що досягає поверхні Землі, залежно від регіону, може змінюватися від більш ніж 5 кВтг/м 2 /день до 1,5 кВтг/м 2 /день і менше.

Якщо максимальне споживання припадає на світлий час доби, то для забезпечення достатності електрики, що генерується, потрібно розділити максимальну споживану потужність на потужність однієї панелі сонячних елементів. Тип та характеристики панелей відомі з каталогів виробників. Потрібно враховувати, що характеристики сонячних панелей наведені за умови їх максимальної освітленості - поправка на регіональний коефіцієнт обов'язкова. Зимовий період, коли батареї покриті снігом, не враховується.

Такий розрахунок не враховує таку особливість: Протягом дня установка буде завжди генерувати надмірну кількість енергії, а вночі, зі зрозумілих причин, генерація дорівнюватиме 0.

Акумулятори з одного боку збільшують загальну вартість системи, з іншого боку, дозволяють зменшити кількість панелей сонячних елементів за рахунок накопичення енергії в періоди меншого енергоспоживання.

Для розрахунку банку АКБ слід відповісти на такі питання:

• Чи передбачається система повністю автономною?
• Якщо система не автономна, то який максимальний можливий термін перерв в електропостачанні.

Максимальне споживання в кВт-годинах множиться на кількість годин без основного джерела (потрібно враховувати, що в момент відключення сонця може і не бути). За підсумками цих даних можна розрахувати ємність банку АКБ. Розрядка АКБ до 0 скорочує термін їхньої служби, тому в розрахунку вводять коефіцієнт показника максимального розряду, наприклад він може бути 50, 40 або 30%. Чим менший максимальний показник розряду, тим більше АКБ буде потрібно.

Вартість встановлення сонячної генерації

Основні складові устаткування системи розподіляються за вартістю наступному відсотковому співвідношенні (умовно):

• Інвертор та система управління - 15-40%;
• Сонячні панелі та MPPT контролери - 20-40%;
• Банк АКБ – 30%.

Вартість сонячних панелей та АКБ буде ідентична для систем усіх виробників, суттєві відмінності є лише у вартості обладнання інвертора із системою керування та MPPT контролера.

Різниця в ціні досягає понад 200%, залежно від виробника. Це обумовлено не тільки «брендом», але й можливостями системи, наприклад, зручність в управлінні, можливість віддаленого доступу, максимальне навантаження та стійкість до 2-3х кратних навантажень, можливість часткового відключення навантаження і т.д.

Кожне кінцеве технічне рішення трохи відрізнятиметься від інших через те, що всі люди використовують різну побутову техніку в різний час доби. Ідеальної комбінації обладнання навіть на задану потужність не існує.

Як орієнтовна вартість функціональної сонячної установки в заміський будинок з урахуванням резервування частини потужності можна грубо орієнтуватися на цифри 700-1800 USD/кВт залежно від виробника обладнання.

Терміни окупності установки сонячної генерації

Якщо господарі умовно виїжджають на дачу тільки у вихідні, і при цьому в будинку відсутні споживачі, які працюють щодня, то, швидше за все, система окупатиметься не менше 10-15 років, за поточних тарифів на електроенергію.

При постійному проживанні терміни окупності скоротяться до 6-10 років.

Позитивна сторона медалі – власник такого будинку отримує стабільне джерело електропостачання та не залежить від обривів ЛЕП чи перепаду потужностей. Усі сидять без світла, а ви – зі світлом, охоронні системи функціонують, не потрібно вручну відкривати гараж тощо.

Можна припустити, що розвиток приватного електротранспорту дозволить скоротити термін окупності сонячної установки для домогосподарств. Власник такого автомобіля безкоштовно «заправлятиме» його від власного даху.

Термін окупності залежить від повноти використання електроенергії. Якщо споруда використовує 100% від генерації і при цьому підключена до центральної мережі електропостачання, то у загальному випадку відсутня необхідність встановлення банку АКБ. Розрахунковий термін повної окупності такої установки становитиме 3-5 років, а у спекотних регіонах ще менше.

Додаткова вигода утворюється через те, що вдень власник НЕ ПЛАТИТЬза денним тарифом, а вночі ПЛАТИТЬпо нічному.

Такими об'єктами, що швидко окупаються, можуть бути будь-які енерговитратні виробництва з порожнім плоским дахом, торгово-розважальні та спортивні центри та паркінги при них, холодильні комплекси тощо.

Дивно, але подібні рішення, що дозволяють суттєво знизити експлуатаційні витрати, досі не використовується власниками об'єктів нерухомості.

У найближчому майбутньому, з розвитком сонячної енергетики, дедалі більше власників будівель використовуватимуть чисту енергію замість вуглеводневої сировини.

Без енергії неможливе життя планети. Фізичний закон збереження енергії говорить про те, що енергія не може виникнути з нічого і не зникає безвісти. Вона може бути отримана з природних ресурсів, таких як вугілля, природний газ або уран, і перетворена на зручні для нас форми, наприклад, в тепло або світло. У навколишньому світі можемо знаходити різні форми накопичення енергії, але найважливішим для людини є енергія, яку дають сонячні промені-сонячна енергія.

Сонячна енергіявідноситься до джерел енергії, що відновлюються, тобто відновлюється без участі людини, природним шляхом. Це одне з екологічно безпечних енергетичних джерел, яке не забруднює навколишнє середовище. Можливості застосування сонячної енергіїпрактично необмежені та вчені всього світу працюють над розробкою систем, які розширюють можливості використання сонячної енергії.

Один квадратний метр Сонця випромінює 62900 кВт енергії. Це приблизно відповідає потужності роботи 1 мільйон електричних ламп. Вражає така цифра — Сонце дає Землі щомиті 80 тисяч мільярдів кВт, тобто у кілька разів більше, ніж усі електростанції світу. Перед сучасною наукою стоїть завдання — навчитися найбільш повно та ефективно використовувати енергію Сонця як найбільш безпечну. Вчені вважають, що повсюдне використання сонячної енергії- Це майбутнє людства.

Світові запаси відкритих родовищ вугілля та газу, за таких темпів їх використання, як сьогодні, мають виснажитися у найближчі 100 років. Підраховано, що ще не розвіданих родовищах запасів горючих копалин вистачило б на 2-3 століття. Але при цьому наші нащадки були б позбавлені цих енергоносіїв, а продукти їх згоряння завдали б колосальної шкоди довкіллю.

Величезний потенціал має атомну енергію. Проте, Чорнобильська аварія у квітні 1986 року показала, які серйозні наслідки може спричинити використання ядерної енергії. Громадськість усього світу визнала, що використання атомної енергії в мирних цілях економічно виправдане, але слід дотримуватись найсуворіших заходів безпеки при її використанні.

Отже, найчистіше, найбезпечніше джерело енергії — Сонце!

Сонячна енергіяможе бути перетворена на корисну енергію за допомогою використання активних та пасивних сонячних енергетичних систем.

Пасивні системи використання сонячної енергії.

Найпримітивніший спосіб пасивного використання сонячної енергії- Це пофарбована в темний колір ємність для води. Темний колір акумулюючи сонячну енергію, перетворює її на теплову - вода нагрівається.

Проте, є більш прогресивні методи пасивного використання сонячної енергії. Розроблено будівельні технології, які при проектуванні будівель, обліку кліматичних умов, підбору будівельних матеріалів максимально використовують. сонячну енергіюдля обігріву чи охолодження, освітлення будівель. При такому проектуванні сама конструкція будівлі є колектором, що акумулює сонячну енергію.

Так, у 100г н.е. Пліній Молодший побудував невеликий будинок на півночі Італії. В одній із кімнат вікна зроблені зі слюди. Виявилося, що ця кімната тепліша за інших і на її обігрів потрібно менше дров. В цьому випадку слюда була як ізолятор, що затримує тепло.

Сучасні будівельні конструкції враховують географічне розташування будівель. Так, велика кількість вікон, що виходять на південну сторону, передбачають у північних регіонах, щоб надходило більше сонячного світла та тепла, і обмежують кількість вікон зі східної та західної сторони, щоб обмежити надходження сонячного світла влітку. У таких будинках орієнтація вікон та розташування, теплове навантаження та теплоізоляція – єдина конструкторська система при проектуванні.

Такі будівлі екологічно чисті, енергетично незалежні та комфортні. У приміщеннях багато природного світла, більш повно відчувається зв'язок із природою, до того ж суттєво економиться електроенергія. Тепло в таких будинках зберігається завдяки підібраним теплоізоляційним матеріалам стін, стель, підлог. Такі перші «сонячні» будівлі набули величезної популярності в Америці після Другої світової війни. Згодом через зниження цін на нафту інтерес до проектування таких будівель дещо згас. Однак, зараз, у зв'язку з глобальною екологічною кризою, спостерігається зростання уваги до екологічних проектів з енергетичними системами, що відновлюються, зросла знову.

Активні системи використання сонячної енергії

В основі активних систем використання сонячної енергіїзастосовуються сонячні колектори. Колектор, поглинаючи сонячну енергію, Перетворює її в тепло, яке через теплоносій обігріває будівлі, нагріває воду, може перетворити його в електричну енергію і т.д. Сонячні колектори можуть застосовуватися у всіх процесах у промисловості, сільському господарстві, побутових потребах, де використовується тепло.

Види колекторів

повітряний сонячний колектор

Це найпростіший вид сонячних колекторів. Його конструкція дуже проста і нагадує ефект звичайної теплиці, яка є на будь-якій дачній ділянці. Проведіть невеликий експеримент. У зимовий сонячний день покладіть будь-який предмет на підвіконня так, щоб на нього падали сонячні промені і через деякий час покладіть на нього долоню. Ви відчуєте, що цей предмет став теплим. А за вікном може бути 20! Ось на цьому принципі й ґрунтується робота сонячного повітряного колектора.

Основний елемент колектора - теплоізольована пластина, виготовлена ​​з будь-якого матеріалу, який добре проводить тепло. Пластина пофарбована в чорний колір. Сонячне проміння проходить через прозору поверхню, нагрівають пластину, а потім потоком повітря передають тепло в приміщення. Повітря відбувається завдяки природній конвенції або за допомогою вентилятора, що покращує теплопередачу.

Однак, недолік роботи цієї системи в тому, що потрібні додаткові витрати на вентилятор. Ці колектори працюють протягом світлового дня, тому не можуть замінити основне джерело опалення. Однак, якщо вмонтувати колектор в джерело опалення або вентиляції, його ККД незрівнянно зростає. Сонячні повітряні колектори можуть використовуватись і для опріснення морської води, що знижує її собівартість до 40 євроцентів за куб.

Сонячні колектори можуть бути плоскими та вакуумними.

плоский сонячний колектор

Колектор складається з елемента, що поглинає сонячну енергію, покриття (скло зі зниженим вмістом металу), трубопроводу та термоізолюючого шару. Прозоре покриття захищає корпус від несприятливих погодних умов. Всередині корпусу панель поглинача сонячної енергії (абсорбера) з'єднана з теплоносієм, що циркулює трубами. Трубопровід може бути як решітки, так і у вигляді серпантину. Теплоносій рухається ними від вхідних до вихідних патрубків, поступово нагріваючись. Панель поглинача виготовляється з металу, який добре проводить тепло (алюміній, мідь).

Колектор вловлює тепло, перетворюючи його на теплову енергію. Такі колектори можна вмонтувати в дах або розташувати на даху будівлі, а можна розташувати окремо. Це надасть дизайну ділянки сучасного вигляду.

Вакуумний сонячний колектор

Вакуумні колектори можуть використовуватися цілий рік. Основним елементом колекторів є вакуумні трубки. Кожна з них складається із двох скляних труб. Труби виготовляють із боросилікатного скла, причому внутрішня покрита спеціальним покриттям, що забезпечує поглинання тепла з мінімальним відображенням. З простору між трубками викачано повітря. Для підтримки вакууму використовується барієвий газопоглинач. У справному стані вакуумна трубка має сріблястий колір. Якщо вона виглядає білою, це означає, що вакуум зник і трубку треба замінити.

Вакуумний колектор складається з комплексу вакуумних трубок (10-30) і здійснює передачу тепла накопичувальний резервуар через незамерзаючу рідину (теплоносій). ККД вакуумних колекторів високий:

- За хмарної погоди, т.к. вакуумні трубки можуть поглинати енергію інфрачервоних променів, що проходять через хмари

- Можуть працювати при мінусових температурах.

Сонячні батареї.

Сонячна батарея - це набір модулів, що сприймають і перетворюють сонячну енергію, у тому числі теплових. Але це термін традиційно закріпився за фітоелектричними перетворювачами. Тому, кажучи «сонячна батарея» маємо на увазі фітоелектричний пристрій, що перетворює сонячну енергію на електричну.

Сонячні батареї здатні постійно генерувати електричну енергію або акумулювати її для подальшого використання. Вперше фотоелектричні батареї були застосовані на космічних супутниках.

Гідність сонячних батарей - максимальна простота конструкції, простий монтаж, мінімальні вимоги до обслуговування, великий термін експлуатації. Під час встановлення не вимагають додаткового місця. Єдина умова - не затіняти їх протягом тривалого часу і видаляти пил з робочої поверхні. Сучасні сонячні батареї здатні зберігати працездатність протягом десятиліть! Важко знайти систему настільки безпечну, ефективну та з таким тривалим терміном дії! Вони виробляють енергію протягом усього світлового дня, навіть у похмуру погоду.

Сонячні батареї мають свої недоліки у застосуванні:

- Чутливість до забруднень. (Якщо розташувати батарею під кутом 45 градусів, то вона буде очищена дощами або снігом, тим самим не потрібно додаткового обслуговування)

- Чутливість до високої температури. (Так, при нагріванні до 100 - 125 градусів сонячна батарея може навіть відключитися і може знадобитися система охолодження. Вентиляційна система при цьому витратить малу частку енергії, що виробляється. У сучасних конструкціях сонячних батарей передбачена система відтоку гарячого повітря.)

- висока ціна. (Зважаючи на тривалий термін служби сонячних батарей, то вона не тільки окупить витрати на її придбання, але й заощадить кошти при споживанні електроенергії, заощадить тонни традиційних видів палива при тому екологічно безпечна)

Використання сонячних енергетичних систем у будівництві.

У сучасній архітектурі все частіше планують будувати будинки із вбудованими акумуляторними джерелами сонячної енергії. Сонячні батареї встановлюють на дахах будівель або спеціальних опорах. Ці будівлі використовують тихе, надійне та безпечне джерело енергії — Сонце. Сонячна енергія використовується для освітлення, опалення приміщень, охолодження повітря, вентиляції, виробництва електроенергії.

Пропонуємо декілька інноваційних архітектурних проектів з використанням сонячних систем.

Фасад цієї будівлі сконструйований із скла, заліза, алюмінію із вбудованими акумуляторами сонячної енергії. Вироблюваної енергії достатньо, щоб не лише забезпечити мешканців будинку автономним гарячим водопостачанням та електрикою, а й освітлювати вулицю 2,5 км протягом року.

Цей будинок спроектувала група американських студентів. Проект було представлено на конкурс «Проектування, будівництво будинків та експлуатація сонячних батарей». Умови конкурсу: представити архітектурний проект житлового будинку за його економічної ефективності, енергозбереження та привабливості. Автори проекту довели, що їхній проект доступний, привабливий для споживача, поєднує чудовий дизайн та максимальну ефективність. (Переклад з сайту www.solardecathlon.gov)

Використання систем сонячної енергії у світі.

Системи використання сонячної енергіїдосконалі та екологічно безпечні. У всьому світі на них величезний попит. У всьому світі люди починають відмовляються від використання традиційних видів палива через зростання цін на газ та нафту. Так було в Німеччині 2004г. 47% будинків мали сонячні колектори для нагріву води.

У багатьох країнах світу розроблено державні програми розвитку використання сонячної енергії. У Німеччині це програма "100 000 сонячних дахів", у США аналогічна програма "Мільйон сонячних дахів". У 1996р. архітектори Німеччини, Австрії, Великобританії, Греції та ін. країн розробили Європейську хартію про сонячної енергіїу будівництві та архітектурі. В Азії лідирує Китай, де на основі сучасних технологій впроваджуються системи сонячних колекторів у будівництво будівель та використання сонячної енергіїу промисловості.

Факт, який багато про що говорить: однією з умов вступу до Євросоюзу є зростання частки альтернативних джерел в енергосистемі країни. У 2000р. у світі працювало 60 млн кв км сонячних колекторів, до 2010 р. з площа зросла до 300 млн кв км.

Експерти зазначають, ринок систем сонячної енергіїна території Росії, України та Білорусії лише формується. Сонячні системи ніколи не вироблялися у великих масштабах, тому що сировинні ресурси були настільки дешеві, що дороге обладнання геліосистем було не затребуваним… Випуск колекторів у Росії, наприклад, майже повністю припинено.

У зв'язку з подорожчанням традиційних енергоносіїв намітилося пожвавлення інтересу до застосування сонячних систем. У низці регіонів цих країн, які зазнають дефіциту енергоресурсів, приймаються локальні програми з використання геліосистем, але широкому споживчому ринку сонячні системи практично не знайомі.

Головна причина повільного розвитку ринку продажу та використання сонячних систем є, по-перше, їх висока початкова вартість, по-друге, брак інформації про можливості сонячних систем, передові технології їх використання, про розробників та виробників геліосистем. Все це не може дати можливості правильно оцінити ефективність застосування систем, що працюють на сонячної енергії.

Треба мати на увазі, що сонячний колектор — це не кінцева продукція. Для отримання кінцевої продукції – тепла, електроенергії, гарячої води – треба пройти шлях від проектування, монтажу до запуску геліосистем. Невеликий наявний досвід використання сонячних колекторів показує, що ця робота не складніша за монтаж традиційного опалення, але економічна ефективність значно вища.

У Білорусії, Росії, Україні є безліч фірм, що займаються проектуванням та монтажем обладнання опалення, але пріоритет мають сьогодні традиційні енергоносії. Розвиток економічних процесів, світовий досвід використання систем сонячної енергіїпоказує, що майбутнє за альтернативними джерелами енергії. На найближче майбутнє можна відзначити, що геліосистеми є новою практично не зайнятою позицією нашого ринку.

Принцип перетворення сонячної енергії, її застосування та перспективи

У світі дедалі менше традиційних джерел енергії. Запаси нафти, газу, вугілля виснажуються і йде до того, що рано чи пізно вони закінчаться. Якщо до цього часу не знайти альтернативних джерел енергії, то людство чекає на катастрофу. Тому в усіх розвинених країнах ведуться дослідження з відкриття та розробки нових джерел енергії. Насамперед – це сонячна енергія. З давніх-давен ця енергію використовувалася людьми для освітлення житла, сушіння продуктів, одягу і т. п. Сонячна енергетика сьогодні є одним з найбільш перспективних джерел альтернативної енергії. В даний час вже є досить багато конструкцій, що дозволяють перетворювати енергію сонця на електричну або теплову. Галузь поступово зростає та розвивається, але, як і скрізь, є свої проблеми. Про все це мова піде в справжньому матеріалі.

Енергія сонця одна із найдоступніших відновлюваних джерел Землі. Використання сонячної енергії в народному господарстві позитивно позначається на стані навколишнього середовища, оскільки для її отримання не потрібно бурити свердловини або розробляти шахти. До того ж, цей вид енергії вільний і не вартий нічого. Звичайно, потрібні витрати на купівлю та монтаж обладнання.

Проблема в тому, що сонце – це уривчасте джерело енергії. Так, що потрібно накопичення енергії та використання її у зв'язці з іншими енергетичними джерелами. Основна проблема на сьогоднішній день полягає в тому, що сучасне обладнання має низьку ефективність перетворення енергії сонця на електричну та теплову. Тому всі розробки спрямовані на те, щоб збільшити ККД таких систем та знизити їхню вартість.

До речі, дуже багато ресурсів на планеті є похідними від сонячної енергії.Наприклад, вітер, який є ще одним відновлюваним джерелом, не дув би без сонця. Випаровування води та накопичення її в річках також відбувається під дією сонця. А вода, як відомо, використовується в гідроенергетиці. Біопалива також не було б без сонця. Тому, окрім прямого джерела енергії, сонце впливає інші сфери енергетики.

Сонце надсилає до поверхні нашої планети радіацію. З широкого спектру випромінювання поверхні Землі досягають 3 типи хвиль:

• Світлові. У спектрі випромінювання їх приблизно 49 відсотків;
• Інфрачервоні. Їхня частка також 49 відсотків. Завдяки цим хвиль наша планета нагрівається;
• Ультрафіолетові. У спектрі сонячного випромінювання їх приблизно 2 відсотки. Вони невидимі для нашого ока.

Екскурс в історію

Як розвивалася сонячна енергетика донині? Про використання сонця у своїй діяльності людина думала з давніх часів. Всім відома легенда, згідно з якою Архімед спалив флот ворога біля свого міста Сіракузи. Він використав для цього запальні дзеркала. Кілька тисяч років тому на Близькому сході палаци правителів опалювали водою, що нагрівалася сонцем. У деяких країнах випарювані морські води на сонці отримували сіль. Вчені часто проводили досліди з нагрівальними апаратами, що працюють від сонячної енергії.

Перші моделі таких нагрівачів були випущені XVII-XVII століттях. Зокрема, дослідник М. Соссюр представив свою версію водонагрівача. Він є ящиком з дерева, накритий скляною кришкою. Вода в цьому пристрої підігрівалася до 88 градусів за Цельсієм. В 1774 А. Лавуазьє використовував лінзи для концентрації тепла від сонця. Також з'явилися лінзи, що дозволяють локально розплавити чавун за кілька секунд.

Батареї, що перетворюють енергію сонця на механічну, створили французькі вчені. Наприкінці XIX століття дослідник О. Мушо розробив інсолятор, який фокусує промені за допомогою лінзи на паровому казані. Цей котел використовувався для роботи друкарської машини. У той час вдалося створити агрегат, працюючий від сонця, потужністю 15 «коней».

Довгий час інсолятори випускалися за схемою, що використовує енергію сонця для перетворення води на пару. І перетворена енергія використовувалася для будь-якої роботи. Перший пристрій, що перетворює сонячну енергію на електричну, було створено в 1953 році в США. Воно стало прообразом сучасних сонячних батарей. Фотоелектричний ефект, на якому заснована їхня робота, було відкрито ще у 70-ті роки XIX століття.

У тридцяті роки минулого століття академік СРСР А. Ф. Іоффе запропонував використовувати напівпровідникові фотоелементи для перетворення енергії сонця. ККД батарей на той час був меншим за 1%. Пройшло багато років до того, як було розроблено фотоелементи, що мають ККД на рівні 10-15 відсотків. Потім американці збудували сонячні батареї сучасного типу.

Для більшої потужності сонячних систем низький ККД компенсується збільшеною площею фотоелементів. Але це не вихід, оскільки кремнієві напівпровідники у фотоелементах досить дорогі. У разі збільшення ККД зростає вартість матеріалів. Це головна перешкода для масового використання сонячних батарей. Але в міру виснаження ресурсів їх використання буде дедалі вигіднішим. Крім того, дослідження щодо збільшення ККД фотоелементів не припиняються.

Варто сказати, що батареї на основі напівпровідників досить довговічні та не вимагають кваліфікації для догляду за ними. Тому їх найчастіше використовують у побуті. Існують також цілі сонячні електростанції. Як правило, вони створюються в країнах із великою кількістю сонячних днів на рік. Це Ізраїль, Саудівська Аравія, південь США, Індія, Іспанія. Нині є й зовсім фантастичні проекти. Наприклад, сонячні електростанції поза атмосферою. Там сонячне світло ще не втратило енергії. Тобто випромінювання пропонується вловлювати на орбіті і потім переводити в мікрохвилі. Потім у такому вигляді енергія вирушатиме на Землю.

Перетворення сонячної енергії

Насамперед, варто сказати про те, в чому можна висловити та оцінити сонячну енергію.

Як можна оцінити величину сонячної енергії?

Фахівці використовують з оцінки таку величину, як сонячна стала. Вона дорівнює 1367 Вт. Саме стільки енергії сонця посідає квадратний метр планети. В атмосфері губиться приблизно чверть. Максимальне значення на екваторі – 1020 Вт на квадратний метр. З урахуванням дня та ночі, зміни кута падіння променів, цю величину слід зменшити ще втричі.

Версії про джерела сонячної енергії висловлювалися найрізноманітніші. На даний момент фахівці стверджують, що енергії вивільняється внаслідок перетворення чотирьох атомів H2 на ядро ​​He. Процес протікає із виділенням суттєвої кількості енергії. Для порівняння уявіть, що енергія перетворення 1 г H2 можна порівняти з тією, що виділяється при спалюванні 15 тонн вуглеводнів.

Способи перетворення

Оскільки наука нині немає пристроїв, які працюють на енергії сонця в чистому вигляді, її потрібно перетворити на інший тип. Для цього були створені такі пристрої, як сонячні батареї та колектор. Батареї перетворять сонячну енергію на електричну. А колектор виробляє теплову енергію. Є також моделі, що поєднують ці два види. Вони називаються гібридними.

Основні способи перетворення енергії сонця представлені нижче:

• фотоелектричний;
• геліотермальний;
• термоповітряний;
• сонячні аеростатні електростанції.

Перший спосіб найпоширеніший. Тут використовують фотоелектричні панелі, які під впливом сонця виробляють електричну енергію. Найчастіше їх роблять із кремнію. Товщина таких панелей становить десяті частки міліметра. Такі панелі об'єднуються у фотоелектричні модулі (батареї) та встановлюються на сонці. Найчастіше їх ставлять на дахах будинків. В принципі ніщо не заважає розмістити їх на землі. Потрібно тільки щоб навколо них не було великих предметів, інших будівель і дерев, які можуть відкидати тінь.

Крім фотоелементів, для отримання електричної енергії застосовуються тонкоплівкові або . Їхньою перевагою є мала товщина, а недоліком – знижений ККД. Такі моделі часто використовують у портативних зарядках для різних гаджетів.

Термоповітряний спосіб перетворення передбачає отримання енергії потоку повітря. Цей потік прямує на турбогенератор. В аеростатних електростанціях під дією сонячної енергії в аеростатному балоні генерується водяна пара. Поверхня аеростату покривається спеціальним покриттям, що поглинає сонячні промені. Такі електростанції здатні працювати в похмуру погоду та в темний час доби завдяки запасу пари в аеростаті.

Геліотремальна енергетика заснована на нагріванні поверхні енергоносія у спеціальному колекторі. Наприклад, це може бути нагрівання води для системи опалення будинку. Як теплоносій може використовуватися не лише вода, а й повітря. Він може нагріватися в колекторі та подаватися в систему вентиляції будинку.

Всі ці системи коштують досить дорого, але їхнє освоєння та вдосконалення поступово триває.

Переваги та недоліки сонячної енергії

Переваги

• Безкоштовно. Одна з головних переваг енергії сонця – відсутність плати за неї. Сонячні панелі робляться із застосуванням кремнію, запасів якого досить багато;
• Немає побічної дії. Процес перетворення енергії відбувається без шуму, шкідливих викидів та відходів, впливу на довкілля. Цього не можна сказати про теплову, гідро та атомну енергетику. Усі традиційні джерела тією чи іншою мірою завдають шкоди ОС;
• Безпека та надійність. Устаткування довговічне (служить до 30 років). Після 20-25 років використання фотоелементи видають до 80 відсотків від свого номіналу;
• Рециркуляція. Сонячні панелі повністю переробляються і можуть бути використані у виробництві;
• Простота обслуговування. Обладнання досить просто розгортається та працює в автономному режимі;
• Добре адаптовані для використання у приватних будинках;
• Естетика. Можна встановити на даху чи фасаді будівлі не на шкоду зовнішньому вигляду;
• Добре інтегруються як допоміжні системи енергопостачання.